运行温度（精选8篇）
运行温度 篇1
我公司总包的中东地区某万吨线其生料长形预均化堆场取料机的刮板用2台电动机驱动, 单台电动机功率是75k W, 电动机绕组接线方式是三角形接法。采用软启动器启动和运行, 软启动器型号是Siemens3RW44 36-6BC44, 90k W。2013年6月份正式生产以来, 软启动器经常出现温度高报警, 而且90%出现在启动期间。9月某天在启动时, 其中一台软启动器损坏, 检查时感觉外表温度较高, 初步判断是由于启动电流大过热损坏。为此, 我们进行分析并采取了相应措施。
1 软启动器的工作原理和接线方式
启动过程中, 软启动器对电动机电压进行控制, 从而对电动机的电流和转矩进行调节。当启动完成之后, 晶闸管完全导通, 这样把全部电源电压施加在电动机端子上。软启动器与电动机绕组的连接方式有“外接”和“内接”两种。“外接”是将软启动器的功率元件接在三角形接法电动机的外部, 控制电动机的线电流。“内接”是将软启动器的功率元件接到三角形接法电动机的内部, 控制电动机的相电流。由于线电流是相电流的姨3倍, 所以软启动器在“内接”时, 流过的电流是“外接”的1/姨3≈0.58。
在实际应用中“外接”形式接线方便, 作为标准接线, 应用广泛;“内接”方式增加了电动机连接电缆, 增加投资。
2 采取的措施
开始想用堆料机悬臂皮带 (电动机功率是90k W) 备用的大型号软启动器 (3RW44 44-6BC44, 132k W) 来更换, 但由于取料机是双电动机驱动, 担心只更换其中一台软启动器, 可能会因为2台电动机驱动力矩等参数差别而出现新问题。于是决定将备用的原型号软启动器的接线方式由标准外接方式改为内接, 减小流经软启动器的电流, 降低其温升。正确连接上电动机, 参数设置 (如电动机功率、额定电流、转速和限流倍数等) 不变, 通过内置软件自动检测到软启动器是内接线方式。具体改动方法见图1 (电动机三相绕组是U1U2、V1V2和W1W2) 。
改动时, 每台电动机需要增加3根15m长的电缆 (50mm2, 三芯电缆即可) , 连接电动机接线盒到软启动器上端。启动时, 原来的软启动器通过的是电动机的线电流 (最大约300A) , 现在通过的是相电流, 最大约300×0.58≈174A, 减小了通过软启动器的电流。运行时由原来的70A减小到约41A, 启动时的发热显著减小, 运行更加可靠。
该方案的缺陷是:停机时, 若不拉下空气开关QM1, 则电动机接线端子和软启动器下端上带电。解决的办法是在保险下端加接触器, 由PLC驱动接触器辅助触点驱动软启动器, 但由于控制柜内空间不够暂时没有这么做。
另外我们在软启动器电控柜门上开孔装上排气扇, 用温控表控制控制柜内温度保持在35~40℃, 同时保证空调始终正常工作, 控制室内温度。
改造运行后, 至2014年5月份, 没有再出现过软启动器温度高报警的情况。
3 总结
目前我国水泥技术进入国际市场, 在非洲和中东等地区有很多承包项目, 这些地区的环境温度较高, 像本项目所在的中东沙漠地区, 每年的4~10月是夏季, 最热时地表温度能达到70℃以上。因此, 必须考虑到当地温度, 不能只按照原来的方案来设计。如, 在生料均化工艺中, 建议设计院在设计堆取料机这些工作环境条件比较差 (灰尘大, 温度高) 的设备时, 软启动器功率增大一档, 或者把标准外接法改用内接法, 同时控制柜要做好排风冷却。
运行温度 篇2
锅炉炉管长期超温会引起金属蠕变，最后导致锅炉炉管爆破，造成机组非停。为了杜绝锅炉超温的现象发生，运行部特制定防止锅炉金属超温的措施，请各管理人员和各值严格执行。
一、防止一二期锅炉炉管金属超温的措施：
1.机组正常运行过程中引起锅炉金属超温的原因是主、再热汽温度控制不当，超限引起锅炉金属超温；或者锅炉受热面长期不吹灰，引起锅炉金属局部超温；采取的措施是：
（1）严格执行运行部小指标考核制度，保证锅炉主、再热汽温压红线运行，防止锅炉超温；
（2）严格执行锅炉受热面吹灰制度，运行部锅炉专工每天检查和监督，发现未执行者，严加考核；在丰水期，机组长期处于低负荷运行时期，每个中班和晚班值长必须向调度申请两小时的吹灰负荷并进行锅炉受热面的吹灰，防止锅炉受热面长期积灰引起锅炉金属超温。
（3）当班值班人员加强锅炉的燃烧调整，保证锅炉火焰充满整个炉膛，防止因火焰中心偏离引起锅炉金属局部超温。
2.机组负荷在80MW以下的低负荷阶段如操作不当容易引起锅炉金属超温，采取的措施是：
（1）机组开机时，运行部派技术水平高、管理能力强的部办管理人员进行现场指导、监督。
（2）机组开机时，当值值长应安排操作水平高的值班人员进行开机操作，以确保开机顺利，杜绝超温情况发生；
（3）开机过程中，控制风量、燃料量平稳上升，防止突增总风量和燃料量，并控制好各风门挡板的开度，确保升温、升压平稳；防止因风量或燃料量突增引起锅炉金属超温。
（4）机组并网后，启磨前，派责任心强的人检查并确认开启汽机侧和锅炉侧主蒸汽、再热蒸汽减温水手动门，安排专人控制好主、再热汽温。（5）低负荷阶段尽量采用一级减温水调阀控制主汽温度，控制屏过入口温度在350℃左右，其屏过出口蒸汽温度不超过480℃。一级减温水调阀不能突开、突关，尽可能平稳操作。
