廈門柔直工程空氣處理組合機(jī)濾網(wǎng)清洗裝置的設(shè)計(jì)與研制

陳金文 林漢龍 董偉峰

摘? 要：廈門柔直換流站內(nèi)組合式空氣處理機(jī)組有ZK30、ZK40、ZK160三種型號，其每臺機(jī)組每年的濾網(wǎng)更換及定期對濾網(wǎng)拆卸清洗的成本較高。以ZK30為對象，研制一套也適用于ZK40、ZK160型號組合式空氣處理機(jī)組的濾網(wǎng)清洗裝置，實(shí)現(xiàn)在機(jī)組停運(yùn)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)免拆卸方式對濾網(wǎng)進(jìn)行清洗，以降低濾網(wǎng)更換及濾網(wǎng)清洗的成本，延長機(jī)組濾網(wǎng)的使用壽命;實(shí)現(xiàn)一清洗裝置對多機(jī)組的過濾器清洗，提升清洗裝置的利用率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時免拆卸清洗，提升換流站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：變電站;空氣處理;組合機(jī);板式過濾器;清洗裝置;利用率

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）05-0095-03

Abstract： There are three types of combined air handling units in Xiamen VSC-HVDC Station： ZK30， ZK40 and ZK160. The annual cost of each unit's filter replacement and regular removal and cleaning of the filter is high. Develop a set of filter cleaning devices for ZK30， ZK40， ZK160 combined air handling units to achieve clean-free cleaning of the filter screen in the case of unit shutdown to reduce the cost of filter replacement and filter cleaning， extend the service life of the filter unit of the unit; realize a cleaning device to clean the filter of the multi-unit， improve the utilization rate of the cleaning device， realize real-time disassembly-free cleaning， and improve the reliability of equipment operation in the converter station.

Keywords： substation; air treatment; combination machine; plate filter; cleaning device; utilization rate

1 概述

廈門柔直換流站的橋臂電抗器室設(shè)備、閥廳內(nèi)設(shè)備、直流場內(nèi)設(shè)備均為戶內(nèi)設(shè)置，各個設(shè)備運(yùn)行功耗發(fā)熱量需要被帶走，以滿足夏季運(yùn)行環(huán)境空氣不超過40℃;為此需設(shè)置通風(fēng)設(shè)備帶走一次設(shè)備產(chǎn)生的熱量，并保持室內(nèi)設(shè)備微正壓。

橋臂電抗器設(shè)備區(qū)每極設(shè)置2臺ZK160機(jī)組（每小時最大通風(fēng)量約為1.6萬m3）機(jī)械進(jìn)風(fēng)，利用橋臂電抗器室內(nèi)的地下通道送風(fēng)，屋頂?shù)驮肼曤x心風(fēng)機(jī)機(jī)械排風(fēng)，其中組合機(jī)組設(shè)初中效過濾器，機(jī)組一備一用，滿足排風(fēng)溫度不超過40℃，維持橋臂電抗器室設(shè)備區(qū)對外部空氣5-10Pa的微正壓。

閥廳設(shè)備區(qū)每極設(shè)置2臺ZK40機(jī)組（每小時最大通風(fēng)量約為0.4萬m3）機(jī)械進(jìn)風(fēng)，其中組合機(jī)組設(shè)初中高效過濾器，機(jī)組一備一用，滿足閥廳溫度不超過45℃，維持閥廳對外部空氣5-10Pa的微正壓。

直流場設(shè)備區(qū)每極設(shè)置2臺Z30機(jī)組（每小時最大通風(fēng)量約為0.3萬m3）機(jī)械進(jìn)風(fēng)，利用直流場頂部通道送風(fēng)，屋頂?shù)驮肼曤x心風(fēng)機(jī)機(jī)械排風(fēng)，其中組合機(jī)組設(shè)初中效過濾器，機(jī)組一備一用，滿足排風(fēng)溫度不超過40℃，維持直流場設(shè)備區(qū)對外部空氣5-10Pa的微正壓。

