張?jiān)雒?金海望,趙 棟,李振動(dòng),李金卜

(國網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司,北京 102488)

閥冷系統(tǒng)作為換流站的重要組成部分，其性能直接決定著直流系統(tǒng)的安全，必須引起足夠的重視[1]。

水-水冷卻系統(tǒng)中的換熱設(shè)備為密閉蒸發(fā)型冷卻塔，適用于大部分的地區(qū)。該類冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)為冷卻效果好，電能節(jié)省，功能穩(wěn)定，運(yùn)用成熟，因采用閉式冷卻塔，耗水量亦已大大降低[2]。

冷卻塔是高壓直流閥水冷系統(tǒng)的關(guān)鍵冷卻設(shè)備，水冷系統(tǒng)中內(nèi)冷系統(tǒng)熱量均由冷卻塔噴淋水的蒸發(fā)冷卻實(shí)現(xiàn)高效散熱[3]。

冷卻塔噴淋水在蒸發(fā)冷卻過程中，水中的鈣、鎂等致垢離子快速濃縮、析晶結(jié)垢并堆積附著于冷卻塔換熱盤管內(nèi)壁及外壁，會(huì)導(dǎo)致冷卻塔換熱效率大幅降低，無法滿足水冷系統(tǒng)的冷卻要求，嚴(yán)重影響直流工程的穩(wěn)定運(yùn)行[3-5]。

污垢導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失主要包括兩部分，一部分是由于換熱量不足，需要增加冷卻塔的容量，或增加除垢清洗費(fèi)用；另一部分是冷卻塔運(yùn)行時(shí)換熱量降低導(dǎo)致進(jìn)入換流閥的溫度升高[6]。

預(yù)處理就是根據(jù)原水中雜質(zhì)的特性，采取合適的工藝對(duì)其進(jìn)行處理，使其達(dá)到反滲透膜元件進(jìn)水要求的過程，因其在整個(gè)水處理工藝流程中的位置在反滲透之前，所以稱為預(yù)處理[7]。

冷卻塔噴淋系統(tǒng)的噴淋水水質(zhì)優(yōu)劣首先取決于其原水的水質(zhì)情況、工業(yè)水池水質(zhì)情況，其次是原水水處理工藝及補(bǔ)充水水處理工藝[8]。

噴淋水的補(bǔ)水系統(tǒng)一般主要由外冷補(bǔ)水泵、活性炭過濾器、石英砂過濾器和反滲透裝置組成。其具體流程為原水(自來水)首先通過外冷補(bǔ)水泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入石英砂過濾器和活性炭過濾器去除水中的懸浮物、膠體、顆粒、有機(jī)物等雜質(zhì)，再經(jīng)過反滲透裝置降低原水的離子濃度，最終進(jìn)入緩沖水池，確保了噴淋水水質(zhì)符合閉式冷卻塔設(shè)備長期正常運(yùn)行的要求。

目前，大部分高壓直流輸電工程采用活性炭過濾器和石英砂過濾器對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理，并通過PLC控制柜來控制反沖洗水泵和電動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)對(duì)活性炭過濾器和石英砂過濾器的反洗。該方案涉及設(shè)備數(shù)量眾多，造價(jià)偏高，占地面積大，今后日常維護(hù)檢修工作量大。本文提出利用多功能控制閥實(shí)現(xiàn)活性炭過濾器和石英砂過濾器的過濾、清洗，節(jié)省系統(tǒng)成本，減少占地面積，降低日后維護(hù)檢修工作量。

1 常規(guī)外冷補(bǔ)充水處理工藝原理

采用閉式冷卻塔的外冷水工作原理:內(nèi)冷水在流經(jīng)換流閥后被加熱升溫，由內(nèi)冷水泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入室外密閉蒸發(fā)式冷卻塔內(nèi)的換熱盤管，噴淋水循環(huán)泵從室外地下噴淋水池抽水均勻噴灑到冷卻塔的換熱盤管表面，噴淋水吸熱后蒸發(fā)成水蒸氣通過風(fēng)機(jī)排至大氣，在此過程中，換熱盤管內(nèi)的冷卻水將得到冷卻，降溫后的內(nèi)冷卻水由循環(huán)水泵再送至換流閥，如此周而復(fù)始地循環(huán)，保障換流閥可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行[9]。為防止外冷水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢，需控制噴淋水的硬度[10]。

