基于某閥冷去離子自循環(huán)系統(tǒng)電導率與樹脂處理時間的關系研究

呂 闖，耿 曼，吳安兵，溫玉婷

（廣州高瀾節(jié)能技術股份有限公司，廣東 廣州 510663）

0 概述

高壓直流輸電換流閥是直流輸電工程的核心設備之一，換流閥冷卻系統(tǒng)由內(nèi)冷水循環(huán)系統(tǒng)和外冷水循環(huán)系統(tǒng)兩部分構成[1]，內(nèi)冷水循環(huán)系統(tǒng)以恒定壓力和流量的冷卻水流經(jīng)換流閥冷板散熱器進行熱交換，冷卻水升溫后回流經(jīng)過外冷系統(tǒng)，通過空冷器進行熱交換，通過強制水風冷卻將熱量散發(fā)到環(huán)境中，冷水回至主循環(huán)泵的進口，形成閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)[2]。

各換流站在運行過程中，均不同程度地出現(xiàn)換流閥內(nèi)外冷系統(tǒng)的水質(zhì)變差[3]，換流閥閥體配水部分均壓電極結垢，外冷冷卻塔結垢腐蝕，換流閥散熱器內(nèi)部腐蝕及樹脂離子交換性能下降等問題。

閥冷系統(tǒng)在高電壓條件使用下，防止產(chǎn)生漏電流，內(nèi)冷水需要具備極低的電導率。因此在閥冷冷卻系統(tǒng)設計時，與傳統(tǒng)水處理行業(yè)不同，內(nèi)冷水循環(huán)系統(tǒng)中增加了去離子水處理自循環(huán)系統(tǒng)[4]。預設一定流量的冷卻水流經(jīng)離子交換器，不斷凈化管路中可能析出的離子，保證內(nèi)冷水水質(zhì)滿足使用要求。

1 試驗說明

通過模擬某高壓直流輸電閥冷項目現(xiàn)場離子交換器去離子自循環(huán)系統(tǒng)的運行，檢驗自循環(huán)裝置是否能夠正常工作，確定自循環(huán)補水系統(tǒng)通過調(diào)制電導率為2000 μS/cm的市政自來水處理到10 μS/cm所需要的時間[5]，為離子交換器去離子自循環(huán)系統(tǒng)控制邏輯的定值設定提供了一定的依據(jù)。

1.1 試驗設備工具

氯化鈉 5 瓶（分析純，500 g/瓶）；

電導率傳感器 （202924/10-0001-1003-104-37-88-26/000）；

電導率變送器 （202565/20-888-000-000-000-25/000）；

計時器等。

1.2 試驗原理圖

1.3 試驗步驟

（1）將補水箱注滿自來水至1000 L，將此次試驗用水視為樣品1。

（2）關閉水冷系統(tǒng)的主副循環(huán)，使經(jīng)過水冷系統(tǒng)主副循環(huán)的流量為零。

（3）啟動自循環(huán)系統(tǒng)，通過閥門QM04調(diào)整補充水泵GP01的出口壓力表PI03的壓力值為其額定揚程，即0.83 MPa。

（4）記錄初始時BQ02的數(shù)值和時間，每隔1 min在操作面板或就地儀表讀取一次BQ02的數(shù)值并記錄，保留小數(shù)點后兩位。

（5）利用氯化鈉將補水箱中的水調(diào)至2000 μS/cm，將此次試驗用水視為樣品2。

（6）重復步驟（2） ~ （6），記錄將電導率從2000 μS/cm降至10 μS/cm所需要的時間。

1.4 試驗數(shù)據(jù)

樣品 1：離子交換器規(guī)格：Ф508*1300；樹脂類型：IRN160；溫度：28 ℃；流量：6 m3/h

樣品 2：離子交換器規(guī)格：Ф508*1300；樹脂類型：IRN160；溫度：28 ℃；流量：6 m3/h

1.5 數(shù)據(jù)分析

（1）根據(jù)數(shù)據(jù)制成電導率與處理時間關系曲線

（2）計算電導率與處理時間變化的關系

樹脂處理時間使用如下公式：

式中：V——系統(tǒng)水容量，L；

Q1——副循環(huán)流量，L/min；

C0——初始電導率，μs/cm；

CP——樹脂處理電導率極限，μs/cm；

Cn——目標電導率；

公式推導過程如下：

設時間tn為副循環(huán)1次所需時間，n為副循環(huán)次數(shù)，當tn→0時，T=n·tn為達到目標電導率的時間。

根據(jù)離子平衡，循環(huán)后總離子含量=原水總離子含量-副循環(huán)除去的離子量

式中：C1——第一次循環(huán)后主循環(huán)水的離子含量，以電導率表示μs/cm，以下類似；

V——系統(tǒng)水容量，L；

C0——初始電導率，μs/cm；

Q1——副循環(huán)流量，L/min；

CP——樹脂處理電導率極限，μs/cm；

tn——循環(huán)一次所需時間，tn→0。

令n=T/tn，T即為處理時間，則

但在實際操作中，受進出水高度及濃差不均的影響，實際結果與理論值存在偏差，故需對該公式進行修正。

具體方法如下：取樣品1中的部分數(shù)據(jù)，按對數(shù)函數(shù)形式進行曲線擬合，根據(jù)擬合出的曲線，反推出需增加系數(shù)的位置及大小。根據(jù)實際測量結果，得出電導率與時間關系如圖所示：

以此對公式（6）進行系數(shù)修正，得到公式如下：

實驗結果的驗證如下：

（1）樣品1將電導率由初始值136 μS/cm降至10 μS/cm所需的理論時間為：

（2）樣品2將電導率由初始值2000 μS/cm降至10 μS/cm所需的理論時間為：

2 結論

該高壓直流輸電閥冷項目現(xiàn)場離子交換器去離子自循環(huán)系統(tǒng)在正確操作情況下能正常工作，且電導率的變化與時間呈一定的對數(shù)關系，為離子交換器去離子自循環(huán)系統(tǒng)控制邏輯的定值取定提供一定的依據(jù)[6]。對各換流站在運行過程中，出現(xiàn)不同程度的水質(zhì)變差，均壓電極結垢，換流閥冷板散熱器內(nèi)部腐蝕及樹脂離子交換性能下降等問題的分析提供了一定參考[7]。