基于某阀冷去离子自循环系统电导率与树脂处理时间的关系研究

吕 闯，耿 曼，吴安兵，温玉婷

（广州高澜节能技术股份有限公司，广东 广州 510663）

0 概述

高压直流输电换流阀是直流输电工程的核心设备之一，换流阀冷却系统由内冷水循环系统和外冷水循环系统两部分构成[1]，内冷水循环系统以恒定压力和流量的冷却水流经换流阀冷板散热器进行热交换，冷却水升温后回流经过外冷系统，通过空冷器进行热交换，通过强制水风冷却将热量散发到环境中，冷水回至主循环泵的进口，形成闭式循环冷却系统[2]。

各换流站在运行过程中，均不同程度地出现换流阀内外冷系统的水质变差[3]，换流阀阀体配水部分均压电极结垢，外冷冷却塔结垢腐蚀，换流阀散热器内部腐蚀及树脂离子交换性能下降等问题。

阀冷系统在高电压条件使用下，防止产生漏电流，内冷水需要具备极低的电导率。因此在阀冷冷却系统设计时，与传统水处理行业不同，内冷水循环系统中增加了去离子水处理自循环系统[4]。预设一定流量的冷却水流经离子交换器，不断净化管路中可能析出的离子，保证内冷水水质满足使用要求。

1 试验说明

通过模拟某高压直流输电阀冷项目现场离子交换器去离子自循环系统的运行，检验自循环装置是否能够正常工作，确定自循环补水系统通过调制电导率为2000 μS/cm的市政自来水处理到10 μS/cm所需要的时间[5]，为离子交换器去离子自循环系统控制逻辑的定值设定提供了一定的依据。

1.1 试验设备工具

氯化钠 5 瓶（分析纯，500 g/瓶）；

电导率传感器 （202924/10-0001-1003-104-37-88-26/000）；

电导率变送器 （202565/20-888-000-000-000-25/000）；

计时器等。

1.2 试验原理图

1.3 试验步骤

（1）将补水箱注满自来水至1000 L，将此次试验用水视为样品1。

（2）关闭水冷系统的主副循环，使经过水冷系统主副循环的流量为零。

（3）启动自循环系统，通过阀门QM04调整补充水泵GP01的出口压力表PI03的压力值为其额定扬程，即0.83 MPa。

（4）记录初始时BQ02的数值和时间，每隔1 min在操作面板或就地仪表读取一次BQ02的数值并记录，保留小数点后两位。

（5）利用氯化钠将补水箱中的水调至2000 μS/cm，将此次试验用水视为样品2。

（6）重复步骤（2） ~ （6），记录将电导率从2000 μS/cm降至10 μS/cm所需要的时间。

1.4 试验数据

样品 1：离子交换器规格：Ф508*1300；树脂类型：IRN160；温度：28 ℃；流量：6 m3/h

样品 2：离子交换器规格：Ф508*1300；树脂类型：IRN160；温度：28 ℃；流量：6 m3/h

1.5 数据分析

（1）根据数据制成电导率与处理时间关系曲线

（2）计算电导率与处理时间变化的关系

树脂处理时间使用如下公式：

式中：V——系统水容量，L；

Q1——副循环流量，L/min；

C0——初始电导率，μs/cm；

CP——树脂处理电导率极限，μs/cm；

Cn——目标电导率；

公式推导过程如下：

设时间tn为副循环1次所需时间，n为副循环次数，当tn→0时，T=n·tn为达到目标电导率的时间。

根据离子平衡，循环后总离子含量=原水总离子含量-副循环除去的离子量

式中：C1——第一次循环后主循环水的离子含量，以电导率表示μs/cm，以下类似；

V——系统水容量，L；

C0——初始电导率，μs/cm；

Q1——副循环流量，L/min；

CP——树脂处理电导率极限，μs/cm；

tn——循环一次所需时间，tn→0。

令n=T/tn，T即为处理时间，则

但在实际操作中，受进出水高度及浓差不均的影响，实际结果与理论值存在偏差，故需对该公式进行修正。

具体方法如下：取样品1中的部分数据，按对数函数形式进行曲线拟合，根据拟合出的曲线，反推出需增加系数的位置及大小。根据实际测量结果，得出电导率与时间关系如图所示：

以此对公式（6）进行系数修正，得到公式如下：

实验结果的验证如下：

（1）样品1将电导率由初始值136 μS/cm降至10 μS/cm所需的理论时间为：

（2）样品2将电导率由初始值2000 μS/cm降至10 μS/cm所需的理论时间为：

2 结论

该高压直流输电阀冷项目现场离子交换器去离子自循环系统在正确操作情况下能正常工作，且电导率的变化与时间呈一定的对数关系，为离子交换器去离子自循环系统控制逻辑的定值取定提供一定的依据[6]。对各换流站在运行过程中，出现不同程度的水质变差，均压电极结垢，换流阀冷板散热器内部腐蚀及树脂离子交换性能下降等问题的分析提供了一定参考[7]。