一種用于換流站閥外冷藥劑快速補(bǔ)充裝置的設(shè)計

王子龍，代海濤，軒 磊，羅小勇

（1.國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250000；2.河南綠控科技有限公司，河南 許昌 461000）

0 引 言

換流站換流閥水冷設(shè)備在直流輸電工程中是重要的輔助設(shè)備，閥水冷故障可能引發(fā)換流閥主設(shè)備停運(yùn)。換流閥運(yùn)行時產(chǎn)生大量的熱，內(nèi)冷水周而復(fù)始的循環(huán)帶走換流閥產(chǎn)生的熱，并在外冷系統(tǒng)中冷卻。

當(dāng)前，絕大多數(shù)換流閥外冷系統(tǒng)采用密閉式冷卻塔作為冷卻設(shè)備。在換流站外冷水循環(huán)系統(tǒng)中，由于水的蒸發(fā)，各種無機(jī)離子以垢質(zhì)形式析出、有機(jī)物質(zhì)沉淀、增加離子濃縮倍數(shù)、微生物在設(shè)備表面附著大量滋生等現(xiàn)象，導(dǎo)致冷卻塔熱交換器盤管外壁、內(nèi)部填料、內(nèi)側(cè)鋼板壁面結(jié)垢，造成設(shè)備腐蝕，堵塞冷卻水路管道，嚴(yán)重影響外冷散熱效率，造成內(nèi)冷水溫度升高等問題。

為防止上述情況的出現(xiàn)，一般在換流站閥外冷系統(tǒng)初設(shè)時會有一套專門的外冷水加藥控制自動裝置，但是并未設(shè)計一套向儲藥箱補(bǔ)藥的裝置。目前，儲藥箱內(nèi)的藥劑用完后，需要采用純手操作，把原藥桶蓋擰開后朝下口對口直接將藥劑倒入儲藥箱。這種補(bǔ)藥方式存在隱性的安全風(fēng)險。藥劑具有輕微的腐蝕性，沾著皮膚需要盡快清洗。采用現(xiàn)有的補(bǔ)藥方式很容易造成藥劑灑出，腐蝕皮膚，污染地面。此外，補(bǔ)藥時敞口流動的藥劑散發(fā)出刺鼻的化學(xué)氣味，損害操作者的健康。

1 加藥的目的和意義

閥外冷系統(tǒng)是為換流閥內(nèi)冷系統(tǒng)提供冷卻的設(shè)備，通過冷卻塔循環(huán)冷卻的水和盤管內(nèi)流動的水的熱交換達(dá)到對內(nèi)冷水的降溫。

在外冷實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，冷卻塔的盤管表面、冷卻塔填料和冷卻塔壁板總是產(chǎn)生很多白色物質(zhì)。經(jīng)檢測，這些物質(zhì)的主要成分是CaCO3、MgCO3等鹽類物質(zhì)，因此可以斷定這些白色物質(zhì)即水垢，如圖1所示。

換流站遠(yuǎn)離城市，外冷水取自地下水，那么Ca2+、Mg2+的含量較高。隨著冷卻水的循環(huán)，Ca2+、Mg2+濃縮倍數(shù)增高。此外，空氣中的CO2融入循環(huán)水，將按照如下化學(xué)式析出CaCO3、MgCO3[1]。

圖1 產(chǎn)生水垢的冷卻塔

水垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小，為普通鋼材的2%～5%。水垢結(jié)于盤管受熱面上，惡化傳熱效果，影響內(nèi)外冷卻水熱交換的效率，極大地降低了冷卻能力。水垢在盤管及冷卻塔壁板上會促使電化學(xué)腐蝕加劇，引起鋼材垢下腐蝕，加速受熱面的損壞。水垢在填料上吸附，影響冷卻循環(huán)水的流通性能，且產(chǎn)生的水垢影響美觀。

為了控制水垢產(chǎn)生帶來的危害，需要向外冷循環(huán)水內(nèi)加入一定量的緩蝕阻垢劑，并達(dá)到阻垢的效果，防止Ca2+、Mg2+和外冷水融入的CO2結(jié)合析出CaCO3、MgCO3。同時，外冷循環(huán)水溫度適宜，極易滋生藻類，因此還需要加入一定量的殺菌滅藻劑來阻止藻類的生長。

為保證不間斷加藥，加藥系統(tǒng)設(shè)置有儲藥箱。儲藥箱根據(jù)現(xiàn)場空間布局放置在外冷設(shè)備間地上一層或地下一層，如圖2所示。

圖2 地下一層設(shè)置的儲藥箱

2 化學(xué)藥劑補(bǔ)充的現(xiàn)狀

新藥劑都是按照25 L/桶進(jìn)行采購，如圖3所示[2]。往儲藥箱內(nèi)加藥時，因?yàn)樗幫绑w積和重量的原因需兩人完成操作。操作者將藥桶倒置，口對口把藥劑倒在儲藥箱內(nèi)。尤其是地下一層的儲藥箱補(bǔ)充藥劑時，需要將藥桶搬運(yùn)到地下一層，搬運(yùn)過程存在從梯上跌倒的風(fēng)險，兩人不方便搬運(yùn)，一人搬運(yùn)太重。藥劑是液體，有輕微腐蝕性，容易灑，藥桶體積大，不便抱緊，操作者稍有不慎，就會從梯上跌倒或藥劑溢出灑在身上腐蝕皮膚或?yàn)⒃谠O(shè)備上慢性腐蝕設(shè)備表面。