（6）在一次风机启动后，暖磨的过程中应适当减少送风量，防止总风量过高，引起锅炉金属超温；
（7）磨煤机启动后，給煤量应缓慢上升，发现磨煤机已经建立煤位时，应提前预判锅炉热负荷会增加，应适当增加减温水量，并视锅炉压力增加机组负荷，防止锅炉金属超温；
（8）机组启动时，应快速、平稳通过80MW负荷阶段，不能在80MW以下负荷段长期停留，防止低负荷阶段因减温水控制不当引起锅炉主、再热汽温超温或甩汽温。
二、防止三期锅炉金属超温的措施：
1.机组启动过程中，严格控制给水流量在30%左右（550t/h），尽量增大循环水量，防止水冷壁局部超温；
2.在锅炉湿、干态转换及升降负荷过程中注意燃烧调整和温度控制，严密监视各水冷壁温度，防止发生超温现象，如发现锅炉超温采用任何手段无法降低锅炉壁温时，要降低过热度运行，待停机时进行检查处理。
3.合理调整磨煤机组合方式、燃烧器摆角、AA风摆角、过热度以及二次风配风方式，控制炉膛热负荷较高区域的水冷壁管壁温度约在430~440℃之间，其余区域水冷壁管壁温度约在400~420℃之间，使四面水冷壁管壁温度分布较均匀，防止水冷壁局部管壁超温
4.机组启动正常运行时，严密监视水冷壁、过热器、再热器等金属壁温度，并对壁温偏高的水冷壁管进行详细记录，及时发现水冷壁、过热器、再热器等金属壁温度变化；
5.锅炉采用少油模式点火启动时，为防止锅炉在湿、干态转换及升负荷过程中发生水冷壁超温现象，在湿态转干态过程中应注意控制水煤比不小于7.2，过热度不高于20℃。湿、干态转换前投入A、B、C磨煤机运行并转入BI方式控制，湿、干态转换的过程中，燃料量和给水量均匀增加； 锅炉转干态运行后，升负荷过程中投入磨煤机后应注意控制各磨煤机给煤量，尽量采取平均分配各磨煤机给煤量的运行方式，尽快启动上层制粉系统，避免在升负荷过程中水冷壁区域热负荷相对集中造成水冷壁壁温、过热度及主蒸汽温度升高过快甚至超温现象，从而保证锅炉的安全、稳定运行。
6.机组升负荷的过程中应控制过热度平稳上升，防止过热度突升引起锅炉水冷壁和高过及高再发生超温的现象。
7.机组减负荷，需停运磨煤机备用时，优先停运下层的A磨或B磨，防止低负荷情况下，炉膛下部燃烧过强引起水冷壁超温。
8.启停磨煤机的过程应控制平稳，根据过热度增加或减少机组负荷，保证过热度控制平稳，防止锅炉金属超温。
9.为确保水冷壁的安全，机组正常期间，过热度控制平稳，主蒸汽温度维持在额定值，使水冷壁壁温分布较均匀，不超温，各级过热器和高温再热器管壁不超温，减温水量在设计值范围内。
10.每班两次检查磨煤机回粉管，防止因磨煤机回粉管堵塞，引起锅炉燃烧偏离火焰中心，造成水冷壁局部超温。
11.严格执行运行部关于锅炉吹灰的规定，每班定期吹灰，如早班负荷低不能吹灰中班应完成早班未完成的吹灰工作，防止因锅炉受热面积灰引起金属超温，在进行水冷壁吹灰时，为了防止水冷壁超温，对金属壁温较高的部位吹灰时，应先适当降低过热度并调整对应的二次风挡板，将吹灰枪对应的水冷壁温度降至降低值。
12.在机组停运后，运行部锅炉专工应与检修锅炉专工一起对锅炉受热面清洁程度进行检查，并提出优化的吹灰方式。
13.运行部锅炉专工每周对锅炉金属温度进行检查和分析，发现问题并提出整改意见，如发现操作不当引起金属超温，进行考核。
运行温度 篇3
关键词：光学电流互感器,稳定性,可靠性,温度,光学器件
0引言
光学电流互感器凭借其无饱和、绝缘好、抗电磁干扰等优点在电力系统中得到了广泛的应用, 尤其在智能电网项目中, 光学电流互感器以其具有数字化接口为电能计量和继电保护提供极大的方便。然而, 在实际运行中不断发现光学电流互感器的测量精度和长期运行稳定性都会受到环境温度的影响, 当环境温度变化时, 光学电流互感器的运行可靠性下降, 甚至会导致光学电流互感器失去测量电流的能力[1,2]。光学电流互感器是由几种光学器件通过光学胶粘合组成的光路系统, 光学器件的温度特性也就决定了光学电流互感器的温度特性。为此, 本文主要是对构成光学电流互感器的光学器件进行分析, 得出器件与温度相关的特性参数, 结合光学电流互感器的输出光强表达式, 分析其受温度影响时, 光学电流互感器的长期稳定运行状况与其器件直接的关系。
基于法拉第磁光效应的光学传感头在光路结构上是由光源、起偏器、磁光玻璃、检偏器组成, 图1为光学传感头的光路结构示意图, 光源发出的光经过起偏器输出的线偏振光Ei的光强为Ji, 经过磁光玻璃之后, 线偏振光在被测电流产生的磁场作用下, 线偏振光的偏振面发生偏转, 其角度大小为法拉第旋转角ϕ, 再经过检偏器即可得到输出光强Eo, 在不计光路损耗的情况下, 检偏器输出光强的大小Jo1等于光源输出的光强Ji。但实际上, 光路系统中存在一定的损耗, 所以在光路系统中输出光强并不能完全等于输入光强。
利用各个光学元器件的琼斯矩阵连乘的方式即可得到输出光强表达式:
δ为法拉第磁光玻璃的线性双折射;
ϕ为法拉第旋转角, 其单位为弧度;
θ是预偏角。
1光学材料折射率与温度的关系
