湿热试验设备改造实践研究

董 杰

（中国电子科技集团公司第二十八研究所，南京 210007）

湿热试验设备改造实践研究

董 杰

（中国电子科技集团公司第二十八研究所，南京 210007）

湿热试验箱的正常工作的首要条件就是稳定的供水。当前使用的湿热试验箱，由于 加湿用水直接采自于市政用水，锅炉水垢一直是影响温湿度试验设备正常运行的一大难题。在日常工作中，为了排除锅炉水垢，尝试了各种办法，实践中发现离子交换方法最为方便，因此通过改造现有试验箱水路结构，以压力引流方式，加入水处理装置，通过水路管道和开关引导加湿用水经过pH调节、过滤、防护、检测仪表、加压等装置，最终进入湿热试验箱锅炉内部，提高进入锅炉的水质，有效解决锅炉水垢的问题。

湿热试验设备；离子交换方法；水处理装置

引言

湿热试验箱加湿的过程也就是提供工作室内空气中的水分子含量，以模拟大气环境下的高湿条件，考核并检查被试样品耐受能力。按照当前主流标准GB 2423、GJB 150A等标准规定，湿热试验有两种形式，一种是恒定湿热，另一种是交变湿热，恒定湿热温湿度在试验周期内保持不变，交变湿热温湿度在试验周期内交替变化。

湿热试验箱加湿系统与加热系统类似，由加热器通过热交换将常温液态水变成水蒸汽过程，在进入工作室前与一定温度空气混合，按照一定风速均匀地将高湿空气吹入工作室，完成加湿工作，模拟实现高湿环境。早期比较原始的方法是向试验箱壁喷淋水，通过水温控制水表面饱和压力，向箱内加入一定压力水汽以扩散的方式保证湿度升高，由水银电接点式导电表的开关量调节控制湿度，控制过程缓慢，不适用于交变湿热试验条件，最大的缺点是会有水滴淋在被试样品上，影响试验结果判断，发生过试验现象。

当前主流方法是蒸汽加湿，采用市政用水引入试验箱锅炉，通过电加热水，锅炉蒸发水蒸气，使水槽内常温液态水即由蒸汽锅炉内产生出高于大气压的蒸汽，蒸汽气流通过箱内的浅水盘，以湿热交换形式实现加湿和除湿，减压后蒸汽通过喷雾管进入湿热箱。湿热试验箱的正常工作的首要条件就是稳定的供水，我单位当前使用的湿热试验箱，由于加湿用水直接采自于市政用水，钙镁离子及其他重金属不可避免地存在，水垢不断产生而难以清除是一大难题。

水垢的形成过程较为复杂，根本原因是水存在有钙镁离子及其它重金属离子，当含有上述金属离子的液体进入锅炉后，通过热交换吸收高温烟气带来的大量热量，随着炉水的不断蒸发逐渐浓缩，过饱和的炉水中沉淀析出难溶固态物质并粘附在金属受热面，附着在锅筒、水冷壁管等受热面的内壁上，形成的一层“膜”就是水垢。水垢组成成分较复杂，按化学成分可分为碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢、氧化铁水垢、含油水垢、混合水垢等。

水垢直接阻碍锅炉中的热量传递，并使得管内流通截面积减少，流动阻力增大，破坏正常水循环，使得向火面的金属壁温升高。当管路安全被水垢堵死后，水循环则完全停止，金属壁温则更高，长期下去就会因过烧发生鼓疱、泄漏、弯曲，甚至产生爆管事故。由此，我们可以知道，水垢造成不良影响，如降低锅炉热效率，浪费燃料，引起金属过热，强度降低，危及安全；增加试验箱故障率及检修量，浪费大量资金，还耽误委托方试验进度[1]。

为保证锅炉安全经济运行，锅炉结垢后，一段时间内就必须要清除，为解决水垢问题，进行过各种尝试，拆卸锅炉刮垢、碱洗方法，费时费力，耽搁时间，对锅炉还有损伤，加之GB/T 10586-2006《湿热试验箱技术条件》也没有给出明确要求[2]，清除水垢一直困扰着我们。