常規(guī)補(bǔ)充水先進(jìn)入預(yù)處理裝置，主要包括砂過濾器、炭過濾器等，然后進(jìn)入反滲透裝置進(jìn)行脫鹽，最后進(jìn)入噴淋水池。除此之外，一般還配套反滲透清洗裝置及反滲透加藥裝置。常規(guī)外冷水處理工藝原理如圖1所示，主要流程為噴淋水補(bǔ)充水→砂過濾器→炭過濾器→反滲透裝置→噴淋水池，完成噴淋補(bǔ)充水過濾去除雜質(zhì)的過程。

圖1 常規(guī)外冷水處理工藝原理

2 砂過濾器、炭過濾器及反洗裝置結(jié)構(gòu)

采用反沖洗水泵和多個(gè)電動(dòng)閥門對(duì)炭過濾器和砂過濾器進(jìn)行過濾、正洗和反洗的原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

砂過濾器(與炭過濾器結(jié)構(gòu)相同)結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖2 常規(guī)原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程

圖3 砂過濾器結(jié)構(gòu)

由于砂過濾器技術(shù)成熟、簡單、處理效果好，所以普遍采用此工藝。石英砂過濾器選用不同粒徑的石英砂濾料，自上而下粒徑逐級(jí)分配，利用深層過濾原理，當(dāng)補(bǔ)充水通過石英砂濾層，水中的懸浮物、機(jī)械顆粒、膠體等雜質(zhì)在流經(jīng)濾料層中彎彎曲曲的孔道時(shí)，由于濾料表面的接觸作用，懸浮物和濾料表面互相粘附，從而去除水中的懸浮物、膠體、機(jī)械顆粒。

當(dāng)原水通過炭過濾器時(shí)，由于炭過濾器中的過濾介質(zhì)的接觸絮凝作用、吸附和截留作用使得原水中的雜質(zhì)被吸附、截留。通過炭過濾器的過濾，可進(jìn)一步降低原水的總有機(jī)物、濁度、余氯等[11]。過濾器為立式結(jié)構(gòu)，通過壓差或時(shí)間進(jìn)行反沖洗，活性炭過濾器的反洗、正洗過程，可將活性炭濾層的雜質(zhì)沖洗出來，同時(shí)使濾層松動(dòng)，提高流量及吸附效果。

砂炭反沖洗裝置即反洗泵組模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 砂炭反沖洗裝置結(jié)構(gòu)

砂過濾器、炭過濾器長時(shí)間運(yùn)行后，水中的懸浮物、膠體、有機(jī)物等會(huì)附著在濾料上，影響過濾效果。因此，需要定期對(duì)過濾器進(jìn)行反沖洗，使濾料保持潔凈。反沖洗裝置通過管道與反洗水池連通，通過反洗水泵提供動(dòng)力對(duì)過濾器進(jìn)行反沖洗。從圖2—圖4可以看出，常規(guī)原水預(yù)處理系統(tǒng)主要包括反洗泵組、兩個(gè)罐體、較多閥門及管路，系統(tǒng)比較復(fù)雜，費(fèi)用較高。

3 多功能控制閥的應(yīng)用設(shè)計(jì)

在水處理的過濾、吸附、阻垢、反滲透的裝置中，水處理多功能控制閥作為核心部件，能改變水的流動(dòng)方向?qū)崿F(xiàn)特定功能[12]?？刂崎y主要特點(diǎn)如下。

a.采用高平面度、耐腐蝕的端面密封片啟閉、密封可靠；集運(yùn)行、反洗和正洗全過程功能于一體。

b.程序可設(shè)定多次重復(fù)沖洗，即運(yùn)行一次可設(shè)定反洗、正洗多次，有利于更好地清洗濾料。

c.可根據(jù)水質(zhì)及配置使用的實(shí)際情況，修改設(shè)定各過程的參數(shù)。

d.可選擇流量型和時(shí)間型控制模式。

e.設(shè)置端口接收有源信號(hào)，與PLC、電腦等配合使用，可遠(yuǎn)距離操作控制閥。

f.可以實(shí)現(xiàn)多控制閥串聯(lián)、并聯(lián)。

應(yīng)用控制閥，利用工業(yè)補(bǔ)水泵和一個(gè)電動(dòng)閥門的給水對(duì)炭過濾器和砂過濾器進(jìn)行過濾、正洗和反洗，無需配置反洗泵和多個(gè)電動(dòng)閥門，原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程如圖5所示。