为了分析环境温度对光学电流互感器的影响, 对光学材料而言, 折射率不能视为不变的常数, 事实上, 光学材料的折射率n不仅是波长λ的函数, 而且还与环境温度及所处的应变状态存在着一定关系。在光学研究中, 一般用光学材料折射率状态函数n (λ, T, ξ) 来描述折射率与相关变量之间的关系[3]。
通常将零压力状态下, 某一固定波长和恒定温度下的折射率记为n (λ0, T0) , 因为折射率变化很小, 所以可以在该特定波长值附近展开为:
基于以上模型, 给定光源中心波长、参考温度, 就可以测试出该波长和相应温度下的折射率, ∂n/∂T是光学材料在某一波长下的折射率温度系数。
2光学材料的光弹性效应
构成光学电流互感器的光学材料由于受热不均, 而存在温度差异, 材料各处受热膨胀或遇冷收缩而导致的变形不一, 就会产生相互约束的应力。对光学器件施以压力或者张力, 光学器件就会呈现出单轴晶体的特性, 即有效光轴都在压力方向上, 并且所引起的双折射与施加的应力成正比[4]。施加应力后, 光波在水平Ex和Ey分量上的折射率分别为n1、n2, 通过晶体的光弹性效应可知应力与位相差的关系为:
其中p11、p12是光弹性系数, 不同材料具有不同的数值, n是材料的折射率, 所以光学器件受外界作用力的影响, 将会产生形变, 而材料的形变就会使得折射率变化, 这也是产生双折射现象的部分原因。
3构成光学电流互感器的光学器件特性分析
3.1偏振器工作稳定性分析
偏振器件的传输矩阵不仅仅与其的固有特性, 如透过系数有关, 而且也与器件的放置有关, 考虑到器件受温度影响而使得位置改变的因素, 起偏器的琼斯矩阵表达式应为:
绝大多数研究都选取理想情况下, 起偏器参数消光比ε为0, θ为45°, 得出光学电流互感器的输出结果为:Uout=sin 2ϕ, 在法拉第旋转角ϕ很小的情况下, 化简为Uout≈2Vϕ。
但在实际中, 起偏器的消光比并不为0, 且数值还会与外界环境变化有关。当ε≠0, θ为45°时, 输出为:
可以得出, 由于起偏器受到外界环境的影响, 光学电流互感器输出信号中引入了大小为 (1-ε2) / (1+ε2) 的交流尺度因子, 以及大小为2ε/ (1+ε2) 的直流分量。
相关研究指出, 交流尺度因子可以通过信号处理电路消除这方面的影响, 而直流分量可以通过隔离电容来消除, 然而直流分量能够反映光学器件的实际运行性能, 根据直流分量的特征可以判断光学电流互感器所用偏振器件受温度影响情况。3.2单模光纤准直器的耦合损耗分析
单模光纤准直器是由四分之一节距的自聚焦透镜和单模光纤组成, 温度对其影响主要表现在器件之间的耦合效率方面, 由于温度变化, 导致光纤准直器出现一定程度的失配, 造成单模光纤间的耦合损耗[3,4]。
光纤间的失配主要有三种模式:偏轴、偏角和间距。
准直器之间的耦合效率公式分别为:
(1) 偏轴距离d
(2) 轴倾斜角β
() 轴向间距l
式 (7) 、 (8) 中a是光纤半径;NA是光纤的数值孔径, f是与折射率相关的常数。
在外界条件没有发生变化的情况下, 耦合损耗是确定的, 不会对光学电流互感器的稳定性产生影响。然而, 温度的改变必然会引起光路结构参数的变化, 从而导致耦合损耗的改变。通过实验表明轴倾斜角β受温度影响较敏感, 而缩短光程是提高光学电流互感器稳定性的有效方法。
3.3法拉第磁光玻璃工作稳定性分析
磁光玻璃对光学电流互感器运行可靠性的影响分为两方面, 首先是磁光材料的选取, 即选用Verdet参数受温度影响较小的磁光材料, 是提高光学电流互感器运行稳定性的有效办法。
对磁光玻璃的研究, 其次主要集中在双折射现象, 即一束线偏振光, 在光学玻璃中沿Z方向传播时, 可以分解成为两束分别沿着X和Y方向振动的线偏振光, 理想情况这两束偏振光具有相同的传播速度, 不会产生双折射现象, 但由于光学玻璃受到外界应力而导致其折射率不等, 所以就会产生双折射现象[5,6]。
磁光玻璃是在室温下完成封装的, 因此, 选择室温为参考温度, 当温度高于室温时, 光学玻璃和外部环氧树脂挡板由于膨胀而相互挤压, 所以会产生应力, 使通过光学玻璃中的线偏振光产生双折射现象。线偏振光进入磁光玻璃后, X、Y方向上的折射率差为:
式 (9) 中v是材料的泊松系数;p11、p12是光弹性系数, 不同材料具有不同的数值;n是材料的折射率, 是随温度变化的参量;E是杨氏模量;PX为热应力, 是与温度有关的量。
光在磁光玻璃中传播距离d后, 所产生的线性双折射为:
由此可见, 在设计光学传感头时, 磁光玻璃的长度也是影响光学电流互感器稳定运行能力及测量精确度的重要因素。
单位距离线性双折射为:
所以由上面公式可知相对室温情况下, 线性双折射的变化量为:
由光学电流互感器输出总光强表达式及交直流分量表达式可知, 法拉第磁光玻璃的线性双折射δ与以上各值都有直接关系, 参量δ的变化会影响光学电流互感器的测量精度以及长期运行稳定性的能力。
4基于多信息的光学电流互感器运行状况判断
通过以上对光学电流互感器的构成器件分析得知, 某些参量可以反映光学电流互感器构成器件的运行状况, 诸如消光比ε是反映偏振器件特性的重要参量, 线性双折射δ与磁光玻璃的运行特性紧密相关, 衰减系数是光路耦合的直接相关参数。而这些参量在输出光强表达式中都各有体现, 所以可以通过分析输出光强的变化特性来判断光学电流互感器的运行状态[7,8]。