外部空氣通過組合機(jī)組進(jìn)入設(shè)備區(qū)，再通過頂部排風(fēng)機(jī)排風(fēng)帶走一次設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的熱量，而設(shè)置初中高效過濾器是為了過濾被吸入的外部空氣中的大部分灰塵，以避免一次設(shè)備發(fā)生污閃故障。

2 存在問題與空氣處理機(jī)組板式過濾器的清洗裝置現(xiàn)狀分析

2017年9月5日，在對直流場一次設(shè)備進(jìn)行紫外測試時，檢測到直流場極線平波電抗器的支撐絕緣子有異常放電現(xiàn)象。

經(jīng)停電檢查發(fā)現(xiàn)在直流場平波電抗器的支撐瓷瓶上吸附了灰塵過多而導(dǎo)致的異常放電現(xiàn)象。

經(jīng)檢查分析，直流場所設(shè)置的ZK30組合機(jī)的初中效過濾網(wǎng)為每季度清洗一次，濾網(wǎng)上灰塵過多，灰塵部分會較多的進(jìn)入直流場內(nèi)，增加直流場的灰塵量，而且由于是直流設(shè)備，其絕緣表面會受靜電影響更容易積灰，附著在絕緣子表面的污穢物可溶物質(zhì)部分會發(fā)生潮解，形成一層可導(dǎo)電的薄膜，大大增加了絕緣表面的泄露電流[1]。

目前，換流站內(nèi)的ZK30、ZK40、ZK160均采取每季度清洗一次、每半年更換一次的維護(hù)策略，以維持濾網(wǎng)的清潔度，從而提升進(jìn)入設(shè)備區(qū)空氣的潔凈度。但根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行維護(hù)情況來看，需要縮短濾網(wǎng)清洗的時間間隔。濾網(wǎng)清洗工作開展順序?yàn)椋喊衙繕O輪洗的運(yùn)行機(jī)組停運(yùn)，切換到備用機(jī)組;把停運(yùn)機(jī)組的濾網(wǎng)從空氣處理組合機(jī)的初效過濾段內(nèi)拆卸下來，再用高壓水槍對板式過濾器進(jìn)行沖洗，沖洗完再對濾網(wǎng)進(jìn)行裝設(shè)，再把當(dāng)前運(yùn)行的機(jī)組停下，把清洗完濾網(wǎng)的機(jī)組投入運(yùn)行，以此類推。

實(shí)際中，如為增加濾網(wǎng)的潔凈度增加濾網(wǎng)清洗的頻次，勢必會大大增加運(yùn)行維護(hù)的人工成本，同時也讓一備一用的機(jī)組處于無備用運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

3 空氣處理機(jī)組濾網(wǎng)清洗裝置的研究現(xiàn)狀

王文賓[3]所研制的濾網(wǎng)清洗裝置只試用于通風(fēng)管道，不適用于組合式空氣處理機(jī)組的多片濾網(wǎng)清洗。

現(xiàn)有的空氣處理組合機(jī)板式過濾器清洗裝置一般采用只對單塊的板式過濾器清洗的方式，通過裝置的傳動機(jī)構(gòu)，將板式過濾器傳送至清洗槽內(nèi)，利用超聲波清洗及噴淋進(jìn)行清洗，清洗完成后，再利用傳動機(jī)構(gòu)恢復(fù)至原安裝位置。

現(xiàn)有的清洗裝置存在以下問題：（1）對于單塊的板式過濾器在線自動清洗較為簡單，但對于多塊的板式過濾器清洗來說較難實(shí)現(xiàn)。（2）需要較多的傳動機(jī)構(gòu)，因組合式空氣處理機(jī)組在使用一個階段后，機(jī)組內(nèi)部積灰多，且有清洗裝置噴淋，內(nèi)部潮氣多，傳動機(jī)構(gòu)機(jī)械容易生銹、卡澀，導(dǎo)致故障頻發(fā)。（3）需要設(shè)計(jì)一個專用的清洗槽及超聲波清洗機(jī)，所需的安裝空間大，成本高，不適用于對現(xiàn)有的空氣處理機(jī)組板式過濾器加裝清洗裝置的情況，因機(jī)組底部大部分已用水泥澆筑，無法安裝清洗槽及超聲波清洗機(jī)。（4）基本都是一個板式過濾器對應(yīng)于一套清洗裝置設(shè)計(jì)，裝置的利用率低。

