基于某閥冷去離子自循環系統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，換流閥冷卻系統由內冷水循環系統和外冷水循環系統兩部分構成[1]，內冷水循環系統以恒定壓力和流量的冷卻水流經換流閥冷板散熱器進行熱交換，冷卻水升溫后回流經過外冷系統，通過空冷器進行熱交換，通過強制水風冷卻將熱量散發到環境中，冷水回至主循環泵的進口，形成閉式循環冷卻系統[2]。

各換流站在運行過程中，均不同程度地出現換流閥內外冷系統的水質變差[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，換流閥散熱器內部腐蝕及樹脂離子交換性能下降等問題。

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

1 試驗說明

通過模擬某高壓直流輸電閥冷項目現場離子交換器去離子自循環系統的運行，檢驗自循環裝置是否能夠正常工作，確定自循環補水系統通過調制電導率為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系統控制邏輯的定值設定提供了一定的依據。

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）關閉水冷系統的主副循環，使經過水冷系統主副循環的流量為零。

（3）啟動自循環系統，通過閥門QM04調整補充水泵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的數值并記錄，保留小數點后兩位。

（5）利用氯化鈉將補水箱中的水調至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 試驗數據

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

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

1.5 數據分析

（1）根據數據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——系統水容量，L；

Q1——副循環流量，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1次所需時間，n為副循環次數，當tn→0時，T=n·tn為達到目標電導率的時間。

根據離子平衡，循環后總離子含量=原水總離子含量-副循環除去的離子量

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

V——系統水容量，L；

C0——初始電導率，μs/cm；

Q1——副循環流量，L/min；

CP——樹脂處理電導率極限，μs/cm；

tn——循環一次所需時間，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中的部分數據，按對數函數形式進行曲線擬合，根據擬合出的曲線，反推出需增加系數的位置及大小。根據實際測量結果，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場離子交換器去離子自循環系統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關系，為離子交換器去離子自循環系統控制邏輯的定值取定提供一定的依據[6]。對各換流站在運行過程中，出現不同程度的水質變差，均壓電極結垢，換流閥冷板散熱器內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]。