由光学电流互感器的输出光强可以定义以下几种特性光强, 不同定义的光强可以反映不同的光学元器件运行特性。
4.1静态工作光强的特性分析
由光强输出表达式可以得出静态光强的表达式为:
其中α为衰减系数, 与光路结构有关。静态工作光强是光学电流互感器稳定工作的基础, 因为其能反映直流光载波的信息, 在光源工作稳定的状态下, 静态工作光强的变化将直接反映光路系统的结构变化情况, 通常温度变化或器件振动都会引起光学器件之间的耦合关系, 这样就会导致衰减系数α发生变化。所以可以通过分析静态工作光强的变化情况, 研究光学电流互感器的准直器与其他器件的耦合问题。
4.2法拉第效应光强的特性分析
由光强输出表达式可知, 其中一部分分量是与被测电流相关的, 即包含由被测电流引起的旋转角分量, 所以将这部分分量定义为法拉第效应光强, 其表达式为:
通过该表达式可知, 法拉第效应光强包含有被测电流信息, 通常Verdet常数对该光强会有一定的影响, 但通过选用温度系数小的磁光玻璃就可以避免光学电流互感器的测量精度受温度的影响。
4.3双折射光强的特性分析
输出光强中有一部分是与线性双折射δ有关的, 可以将其定义为双折射光强, 其表达式为:
双折射光强主要与线性双折射δ有关, 入射角θ变化也将引起该光强的变化, 当入射角固定不变时, 影响该光强的主要参量是线性双折射率。通过前面对光学元器件的分析得知, 线性双折射产生的原因是磁光玻璃的折射率受环境温度的影响, 所以该光强的变化情况结合法拉第光强的变化可分析磁光玻璃的运行性能。
通过对试验采集到的数据分析, 光学电流互感器输出的双折射光强与短期温度特性曲线如图3所示。
由曲线可知, 相同温度下, 不仅不同日期的双折射光强不同, 而且同一天的温度上升段和下降段的双折射光强也存在很大的差异。所以表明双折射光强与温度大小和温度变化率均有关, 也就是说温度上升与温度下降所导致的线性双折射是不同的, 所以线性双折射光强不同。
4.4交直流光强的特性分析
由光学电流互感器的输出光强表达式可知, 有一部分光强是与所要测量的电流相关, 即包含法拉第旋转角ϕ分量, 所以将这部分光强定义为交流分量, 另外一部分则与被测电流无直接关系, 将其定义为直流分量, 即:
直流分量由静态工作光强和双折射光强组成, 静态工作光强能够反映系统的光载波信息, 所以直流分量是能够反映光学电流互感器的基本运行状况, 当光路的衰减系数增大时, 静态工作光强要减小, 直流分量也会变小, 严重的情况会使光学电流互感器失去工作能力。双折射光强能够反映系统的调制信息, 在基本静态工作光强的基础上, 随着温度、外力等条件的变化而有所波动。所以, 光学电流互感器在正常工作情况下, 输出的直流分量应该是基本恒定的, 而在外界干扰的条件下有所波动。通过前期的试验数据表明, 直流分量的变化与温度变化呈现正相关的特性, 且由于光学传感头外部有屏蔽罩的作用, 直流分量变化对温度变化具有延迟性。
通过实验得出直流分量与温度变化的关系如图4、5所示。
通过以上分析得出器件运行状况与输出光学电流互感器输出信号及其内外因, 如表1所示。
根据以上分析所得出的结论, 即可以利用监测设备得到光学电流互感器的输出信息, 结合所采集到的实时环境温度变化、振动情况, 就可以分析出光学电流互感器的元器件运行状况与可靠性水平。
5结论
光学电流互感器的长期运行稳定性与其光学器件特性有着密切的关系, 而温度是诱发其特性变化的其中原因, 通过以上分析得出以下结论:
(1) 光学电流互感器的主要元器件都在不同程度上受到温度变化的影响, 导致其工作特性及其参数发生变化;
(2) 结合数据采集到的双折射光强信息, 分析其与温度、温度变化率的关系, 得出双折射光强的变化特性规律;
(3) 提出了通过分析光学电流互感器的输出量信息和温度变化曲线进行判断具体光学器件的工作状态, 从而得出光学电流互感器的运行情况。
参考文献
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运行温度 篇4
按照《并联电容器装置设计规范》(GB50227—1995)规定:高压电容器室的夏季排风温度,不宜超过40℃。高压并联电容器装置室,宜采用自然通风。当自然通风不能满足要求时,可采用自然进风和机械排风。高压并联电容器装置的布置,应减少太阳辐射热对电容器的影响,并宜选择夏季通风良好环境条件下安装。
同时,《10 k V及以下变电所设计规范》(GB50053—1994)规定:电容器室应有良好的自然通风,通风量应根据电容器允许温度,按夏季排风温度不超过电容器所允许的最高环境空气温度计算。当自然通风不能满足排热要求时,可增设机械排风。电容器室应设温度指示装置。
对于广泛采用的BWM6.3―10.5(烷基苯浸纸介质)并联电容器,其运行环境温度要求不大于40℃,因此对成套并联补偿装置需进行箱内温度测试,必要时可采取强制风冷措施。
运行温度 篇5
关键词：电力电缆,运行温度,在线检测
0 引言
导体自身的温度变化是电力电缆导体载流量幅值变化的最直接、最明显的表征, 只要掌握了电缆导体暂态和稳态的温度, 确定电力电缆线路暂态和稳态载流量就会变得非常容易。