4 板式過濾器濾網(wǎng)清洗裝置的設(shè)計(jì)與研制

4.1 板式過濾器濾網(wǎng)清洗裝置的意義

研制板式過濾器濾網(wǎng)清洗裝置的目的在于實(shí)現(xiàn)不拆卸清洗，最大限度的實(shí)現(xiàn)設(shè)備不停電清洗，降低運(yùn)維成本，提升設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

4.2 板式過濾器濾網(wǎng)清洗裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

所設(shè)計(jì)的板式過濾器濾網(wǎng)清洗裝置結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

1-緩沖水池;2-水過濾器;3-增壓泵;4-清洗劑儲罐;5-控制閥門;6-噴淋支管;7-空氣處理機(jī)組;8-噴淋頭;9-排污管道;10-板式過濾器;11-電機(jī);12-風(fēng)機(jī);13-送風(fēng)閥;14-兩臺機(jī)組共用的送風(fēng)管;15-壓差傳感器;16-泄壓安全閥;17-輸水主管。

由于電力行業(yè)所用的空氣處理機(jī)組對可靠性要求都比較高，都設(shè)置一備一用兩臺機(jī)組，在本設(shè)計(jì)裝置中，可應(yīng)用于兩個電力設(shè)備區(qū)域內(nèi)的兩套送風(fēng)系統(tǒng)的四臺空氣處理機(jī)組或更多的機(jī)組，以四臺機(jī)組為例：電力設(shè)備區(qū)域1設(shè)置一套送風(fēng)系統(tǒng)，含Ⅰ、Ⅱ機(jī)組;電力設(shè)備區(qū)域2設(shè)置一套送風(fēng)系統(tǒng)，含Ⅲ、Ⅳ機(jī)組。本裝置可以實(shí)現(xiàn)一臺清洗裝置對四臺空氣處理機(jī)組的板式過濾器進(jìn)行在線不拆卸清洗。

在本裝置中，所述輸水主管17在增壓泵3的上游設(shè)有水過濾器2，以對增壓泵進(jìn)水進(jìn)行過濾，所述輸水主管17在增壓泵3的上游連接有清洗劑儲罐4，以便在清洗濾網(wǎng)的水中利用負(fù)壓原理添加清洗劑。

如圖1所示，為了實(shí)現(xiàn)一備一用，所述輸水主管17包括兩條出水接管和匯流管，所述水池1設(shè)有兩個出水口，所述兩條出水接管的前端分別連接水池1的兩個出水口，兩條出水接管的后端連接匯流管的前端，匯流管的后端連接所述噴淋支管6。各出水接管上分別設(shè)有一個所述水過濾器2和一臺所述增壓泵3，所述清洗劑儲罐4設(shè)于增壓泵上游，即設(shè)置于水泵的負(fù)壓區(qū)內(nèi)。

為了進(jìn)行超壓保護(hù)，與所述噴淋支管6連通的輸水主管17上設(shè)有泄壓安全閥16，以在控制閥門5或噴淋頭8堵塞或故障時進(jìn)行及時泄壓。

各送風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)有一備一用的兩臺空氣處理機(jī)組7，兩臺機(jī)組的送風(fēng)管14相連通，送風(fēng)閥13雖處于關(guān)閉狀態(tài)，但并未可達(dá)100%密封關(guān)閉，故可使正在運(yùn)行的機(jī)組對正在進(jìn)行清洗的機(jī)組濾網(wǎng)進(jìn)行反吹風(fēng)風(fēng)干，在正在清洗的機(jī)組電機(jī)段內(nèi)形成正風(fēng)壓，以在清洗時能有效阻擋水霧飄入電機(jī)段內(nèi)，保護(hù)電機(jī)11，在濾網(wǎng)清洗后可加速板式過濾器風(fēng)干。

