淺談一種基于智能程控的換流站閥冷反滲透膜清洗裝置

王鴻，殷紅霞，江金成，王學(xué)良，夏巍，王權(quán)

（國(guó)網(wǎng)新疆超高壓分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

閥冷卻系統(tǒng)是換流站的直流核心設(shè)備之一，用于對(duì)換流閥元器件進(jìn)行持續(xù)冷卻，確保換流閥運(yùn)行溫度穩(wěn)定，避免溫度過熱引起設(shè)備損壞造成直流系統(tǒng)停運(yùn)。隨著特高壓直流輸送功率的不斷增加，設(shè)備安裝空間越來越小，部分換流站自然環(huán)境惡劣，夏季溫度高，常規(guī)的空氣冷卻器已不滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行要求，空冷器加閉式冷卻塔的組合冷卻方式逐漸發(fā)展為主流冷卻方式，冷卻塔的主要作用就是通過噴淋水和風(fēng)扇對(duì)內(nèi)水冷散熱管進(jìn)行冷卻，冷卻塔冷卻效率的決定因素在于噴淋水，反滲透系統(tǒng)的主要作用是長(zhǎng)時(shí)間保持噴淋水無垢及脫鹽水狀態(tài)，否則，對(duì)冷卻塔冷卻效果有負(fù)面影響。

目前，換流站反滲透系統(tǒng)主要組成部分是反滲透膜，反滲透膜裝在隔膜管內(nèi)，噴淋水在通過反滲透膜后會(huì)造成積垢，可能的原因如下：無機(jī)鹽積垢、氟化鈣、硅化物積垢、金屬氧化物積垢、鐵、錳、鋁等金屬之氫氧化物及離子積垢、生物積垢、有機(jī)物積垢。結(jié)垢后通過反滲透系統(tǒng)的水流量減小，降低了閥外冷系統(tǒng)的冷卻效率，同時(shí)，反滲透膜的清洗耗時(shí)長(zhǎng)，大大增加了閥冷系統(tǒng)運(yùn)維檢修的工作量。反滲透膜長(zhǎng)時(shí)間結(jié)垢運(yùn)行降低了使用壽命，在當(dāng)前直流檢修原則下，閥冷系統(tǒng)維護(hù)成本攀升。為了解決閥冷系統(tǒng)反滲透膜清洗效率低且成本高的問題，本文設(shè)計(jì)了一套閥外冷系統(tǒng)全自動(dòng)反滲透膜清洗裝置，延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命，進(jìn)而達(dá)到間接提升閥外冷系統(tǒng)冷卻容量的目的，確保直流換流站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 全自動(dòng)反滲透膜清洗裝置的設(shè)計(jì)

1.1 全自動(dòng)反滲透膜清洗裝置工藝流程設(shè)計(jì)

全自動(dòng)反滲透膜清洗裝置包括反滲透膜清洗容器組、清洗液箱、清水箱以及水泵；其特征在于：所述反滲透膜清洗裝置通過水泵連接各種清洗液容器以及過濾器流量計(jì)；所述反滲透膜清洗容器組包括多個(gè)并聯(lián)的容器，所述容器的兩端通過旋轉(zhuǎn)接頭分別連接有正向清洗管、反向清洗管。具體的系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 全自動(dòng)反滲透膜清洗裝置流程圖

1.2 全自動(dòng)反滲透膜清洗裝置控制策略設(shè)計(jì)

1.2.1 反滲透膜純水清洗控制策略設(shè)計(jì)

啟動(dòng)反滲透膜清洗裝置，在觸摸屏上點(diǎn)擊純水清洗功能鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一次正洗一次反洗并在正洗完成后通過聲光提醒運(yùn)維人員開啟反洗命令。

運(yùn)維人員啟動(dòng)正洗功能時(shí)，應(yīng)該打開閥門5、6、7、9。同時(shí)確保閥門1、2、3、4、8關(guān)閉。純水按照注水口、水泵、過濾器、流量表、反滲透膜組依次通過，最后由排水口排出，完成膜組的清洗流程。反洗時(shí)，應(yīng)打開閥門5、6、8、9，同時(shí)確保閥門1、2、3、4、7關(guān)閉，完成反洗功能。

1.2.2 反滲透膜酸性液清洗控制策略設(shè)計(jì)

啟動(dòng)反滲透膜清洗裝置，在觸摸屏上點(diǎn)擊酸性液清洗功能鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一次正洗一次反洗并在正洗完成后通過聲光提醒運(yùn)維人員開啟反洗命令。

運(yùn)維人員啟動(dòng)正洗功能時(shí)，應(yīng)該打開閥門1、3、6、7。同時(shí)確保閥門2、4、5、8、9、11關(guān)閉。酸性液從酸性液容器、水泵、過濾器、流量表、反滲透膜組依次通過，最后，由排出到酸性液容器，完成膜組的酸性液清洗流程。反洗時(shí)，應(yīng)打開閥門1、3、6、8，同時(shí)確保閥門2、4、5、7、9、11關(guān)閉，完成反洗功能。