圖3 原藥桶

因此，急需開發(fā)一套輕便快速加藥系統(tǒng)，把勞動型工作變成輕松型工作，解放勞動力，將儲藥箱補(bǔ)藥的過程變成輕松、愉快、風(fēng)險低的工作。

3 實(shí)現(xiàn)閥外冷藥劑快速補(bǔ)充的研究內(nèi)容

外冷水加藥是個持續(xù)過程，儲藥箱內(nèi)的藥劑使用完之前，需要提前向儲藥箱內(nèi)加注藥劑。為實(shí)現(xiàn)閥外冷藥劑快速補(bǔ)充，需要研究以下3方面內(nèi)容。

3.1 工藝管路結(jié)構(gòu)技術(shù)研究

為了確保藥劑順暢流通，工藝管路在布局上不宜折彎。為了避免藥劑腐蝕管路，管路采用抗老化、耐腐蝕的PE或PPR管。此外，工藝管路沿墻固定，順流垂直往下安裝或順流水平略有傾角往下安裝[3]。管路中間環(huán)節(jié)不能有管路下沉彎曲，防止藥劑積存。管路安裝沿墻固定，顏色和墻體顏色搭配，路徑最短、美觀。

管路起始端設(shè)置一段柔性管路，將管路和槍式吸液泵連接。設(shè)計一套槍式吸液泵及管路的固定構(gòu)件，柔性管路可以輕易懸掛在構(gòu)件上。槍式吸液泵能夠懸掛在構(gòu)件上，構(gòu)件底部具有積液盤，防止槍式吸液泵頭殘液灑落地面上。

儲液箱頂部開孔，管路末端直接插入儲液箱，插孔處需要密封隔離，阻止藥劑分子暴露而污染室內(nèi)空氣。

3.2 吸藥泵機(jī)電一體化控制技術(shù)研究

吸藥泵是具有較長泵頭的吸液管，俗稱槍式吸液泵，如圖4所示，可以插入儲藥箱頂部的孔內(nèi)。吸藥泵接液的材料為RPP，需要耐腐蝕、耐酸，長時間浸泡在腐蝕的液體中不腐蝕、經(jīng)久耐用[3]。吸液管端頭具有濾網(wǎng)，防止堵塞。

吸藥泵采用全銅電機(jī)，動力要強(qiáng)，能夠克服少量粘稠的藥劑。全銅線繞制，散熱性能優(yōu)良，可以長時間使用而不燒機(jī)。電機(jī)外殼為鋁，輕便且啟動噪音小。無極調(diào)試電機(jī)，可以調(diào)整吸藥的速度。電機(jī)封閉，防止灰塵進(jìn)入污染內(nèi)部線圈。

圖4 槍式吸藥泵

吸藥泵插上電源即可使用，具有兩種功能啟動：

（1）按下電源開關(guān)即啟動吸藥泵，松開電源開關(guān)即停止工作；

（2）按下電源開關(guān)并按下鎖緊裝置，雙手松開補(bǔ)藥泵仍然工作，可以防止長時間使用時手累。

吸藥泵具有舒適的手柄，使用方便。具有儲藥箱液位滿自動供電斷開功能，達(dá)到一人獨(dú)自完成補(bǔ)藥，而無需在儲藥箱附近安排液位觀察人員。

3.3 因藥劑黏稠，管路防堵技術(shù)研究

部分藥劑黏稠，使用這種吸藥泵補(bǔ)藥結(jié)束后，裝置具有從泵頭吸入管開始密封整個管路的功能。槍式吸藥泵垂直懸掛在構(gòu)件上時，泵頭內(nèi)殘留藥劑會自動流入積藥盒。泵頭槍管長時間不用，不會因藥劑風(fēng)干造成堵塞[4]。

4 閥外冷藥劑快速補(bǔ)充達(dá)到的預(yù)期效果

研制應(yīng)用于（特）高壓直流輸電工程換流站閥外水冷補(bǔ)藥裝置，結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，具有良好的實(shí)用性，如圖5所示。從使用效果來看，它具有良好的推廣價值，主要體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）具有輕巧實(shí)用的快速補(bǔ)藥功能；

（2）具有儲藥箱液位滿補(bǔ)藥自動停止功能；

（3）具有防止管路藥劑揮發(fā)、防止殘留藥劑黏稠堵塞管道的功能。

5 創(chuàng)新點(diǎn)及效益分析

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

槍式吸藥泵在市場上用于抽油，其泵頭管徑正好可以插入藥桶口，兩者結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)快速抽藥。目前，這種方式在換流站首次使用，解決了人員搬動藥桶上下樓的困難。此外，直接插入藥桶抽取藥劑，避免了藥劑溢出，保護(hù)人身不受傷害。

圖5 槍式吸藥泵

槍式吸藥泵在停止的時候，殘留藥劑封堵在管路中，避免了揮發(fā)，保持其新鮮狀態(tài)，防止塞堵，有利于保護(hù)環(huán)境空氣。

5.2 效益分析

基于槍式吸藥泵實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)藥的應(yīng)用，能夠極大減少操作者搬運(yùn)的工作量，節(jié)省人力成本和時間成本，避免搬運(yùn)過程中因上下樓梯帶來的傷害，提高工作效率。

6 結(jié) 論

用于換流站閥外冷藥劑快速補(bǔ)充裝置的應(yīng)用，是閥外冷補(bǔ)藥系統(tǒng)的一個過程的改進(jìn)。這個過程改進(jìn)的應(yīng)用極大地減少運(yùn)維人員的工作量，降低了過程中的風(fēng)險，提高了效率，將補(bǔ)藥環(huán)節(jié)變得輕松容易，最終達(dá)到了提升電網(wǎng)可靠性的目的。