本裝置還包括控制裝置，各壓差傳感器分別與控制裝置的輸入端連接，控制裝置的輸出端分別與增壓泵以及各控制閥門的控制端連接，以控制各部件工作。

所設(shè)計(jì)裝置的工作過程為：清洗裝置實(shí)時讀取空氣處理機(jī)組Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的狀態(tài)信息，當(dāng)檢測到一臺空氣處理機(jī)組的濾網(wǎng)前后壓差大于等于設(shè)定值，而該空氣處理機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)且室外空氣濕度低于設(shè)定值（低于70%，以確保在晴天時開啟進(jìn)行清洗，可靈活設(shè)置）時，則啟動噴淋清洗：啟動該空氣處理機(jī)組對應(yīng)的電動閥門5，然后開啟增壓泵3，從緩沖水池1抽水，對濾網(wǎng)進(jìn)行免拆卸的噴淋清洗10min。利用輸水主管和噴淋支管6內(nèi)流體流動及泵前端形成負(fù)壓的原理，從清洗劑儲罐4上吸入一定量的清洗劑，通過噴淋管道6及噴淋頭8，對板式過濾器10進(jìn)行高壓噴淋清洗，污水會順著濾網(wǎng)往下流到板式換熱器的邊沿?fù)跛?8，沿著往進(jìn)風(fēng)口傾斜的沿往下排，產(chǎn)生的污水通過排污管9排走。如果電動閥門5或噴淋頭8堵塞或損壞，管道內(nèi)形成高壓，會通過泄壓安全閥16進(jìn)行泄壓，并把信號發(fā)送給清洗裝置進(jìn)行停機(jī)操作，確保裝置安全運(yùn)行。當(dāng)噴淋清洗完成后，關(guān)閉增壓泵3，關(guān)閉空氣處理機(jī)組對應(yīng)的電動閥門5。如有多臺機(jī)組滿足條件，則依次排隊(duì)，按順序依次進(jìn)行噴淋清洗，如某個機(jī)組的進(jìn)水管的電動閥門損壞則跳過，以此類推。

4.3 板式過濾器濾網(wǎng)清洗裝置的噴頭設(shè)計(jì)及噴淋泵功率的選擇

組合式空氣處理機(jī)組ZK30所采用的是9個400mm*400mm的板式過濾器，噴頭安裝的位置設(shè)計(jì)于濾網(wǎng)的正中間，因組合式空氣處理機(jī)組初效過濾段內(nèi)的空間有限，噴淋頭離濾網(wǎng)的垂直距離設(shè)計(jì)為400mm，以便于濾網(wǎng)的定期更換，不妨礙機(jī)組內(nèi)部損壞部件的檢修。

其噴淋頭型號為1/4-6530，在3公斤壓力下噴射角度65度流量11.8L/min。

對于ZK30系列機(jī)組，其初效過濾段內(nèi)有9塊濾網(wǎng)，在3公斤壓力下，其每分鐘的流量為11.8*9=106.2L/min，即106.2/60=1.77L/S。

對于ZK40系列機(jī)組，其初效過濾段內(nèi)有12塊濾網(wǎng)，在3公斤壓力下，其每分鐘的流量為11.8*12=106.2L/min，即141.6/60=2.36L/S。

對于ZK160系列機(jī)組，其初效過濾段內(nèi)有24塊濾網(wǎng)，在3公斤壓力下，其每分鐘的流量為11.8*12=212.4L/min，即212.4/60=4.72L/S。

因此噴淋泵可選擇4公斤（考慮管道壓力損失），每秒的流量4.72L的泵，也可選擇8公斤，每秒的流量10L的泵來作為裝置的噴淋泵，可外加設(shè)計(jì)一個變頻器，通過設(shè)置頻率的大小來靈活調(diào)節(jié)噴淋泵輸出壓力的大小。

4.4 板式過濾器濾網(wǎng)清洗裝置的改造效果

樣機(jī)完成研制后，對板式過濾器濾網(wǎng)清洗裝置的穩(wěn)定性和清洗效果進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用測試。