表1 锅炉水垢效果分析汇总表

1 问题研究

实践证明，为清除拆卸水垢，简单粗暴地刮垢，是不可行的，尔后尝试使用药剂洗除水垢，采用过石灰+纯碱软化冷法和热法除垢，冷法和热法都用过，效果不理想，无法彻底清除水垢，但操作不方便。冷法是在室温下进行，将水中残余硬度降至1.5~2 mg/L，热法是将水温加热到20~80 ℃，使水中残余硬度降至0.3~0.4 mg/L，分别加入适量的生石灰和纯碱进入锅炉清除[1]。

随着GJB 150.1A-2009《装备实验室环境试验方法-通用要求》标准发布执行[3]，对实验室环境试验用水提出了明确要求，电阻率500-1 500 Ω·m，pH值6.5至7.2，因此想到了从源头更除水垢的办法。采用过人工加注的方法，例如人工加入矿泉水作为加湿用水，钙、镁离子含量偏大，且无电导率、pH值检测与调节手段监控和调节供水质量，锅炉水垢仍然会出现；还会出现加水不及时缺水停机，导致试验中断的问题。加入纯净水，储存运输过程会对水质有影响，同样无电导率、pH检测手段监控和调节供水质量，锅炉水垢仍然会少量出现；加水不及时，试验箱会缺水停机，导致试验中断。

通过各种方法梳理比较（详见表1）决定利用离子交换水处理方法，交换树脂吸附能力强，有机交换树脂的特点是颗粒核心结构疏松，交换反应在颗粒表面和内部同时可进行，软化效果好，能将游离在水中的钙、镁离子吸附，从源头解决水垢问题，效率高，加入电导率、pH值检测与调节手段，还符合150.1A标准关于水质要求。

2 问题实践

明确改进方法后，为不改变原有温湿度试验箱供水管路，明确工作流程为市政供水→pH值调节装置→粗过滤器→活性吸附器→精过滤器→反渗透高压泵→保护装置→反渗透膜→压力储水罐→树脂纯化柱1→树脂纯化柱2→树脂纯化柱3→检测仪表→反渗透高压泵→湿热环境试验箱。

装置功能实现，以电路功能连接和水路功能连接加以区，装置水路连接以及功能实现示意图如图1所示。

1）电路功能连接，供电装置为分路器，引入交流220V市电，为pH调节装置、检测仪表以及加压装置供电，电路功能连接为分路器、总电开关、反渗透高压泵开关、pH调节装置开关；分路器为pH调节装置、反渗透高压泵、检测仪表、工作指示灯供电；各开关为双端开关，控制通断电。

2）水路功能连接，水路管道以压力引流方式，引导加湿用水经水处理后，进入湿热试验箱锅炉内部，为试验箱提供加湿用水。市政用水经过pH调整装置、10 μ m过滤器、活性炭过滤器、低压保护开关、精过滤器、反渗透高压泵、超低压复合膜、混合离子交换装置、检测仪表等装置，最终进入湿热环境试验箱。pH调节装置包括阀门开关、电磁式计量泵、弱酸调节药剂罐、弱碱调节药剂罐。过滤装置包括10 μ m过滤器、活性炭过滤器、精过滤器、反渗透膜、树脂纯化柱。低压保护开关为防护装置，放置于反渗透膜前端，水压低或缺水时，反渗透高压泵不工作，防止空转。检测仪表包括数显pH计和数显电导率表。

为保证美观实用，采用无后门设计的控制柜和水处理柜，以分立并排放置方式安装，如图2，图中细实线表示水路连接、粗实线表示电路连接。控制柜包括供电、pH调节、检测装置，供电装置为分路器，引入交流220 V市电，为pH调节、检测以及加压等装置供电。水处理柜包括1支20英寸PP熔喷滤芯10 μ m过滤器、1支20英寸活性炭过滤器、1支1μ m PP微孔精密过滤芯精过滤器、1支0.1-0.2 MPa低压保护开关、2台100 L/h 80 m反渗透高压泵、超低压高脱盐反渗透膜、1个200 L压力储水罐、3支核子级阳阴混合树脂纯水柱。各部分作用如下：