同传统的热电偶局部点温测量技术相比较, 分布式光纤测温技术对于电力电缆线路运行温度连续在线检测和后期应用平台的软件开发都更优越、更适用。采用分布式光纤测温技术在对线路的表面温度和运行中线路的绝缘状态进行实时监测的同时不仅能测算线路的稳态载流量, 还能够及时发现局部过热点位置, 便于故障的排查和处理。介绍测量电力电缆线路表面温度的在线检测技术及其应用效果。
1 电力电缆线路温度检测技术
1.1 点式温度传感技术
所谓点式温度传感技术就是依靠根据需要预先在现场设置好的几个点式温度传感器 (如热电阻、热电偶、热继电器) 检测现场几个特定点的温度, 然后通过专用的电缆将温度数据传输到电脑终端进行处理的技术。采用较多的是依靠温度传感技术或热电偶测量技术, 将温度传感器或热电偶预先安装在电缆线路当中最容易出现故障或故障多发的地方 (比如电缆的中间接头、电缆有局部热源的地方) , 以保障对这些区域温度的检测。这种方案造价低, 操作方便, 但是它只能对线路的局部进行温度检测。
1.2 以热效应为基础开发的电力电缆在线监测技术
这种以热效应为基础开发的电力电缆在线监测技术目前主要是利用红外热像仪等红外技术测量电缆的表面温度, 然后再进行反演计算推算出线芯的温度, 这样就可以实现对电缆线芯的非接触式监测, 并且还可以时时可见地对电缆线芯进行在线诊断。这种方法可以弥补点式测温技术只能局部测温的不足, 可以全面监测, 可是其核心部件测温仪特别容易受到环境的干扰, 导致测量数据不准确。
1.3 新型线式温度传感技术
线式温度传感技术是根据需要在被测现场敷设一条或多条特殊温度导电材料制作而成的能感应温度的电缆, 感温电缆与被测电缆平行敷设或与被测电缆捆扎在一起, 以测得被测区域的温度数据。当温度超过上限时感温电缆将会形成短路, 向主机发出超温警报信号。线式温度感应技术有不少缺点, 比如它是破坏性报警, 报警温度固定不可操控, 故障信号不完整等, 而且其安装维护都比较困难, 所以这种方法没有太多投入实际应用。
1.4 光纤传感技术
现阶段制作光纤的主要成分是Si O2分子结构构成的石英玻璃。分布式光纤温度检测技术的基本原理是后向拉曼 (Raman) 散射效应。利用波长为980nm的激光脉冲与光纤分子的相互作用, 形成后向拉曼 (Raman) 散射, 拉曼散射能够密切体现光纤分子的热振动。现阶段分布式光纤温度检测技术应用最广泛的是光时域反射 (OTDR) 测温技术, 该技术性能和应用效果能最大限度满足电力电缆线路实时温度检测的基本需要。但光时域反射测温技术存在许多不足之处, 例如对激光器和光开关技术参数要求比较苛刻、需要较高的后期维护技术、关键器件的有效使用寿命较短等。
由于现如今光纤技术的快速发展, 光纤传感技术在电缆温度检测中得到了广泛应用。在电缆温度监测中用得较多的是分布式光纤温度检测技术, 其工作原理主要是利用Raman散射效应。分布式光纤温度检测一般多采用光时域反射测温技术 (OTDR) 。此技术在对电力电缆进行温度监测是能够取得很好的效果, 且应用相对广泛。但是由于光时域反射测温技术中存在一定不足, 比如对于激光器和光开关技术参数的要求较高、后期维护成本及难度较大、器件的使用寿命较短等, 因此, 研究者们试图从光频域的角度对电线电缆的温度进行检测。
2 温度检测技术验证
以光频域反射 (OFDR) 测温技术为基础的电力电缆分布式光纤在线检测温度装置已经先后在杭州、北京、厦门等大城市供电公司50条以上的220k V电力电缆线路上投运, 不间断地对电力电缆沿线温度变化和局部位置温度变化进行监测, 其变化曲线分别如图1、图2所示。
在电缆隧道中进行人工模拟实验, 选取几处典型光纤位置, 在被测现场人工加热和人工冷却已敷设在线路长度10km的220k VXLPE绝缘电力电缆外护套表面的测温光纤, 通过试验得出基于光频域反射测温技术的电力电缆分布式光纤在线检测温度装置的实时测温精度和空间分辨率。另外, 对测温光纤进行人工加热或人工冷却实验, 当光纤温度处于相对稳定时, 用水银温度计计量其暂态温度, 然后与电力电缆分布式光纤在线检测温度装置实时测取的温度进行比较, 这样就可以得到该测温装置的温度计量精度。采用同样的方法, 同时采用冰水混合物冷却两个相邻位置的测温光纤, 使用卷尺实际测量两个位置间的实际距离, 并与以电力电缆分布式光纤在线检测温度装置实时测取的距离进行比较, 通过计算就可以得到该测温装置的空间分辨率。温度验证试验、空间分辨率验证实验实测结果分别如图3、图4所示。
以光频域反射测温技术为基础的CT24000电力电缆分布式光纤在线检测温度装置实时测温精度在1.5°C左右, 空间分辨率在1.0m左右, 达到了≥110k V电压等级的电力电缆线路在线温度检测所需技术要求。
3 分布式光纤测温技术的应用优势
分布式光纤测温技术相比于传统的传感器测温技术而言, 具有更大的检测范围和更好的检测效果。光纤测温技术具有一些独特的优点是传统测温技术所没有的, 例如其所特有的高精度、高灵敏度、高速度以及不需要接触就可以进行测温的特点。传统的传感器测温技术只能针对温度点进行测量, 对于距离较长、范围较大、温度点连续的场景则不大适用, 而分布式光纤测温方法则可以很好地在以上环境下进行工作。且传统测温传感器在高压监测场所容易被击穿和受电磁干扰的问题, 光纤分布式测温技术也可以很好地解决。