（1）板式過濾器濾網(wǎng)清洗裝置在啟動后，能穩(wěn)定的對ZK30機(jī)組的板式過濾網(wǎng)進(jìn)行持續(xù)可靠的噴淋清洗。

（2）每周對濾網(wǎng)每臺ZK30機(jī)組進(jìn)行一次濾網(wǎng)清洗，大大降低了濾網(wǎng)的結(jié)垢情況的發(fā)生，使濾網(wǎng)清洗效果更好。

（3）設(shè)計(jì)的排污口可及時排出濾網(wǎng)清洗裝置所產(chǎn)生的污水，未發(fā)生堵塞。

（4）樣機(jī)裝置實(shí)現(xiàn)了一對多的清洗，提高了清洗裝置利用率。

（5）濾網(wǎng)清洗后，利用另外一臺機(jī)組的反送風(fēng)風(fēng)干，潮濕的濾網(wǎng)在10個小時內(nèi)基本可風(fēng)干，其中一備一用機(jī)組每48小時輪換一次。

（6）裝置相對于傳統(tǒng)的拆卸清洗，用水量大大減少。

（7）濾網(wǎng)裝置運(yùn)行可靠，未發(fā)生過故障。

（8）傳統(tǒng)清洗方法未使用清潔劑，樣機(jī)裝置設(shè)計(jì)添加清潔劑部件，可提高清洗效果，提高濾網(wǎng)的潔凈度，達(dá)到利用盡可能少的清洗劑來提高清洗效果。

（9）室內(nèi)設(shè)備區(qū)內(nèi)的積灰程度明顯減少。

（10）由人工清洗改為自動清洗，人工成本大大降低和更換成本，減少濾網(wǎng)清洗時臟污粉塵對人體的傷害。

（11）增加裝置后，濾網(wǎng)清洗時間由1個月清洗1次，加裝濾網(wǎng)清洗裝置后2個月清洗1次;每月清洗及安裝一臺ZK30組合機(jī)組濾網(wǎng)需0.5天/人，一年共節(jié)省6*0.5天/人=3天/人;延長了濾網(wǎng)的使用壽命，濾網(wǎng)更換時間由3個月更換一次，加裝濾網(wǎng)清洗裝置后4個月更換1次;更換一臺ZK30組合機(jī)組濾網(wǎng)需12片初效過濾網(wǎng)，一年共節(jié)省12片初效過濾網(wǎng)。

5 結(jié)束語

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本文設(shè)計(jì)了一種適用于電力行業(yè)的空氣處理組合機(jī)板式過濾器的清洗裝置，該清洗裝置可以通過一臺裝置對多臺組合式空氣處理機(jī)組的板式過濾器進(jìn)行清洗，克服了現(xiàn)有濾網(wǎng)清洗裝置無法一對多進(jìn)行清洗的問題，同時也大大降低了空氣處理機(jī)組濾網(wǎng)的維護(hù)和更換成本，降低了室內(nèi)設(shè)備區(qū)一次設(shè)備發(fā)生污閃的風(fēng)險。此外，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于在現(xiàn)有未裝設(shè)濾網(wǎng)清洗裝置的機(jī)組上加裝，具有很強(qiáng)的實(shí)用性及應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]蒲正波.自動反沖洗濾網(wǎng)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（33）：62.

[2]王劍坤.±500kV換流站直流場設(shè)備外絕緣故障原因及對策分析[J].低碳世界，2016（8）：32-33.

[3]王文賓，李志峰.通風(fēng)管中過濾網(wǎng)自動清洗裝置的設(shè)計(jì)與研制[J].煤礦機(jī)械，2016，37（03）：38-40.

[4]許志紅.電器理論基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014：75-94.

[5]張文軍，余冬梅，楊麗紅.SJ1513型梗絲加料機(jī)熱風(fēng)濾網(wǎng)內(nèi)部清洗系統(tǒng)的研制[J].價值工程，2017，36（07）：145-147.

[6]閆東波，何北海，朱先軍.超聲波濾網(wǎng)清洗裝置[Z].

[7]王曉.一種造紙過濾網(wǎng)用的清理裝置[Z].