1）20英寸PP熔喷滤芯10 μ m过滤器滤除较大颗粒及部分铁离子，降低水浊度，使进入活性碳过滤器前的加湿用水得到了较好的净化，延长活性碳过滤器中的活性碳的使用寿命；

2）20英寸活性炭过滤器吸附水中余氯、有机物及部分重金属，脱色除臭，降低COD含量，防止污染反渗透；

3）1 μ m PP微孔精密过滤芯精过滤器，过滤水中粒径大于1 μ m微小的悬浮颗粒；

4）0.1-0.2 MPa低压保护开关置于反渗透高压泵前端，保护泵在水压低或缺水时，反渗透高压泵不工作，防止泵的空转。

5）100 L/h 80 m水泵置于反渗透膜前端，为反渗透机膜加压。

6）超低压高脱盐反渗透膜起脱盐作用，能脱除水中的金属离子、有机物及其它阴、阳离子和细菌、病毒等微生物；反渗透膜配有清洗电磁阀，每次开机和运行时，低压冲洗膜元件；低压保护开关，放置于反渗透膜前端，水压低或缺水时，反渗透高压泵不工作，防止空转。

7）核子级阳阴混合树脂纯水柱进一步脱盐，能脱除水中有害的金属离子及其它阴、阳离子。

图1 装置水路连接以及功能实现示意图

图2 改造后的水处理设备结构示意图

3 有益效果

装置提供湿热环境试验箱用水处理与检测管理手段，在不改变试验设备供水管路基础上，加装相关装置即改即用，有效避免锅炉水垢的发生，减少了因锅炉故障产生的试验箱锅炉维护成本；加水无人值守，避免了缺水停机情况的出现，确保供水满足试验箱要求。该装置具备实时制水、监控的功能，保障正常供水的同时，减少试验箱锅炉水垢的产生，避免因锅炉故障、缺水保护导致试验中断，保证湿热环境试验箱安全运行。

电路、水路走向清晰，便于维护，出水水质高，运行稳定，无人值守24 h连续制水，提高湿热环境试验箱供水保障能力，减少因锅炉故障产生的试验箱维护成本。

4 结论

通过压力引流方式改造原有湿热环境试验箱供水管路，借助PH值调节、水处理、防护、检测、加压等手段，实现湿热环境试验用水处理、水质检测和管理，保证湿热环境试验箱正常运行。本实践案例提供了不改变湿热环境试验箱供水管路基础上改造的一种湿热环境试验箱用水处理装置，具体实现该技术方案的方法和途径很多，还可以做出改进和润饰。

[1]李惠,锅炉中水垢的危害及其预防措施研究[J].山东工业技术, 2016 (10): 54-56.

[2] GB/T 10586-2006,湿热试验箱技术条件[S].

[3] GJB 150.1A-2009,装备实验室环境试验方法-通用要求[S].

董杰，(1983-)，男，江苏南京，高级工程师，本科，指挥信息系统检测试验管理实践与研究。

Practice Research on Water Treatment Transformation of Thermal-humidity Test Equipment

DONG Jie
(28th Research Institute, China Electronic Technology Group Corporation, Nanjing 210007)

The primary condition for normal operation of thermal-humidity test chamber is stable water supply.Because the humidification used water of thermal-humidity test equipment is directly from municipal water, boiler scale has been the big problem in the normal operation of temperature and humidity test equipment.In order to eliminate the boiler scale, we try a variety of ways in daily work, and find that the ion exchange method is the most convenient in practice.Through reforming the existing test chamber waterway structure, with the method of pressure drainage, adding water-treatment plant, and then by means of water pipes and switch, it leads the water through the devices of pH adjustment, filtration, protection, test instruments, and pressure device.Finally, it enters into the interior of hot & humid chamber boiler.It effectively solves the problem of the boiler scale by improving the boiler water quality.

thermal-humidity test equipment; ion exchange method; water treatment device

TB657

A

1004-7204（2016）05-0136-04