分布式光纤温度传感技术的优势具体体现于以下场合的应用中:
(1) 当现场需要进行全面监测时, 就需要安装设置许多监测点, 分布式光纤温度传感装置有着便于安装的优点, 而且仅仅一条光纤就可以取代多个点式的温度传感器。
(2) 分布式光纤温度传感装置有着很强的抗干扰能力, 当电磁干扰较大时, 采用分布式光纤温度传感装置仍然能够读取精确的光学数据, 可见它不受电磁干扰的影响。
(3) 分布式光纤温度传感装置有着极好的安全性能, 即使在易燃易爆等特殊环境下仍然能够非常好地应用。
参考文献
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[4]李志坚, 张东斐, 曹惠玲, 等.地下埋设电缆温度场和载流量的数值计算[J].高电压技术, 2004, 30 (增)
运行温度 篇6
全固态发射机的末级功率放大器工作在高频大功率状态, 一般采用场效应管作为功率放大器件, 功放管工作时间大致遵循工作温度每升高8~12℃失效率加倍的规律, 通常要求在机房为常温和平均图像电平的条件下将管芯的工作温度控制在110℃以下, 由此决定了功放管散热器的温升限制和对风量要求, 为避免因热量堆积造成功率放大器的损坏, 所以发射机在工作时要对功率放大器进行适当的冷却处理, 因此风冷系统可靠工作是发射机安全运行的保障。
目前多数大功率全固态发射机都采用射流式高效风冷方式, 风机将室外空气吸入, 经过加压形成气流 (吉兆的GME1014B型10KW发射机, 要求风流量为100米3/分钟) , 通过进风通道送入发射机内部, 发射机内部有许多风槽, 风槽壁上有许多小孔, 小孔的位置对准功放模块的散热片, 管道内的气流通过小孔吹到散热片上, 将功放模块产生的热量带走, 起到降温冷却的作用, 这种冷却方法的效率可达到300-450W/M2℃。由于空气中含有灰尘, 灰尘会吸附在风槽壁的小孔四周, 随着发射机工作时间的增加, 吸附的灰尘会越聚越多, 而且会吸附在功放管的表面, 如果不及时处理, 会严重影响到发射机的安全运行。
针对全固态电视发射机对风冷系统的要求, 笔者认为可采取以下措施确保风冷滤尘系统可靠。首先, 多数进口全固态发射机的风冷系统为单风机系统, 应该改为1+1主备式的风机系统;其次, 空气进入机房至少经过二次过滤方可进入机器, 滤尘网的清洁度直接影响机器的冷却量, 一旦风道内积聚过多灰尘会严重影响冷却效果, 使被冷却的部件温度升高, 加速老化, 因此对滤尘网定期及时清洗和更换;再者, 要密切注意风机的运行状况, 定期清洗轴承, 加强电机的电气维护, 每周检查电机的电源端子、控制端子和皮带轮的情况, 每半年左右, 利用水平仪调整电机轴与风机轴的水平性;最后, 每周要检查风冷系统的整个风道是否连接牢固, 尤其是软连接处的帆布接口, 认真检查风道内调节和切换的阀门, 关闭时是否严密, 阀门位置是否牢固。
这些措施将有利于提高风冷系统的工作可靠性, 但是, 发射机只要采用风冷方式, 就必然存在滤尘和噪声污染的问题, 因此, 现在国内外许多全固态发射机生产厂家都积极采用现代工业中成熟的水冷技术来解决风冷方式所带来的诸多问题, 水冷方式首先无需设置风机房, 大大节省了机房的使用面积, 降低了风机振动对发射机的影响, 降低了发射机的运行噪声;而且净化了发射机房的工作环境;并且在水冷系统中, 由于防冻液的热传导效率远远大于风, 使得发射机产生的热量被及时释放掉, 冷却系统的冷却效率高, 因此发射机的冷却系统的选型和安装是影响发射机安全运行的重要因素, 这也是我们在维护发射机和引进全固态发射机的过程中必须考虑的问题。
2 温度变化对发射机的影响及实施措施
全固态电视发射机一般采用模块化设计, 结构紧凑, 散热空间相对较小, 即使发射机机房内温度和湿度都达到了机器的要求, 也难以确保机器内部的局部空间的环境适宜, 相对于整机而言, 功放单元温度的降低, 对于提高半导体器件的寿命, 降低维护费用非常重要。再者, 在功放管的周围存在较多的贴面电阻、电容和电感器件, 容易因温度升高造成其参数的变化, 对半导体器件造成工作状态的变化, 以至影响功放单元的技术参数和造成功放模块间的不平衡, 引起连锁反应, 增大器件损坏的面积, 因此, 对于全固态发射机而言, 适宜的工作温度是保证发射机可靠运行的前提条件之一。
2.1 温度变化对发射机的影响分析
以吉兆的GME1014B型10KW发射机为例, 该机要求机房内的环境温度为0—40℃, 湿度不超过95%, 出风口的温度不能超过60℃, 一旦出风口温度超过60℃, 机器将停止运行, 下面具体分析温度变化对发射机的影响。