1.2.3 反滲透膜堿性液清洗控制策略設(shè)計(jì)

啟動(dòng)反滲透膜清洗裝置，在觸摸屏上點(diǎn)擊堿性液清洗功能鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一次正洗一次反洗并在正洗完成后通過聲光提醒運(yùn)維人員開啟反洗命令。

運(yùn)維人員啟動(dòng)正洗功能時(shí)，應(yīng)該打開閥門2、4、6、7。同時(shí)確保閥門1、3、5、8、9關(guān)閉。酸性液從堿性液容器、水泵、過濾器、流量表、反滲透膜組依次通過，最后，由排出到堿性液容器，完成膜組的堿性液清洗流程。反洗時(shí)應(yīng)打開閥門2、4、6、8，同時(shí)確保閥門1、3、5、7、9關(guān)閉，完成反洗功能。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案及效果驗(yàn)證

2.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)方案

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證全自動(dòng)反滲透膜清洗裝置在手動(dòng)控制方式和自動(dòng)控制方式下均可以正常運(yùn)行，通過模擬該裝置的自動(dòng)、手動(dòng)各個(gè)運(yùn)行工況，同時(shí)，通過模擬氮?dú)饬髁孔兯推鳌⒀a(bǔ)氣壓力變送器以及氧氣濃度變送器故障，檢查該裝置面板報(bào)文正確并可講報(bào)警正確遠(yuǎn)傳至監(jiān)控后臺(tái)，提醒運(yùn)維人員裝置故障需進(jìn)一步檢修維護(hù)。試驗(yàn)方案見表1。

表1 全自動(dòng)反滲透膜清洗裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

2.2 效果驗(yàn)證及評(píng)價(jià)

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，所有功能均可以正常實(shí)現(xiàn)。目前，該裝置已成功應(yīng)用于±1100kV昌吉換流站，未發(fā)現(xiàn)閥冷泄漏以及其他不利于閥冷系統(tǒng)運(yùn)行的事故。現(xiàn)場(chǎng)的儀表面板如圖2所示。

圖2 反滲透膜清洗裝置控制主界面

主界面右上角有北京時(shí)間，該時(shí)間可調(diào)節(jié)。左側(cè)為清洗模式，共有純水正清洗、純水反清洗、酸性正清洗、酸性反清洗、堿性正清洗和堿性反清洗六種模式，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)模式后相應(yīng)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)策略如本文1.2章節(jié)所述。界面右下角為清洗時(shí)間設(shè)定和水泵啟停按鍵，水泵啟動(dòng)會(huì)在收到各個(gè)電磁閥開啟或關(guān)閉的節(jié)點(diǎn)信號(hào)滿足對(duì)應(yīng)邏輯后開啟，否則，會(huì)啟動(dòng)失敗。清洗時(shí)間設(shè)定界面如圖3所示，閾值選擇為1～40min。

圖3 反滲透膜清洗裝置時(shí)間設(shè)定界面

該裝置還有人性化的報(bào)警界面，可以提示運(yùn)維人員裝置工作異常的原因，運(yùn)維人員可通過報(bào)警描述進(jìn)行相應(yīng)的維修以便解除報(bào)警。報(bào)警界面如圖4所示。

圖4 反滲透膜清洗裝置報(bào)警記錄界面

按照直流檢修原則，每年需更換4個(gè)閥組共計(jì)112只反滲透裝膜，共計(jì)花費(fèi)33.6萬元，（參考電商價(jià)格每只3000元），可大幅度節(jié)約公司成本。該裝置成本低，簡(jiǎn)單可靠，可推廣至裝有反滲透系統(tǒng)的場(chǎng)所，提高反滲透膜的使用壽命，降低運(yùn)維成本，具有很高的實(shí)際工程意義與應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語

本文是針對(duì)在給噴淋水脫鹽的反滲透裝置的基礎(chǔ)上，根據(jù)反滲透膜的持續(xù)使用時(shí)間長(zhǎng)、造成反滲透膜積垢等特點(diǎn)，提出通過離線裝置對(duì)反滲透膜進(jìn)行清洗的方式，利用清洗裝置對(duì)反滲透膜進(jìn)行一次性徹底清洗，大大縮短反滲透膜清洗時(shí)間，簡(jiǎn)化清洗工序，延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命，間接提升閥外冷系統(tǒng)冷卻容量。其創(chuàng)新性和科學(xué)性主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）該裝置可完全兼容現(xiàn)有閥冷系統(tǒng)控制系統(tǒng)，運(yùn)行安全可靠，系統(tǒng)自動(dòng)控制，自動(dòng)化程度高。

（2）該裝置能極大地提升換流站冷卻系統(tǒng)反滲透膜使用效率，從而減少運(yùn)維人工及運(yùn)行成本，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

（3）該裝置具有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并配置了聲光報(bào)警器，運(yùn)維安全性高。