圖5 采用多功能控制閥的原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程

由圖5可見，利用控制閥對(duì)炭過濾器和砂過濾器進(jìn)行過濾、正洗和反洗，相較于常規(guī)原水預(yù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，無反洗泵組模塊，減少了設(shè)備占地面積。

控制閥與過濾罐體安裝相對(duì)位置如圖6所示。中心管一端連接下布水器放入罐體底部，上布水器旋入控制閥，中心管經(jīng)上布水器插入控制閥，并旋緊在罐體頂部。罐體頂部進(jìn)水的上布水器為魚刺母支管式，保證布水均勻。底部下布水器為多孔板和ABS排水帽組成，多孔板由不銹鋼板制作而成，與筒體焊接后，連接ABS水帽孔，并與筒體一起雙層襯膠，安裝完后在其上部安裝ABS排水帽。

圖6 多功能控制閥與罐體的安裝位置

控制閥與罐體的管路安裝示意圖如圖7所示，補(bǔ)充水流動(dòng)方向用黑色箭頭表示。在控制閥出水口安裝配有傳感器的流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)出口水流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。進(jìn)出水管路需用固定架支撐固定，排水管連接至污水池。在進(jìn)水口、出水口及其管路中間接入了閥A、閥B、閥C、閥D作為取樣閥。

圖7 管路安裝示意圖

炭過濾器的反洗條件控制可在累計(jì)流量控制和運(yùn)行時(shí)間控制中任選一種，一般采用時(shí)間控制型，控制閥與工業(yè)補(bǔ)水泵聯(lián)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)反洗、正洗的同步，其控制邏輯如圖8所示。

圖8 控制邏輯

炭過濾器的反洗、正洗控制邏輯與砂過濾器一致，其清洗開始時(shí)間需錯(cuò)開，防止清洗時(shí)供水不足。

圖9為過濾器工作流程，共分為運(yùn)行狀態(tài)、反洗狀態(tài)和正洗狀態(tài)3種工作狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)是工業(yè)補(bǔ)充水進(jìn)入控制閥進(jìn)水管側(cè)，然后依次流經(jīng)上布水器-濾料-下布水器-中心管，流出控制閥出水管，進(jìn)入保安過濾器，完成過濾過程；反洗狀態(tài)是工業(yè)補(bǔ)充水進(jìn)入控制閥進(jìn)水管側(cè)，依次流經(jīng)中心管-下布水器-濾料-上布水器，從控制閥排污管排出，廢水排出至污水池，完成反洗過程；正洗狀態(tài)是工業(yè)補(bǔ)充水進(jìn)入控制閥進(jìn)水管側(cè)，依次流經(jīng)上布水器-濾料-下布水器-中心管，從控制閥排污管排出，廢水排出至污水池，完成正洗過程。

針對(duì)常用的罐體及濾料體積控制閥的配置參考見表1。

圖9 過濾器工作流程

表1 多功能控制閥的配置參考

上述炭過濾器過濾流量是以運(yùn)行流速12 m/h時(shí)的流量；反洗流量是以反洗強(qiáng)度為10 L/(m2·s)時(shí)的流量；砂過濾器的過濾流量以運(yùn)行流速25 m/h的流量；反洗流量是以反洗強(qiáng)度15 L/(m2·s)時(shí)的流量。

4 多功能控制閥常見故障及解決方法

多功能控制閥常見故障主要包括控制閥部分和控制器部分故障，表2和表3列舉了常見故障的原因及解決辦法，具體內(nèi)容如下。

表2 控制閥部分故障分析結(jié)果

表3 控制器部分故障分析結(jié)果

5 結(jié)語

本文首先闡述了常規(guī)原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程，主要設(shè)備包括石英砂過濾器、活性炭過濾器、反洗泵組模塊、電動(dòng)閥門等，指出此系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量眾多，造價(jià)高，占地面積大，日常維護(hù)檢修工作量大等缺點(diǎn)。然后介紹了采用多功能控制閥原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程，利用工業(yè)補(bǔ)水泵和一個(gè)電動(dòng)閥門的給水對(duì)炭過濾器和砂過濾器進(jìn)行過濾、正洗和反洗，無需配置反洗泵和多個(gè)電動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)了智能化控制，節(jié)省原水預(yù)處理系統(tǒng)成本，減少占地面積，并降低日后維護(hù)檢修工作量。最后列舉了控制閥常見故障及解決方法，可指導(dǎo)日后對(duì)控制閥的運(yùn)維檢修工作。