该发射机的功率放大器的功放管选用的BLF278场效应管, 其最高结温不大于180℃, 否则使用寿命就会缩短, 甚至损坏管子。该管的漏极电流具有负温度系数, 在冬季如果机房温度过低时, 在早晨开机时, 有可能造成功放管的瞬间冲击电流过大, 从而损坏功放管。功率放大器中的放大单元采用3d B耦合器桥式功率合成网络, 当其中某一个管子电流异常时, 会影响功率合成器的输出, 且长期工作会引起功率合成网络损坏, 再者, 如果机房温度过高, 激励器单元设备壳温升高, 内部元器件加速老化, 会造成焊点脱焊, 引起激励器模块出现故障。
2.2 保持机房内适宜的温度和湿度
为了保持机房的适宜温度, 可在机房内安装空调, 确保机房内温度在0~40℃的范围内, 湿度不高于80%, 在冬季, 外界温度较低时, 可调整风冷系统的风道阀门, 将少量热空气重新送回机房内以避免机房温度过低, 晚上关机后, 空调处于制热状态, 避免早晨开机时机房温度太低, 造成功放管的冲击电流太大, 损坏功放管, 在平常巡机过程中, 值班人员要密切注意机房内的温度和湿度。
2.3 减小热源, 提高散热效率
为提高散热效率, 可以调整功率放大器的工作状态, 提高功放的输出效率, 减小功放管的漏极热损耗;在更换功放管时, 应使功放管与散热片接触良好, 以减小管壳与散热片之间的热阻, 并且在安装功放管时, 在管子底座与散热片之间涂以传热性能良好的硅脂, 以避免管壳与散热片接触处凹凸不平造成的接触不良。对于机器内部部件密集的空间, 要定期清扫周围的灰尘, 确保通风顺畅, 冷却效率高, 最大程度的避免因局部温升造成的工作温度过高, 引起机器的故障。
运行温度 篇7
随着社会经济和电力工业的迅猛发展,交联聚乙烯(Crosslinked Polyethylene,XLPE)电缆以其优越的电气、理化及机械性能已被越来越多地应用在电网系统中。据统计,截止2012年底,国家电网系统共投运6～500 kV电缆总长度为312 441 1km,其中XLPE电缆占到99.0%[1]。运行数据表明,电缆本体是电缆出现故障较多的部位,而超过80%的电缆本体故障是由XLPE绝缘性能老化造成[2],因此,电缆的稳定安全运行已成为电网系统能够提供可靠供电的重要保障。
XLPE电缆的使用始于20世纪60年代,经过几十年不断的改进和创新,运行电压等级、导体截面以及结构设计、甚至交联方式(主要包括高能辐照交联、硅烷交联、过氧化物交联、紫外线交联以及离子交联)等各项技术均已取得长足进步并日趋成熟,电缆的长期运行温度从最初聚乙烯(Polyethylene,PE)电缆的55℃也已提高到现在XLPE电缆的90℃[3]。但是,电缆在运行过程中,如果长期处于用电高峰,周围的运行环境温度过高或散热工况较差,高负荷运行的XLPE电缆的导体温升就可能会达到其最高允许工作温度,此种状态持续到一定程度便会造成XLPE绝缘介质的各项性能指标出现问题[4,5,6,7,8],影响电缆的安全运行。
1 温度对XLPE绝缘介质机械特性的影响
XLPE绝缘介质在不同温度条件下受到机械外力(或电磁力)作用时,其高分子链段所处的形态及产生的形变迥然不同,如表1所示。
当温度高于137℃(此温度为XLPE绝缘介质的热变形温度)时,其抗张强度和断裂伸长率也将发生明显变化,介质抗张强度和断裂伸长率与温度的变化规律如图1所示。随着温度的升高,介质的弹性模量和拉伸屈服应力也会出现大幅下降[9]。
2 温度对电树枝形成与发展的影响
聚合物中的电树枝化实际上是一种在绝缘材料中持续发生的局部放电的发展过程,对于XLPE电缆而言,绝缘层中的半导电层凸起、气泡以及杂质等原因均会造成局部场强集中,导致局部放电发生从而诱发电树枝,受外施电压[10]、频率[11,12]、温度[13-141等条件影响,电树枝不断发展并最终导致电缆发生绝缘击穿。
当外施电压相同时,XLPE绝缘层中电树枝的引发时间随温度升高(50℃～90℃)而减小,并且XLPE中的片晶(Lamella)随温度升高而逐渐熔化[15],介质中的无定形相增加,又因自由体积主要存在于无定形相中,其所形成的“热电子”不断撞击聚合物中的高分子,当有氧气存在时,高分子链会由撞击所引发的自氧化连锁反应而导致断裂,并形成含有微孔的劣化区域,进而加速电树枝的形成[16],其引发过程如图2所示。
此外,文献[13]中还提到:温度与电缆绝缘层中电树枝的生长速度之间呈正相关性,即温度越高,电树枝的生长速度会显著加快;但电树枝的形态(分别为枝状、丛林状和混合状,其中混合状分为枝-丛林、枝-藤枝和枝-松枝3种[17])随温度变化非单调变化,这主要是因为树枝形态与其聚集态参数—玻璃转化温度θg(θg=61.5℃)密切相关:当外界温度低于θg时,电树枝形态会从枝状向丛状过渡,而当温度高于θg时,电树枝分形维数会降低,树枝会变得稀疏化。其理论依据为高温导致绝缘层中分子的热运动加剧,在热场作用下,由局部放电、局部氧化裂解及电荷复合作用所导致的电树枝引发猛烈,从而迅速发展成稀疏枝状并最终导致电缆击穿。
3 温度对水树枝形成与发展的影响
当水分侵入XLPE绝缘层中,在电场作用下XLPE绝缘发生降解所形成的树枝状物,即为水树,水树的形成和增长均会导致高分子绝缘材料介电特性和机械特性下降。据统计,6.6 kV XLPE电缆中由于水树所导致的故障率达30%以上,而22～33 kV XLPE电缆中的故障率也超过20%[18],因此XLPE电缆中的水树枝化行为也一直是行业内研究的热点。
水树枝的形态一般分为2种:弓条状水树枝和开口状水树枝(或蝴蝶结树和通风树),图3为实验室内获取的水树枝图片。
水树产生的机理,包括水树的引发生长机理,热力学机理,形态学机理等,不同的学者有不同的见解[19,20]。这些结论可以总结为2种主流的理论:一是电应力理论,此理论认为渗入到材料内部的小水珠在电场的作用下发生沿电场方向的形变,形状由球形变成椭球形,并同时对材料施加沿电场方向的挤压力,当它施加给材料的能量超过材料分子链的键能时,就引起分子链的变形或者键的断裂,导致材料的破坏,在这些区域就会形成一些微小的充水孔穴;二是电化学理论,此观点的核心思想是水树是在化学反应,尤其是氧化反应的作用下形成的,是由水、离子、聚乙烯共同参与完成的,分子链的断裂是由电缆运行过程中的高温和缺陷处电场集中引起的高温造成的,其中温度越高,水树枝引发过程越容易,引发速度越快。
在XLPE电缆中,水树枝发展到一定程度时就会在水树枝的尖端引发电树枝,尤其是XLPE电缆遭受雷电或操作过电压时,水树枝极易转化成电树枝,并在较短时间内导致电缆绝缘击穿,从而造成停电事故[21]。
4 温度对运行中XLPE电缆的影响
电缆加上负载后,经过一个较长时间的暂态过程,温度逐渐上升达到一稳定值,这时电缆的发热与散热达到平衡,这就是电缆处于热稳定运行中。有些情况下,电缆会出现不稳定状态。比如低压电缆的电容电流一般很小,但高压电缆的电容电流量较大,甚至可大到足以成为限制电缆传输容量的主要因素,一般可以用并联电抗器以补偿电缆的电容电流,但在此情况下,负载电流的增加或减小,均可能引起电缆超载过热而处于不稳定运行状态。
电缆在运行中,由于线心电流引起的损耗发热,绝缘介质损耗引起的发热均会使电缆温度升高,电缆在过高温度下工作,将会引起绝缘材料加速老化;在过热的情况下,还会引起热击穿,导致电缆的彻底破坏。所以按不同电缆种类,根据运行中的经验,规定了各种类型电缆的短时和长期允许工作温度。
因此,在实际工程中,一般可以采取以下2种方式降低温度对运行中XLPE电缆可靠运行的影响:1)研究电缆各组成部分的发热与电缆稳态温升之间的关系,从而确定电缆在一定敷设条件下的允许负载能力;2)在满足要求的负载能力下校核结构的合理性,选择敷设条件,以及选用绝缘材料等。
5 结论
(1)随着温度不断升高,XLPE绝缘介质分子链段运动会逐渐加剧,介质的机械性能下降。
(2)温度升高会诱发XLPE电缆中电树和水树的形成,并加剧电树和水树的生长;XLPE电缆中的水树发展到一定程度时会转化成电树枝,并导致绝缘击穿。
(3)在实际工程应用中,探寻XLPE电缆的热平衡,并确定合适辐射方式可降低温度对XLPE电缆运行可靠性的影响。
摘要：从交联聚乙烯绝缘介质机械特性、电树枝和水树枝的形成及发展,以及实际电网中投运的交联聚乙烯电缆运行工况等方面阐述了温度对目前常用的交联聚乙烯电力电缆运行可靠性的影响,结果表明温度升高不仅会使交联聚乙烯介质机械性能下降,还会加速电缆中电树枝和水树枝的形成及发展。在实际工程中应选择合适的辐射方式降低温度对交联聚乙烯电缆运行可靠性的影响。
运行温度 篇8
次氯酸钠发生器是采用电解食盐水制取次氯酸钠溶液,具有取材简单、管理简便的优点[1]。很多研究者[2,3]将次氯酸钠发生器进行小型化、微型化,应用在小型水厂、家庭、宾馆、餐饮、医疗和农业养殖等方面的消毒。然而次氯酸钠发生器小型化、微型化后,运行效率下降,相应的运行成本升高。提高小型次氯酸钠发生器运行效率对于次氯酸钠发生器的推广应用至关重要。次氯酸钠发生器在运行过程中受影响因素主要有盐水浓度、盐水温度、电解电流(电流密度)、电解电压、电极间距等因素[4,5]。其中,很多研究者提出电解过程中温度会较大程度的影响电解效率[6,7,8],并提出采用加接自来水冷却电极可以降低电解槽内温度(盐水温度和电极温度),提高产氯量[8]。为进一步明确温度对次氯酸钠发生器电解效率的影响,本文结合组装研制的网格型电极,试验研究次氯酸钠发生器在不同盐水温度、不同运行模式、有无冷却措施等情况下的产氯量以及运行成本,试验主要在水利部节水灌溉示范基地农村饮水安全实验室开展。
1材料与方法
1.1次氯酸钠发生器
本试验采用的次氯酸钠发生器主要是自组装形成,主要有两种,一种是无冷却措施[图1(a)],主要部件有整流器、电解槽、 电极组成;另一种如图1(b)所示,在图1(a)的基础上外接循环冷却水用以降低电解槽内温度。试验装置中的整流器为稳流稳压开关电源(无锡安耐斯电子科技有限公司),电压为0~15V,电流为0~50A;电解槽材质为PVC,尺寸主要是35cm×30cm× 40cm,容积为42L;电极采用网格式电极,采用特殊涂层的纯钛材料制作而成,电极高度66mm,电极板间距5mm。
1.2试验材料
试验用材料主要有无碘盐(山东肥城精制盐厂),其中氯化钠含量大于98.5%。试验用仪器主要有:Q-CL501C便携式有效氯快速测定仪(深圳清时捷科技有限公司)、余氯检测仪(英国百灵达公司)、电子天平(中国凯丰集团)、波美比重计、普通室温温度计、HT-866型红外测温仪(HCJYET)、DDS607型单相电子式电能表(德力西集团仪器仪表有限公司)。
1.3试验方法
1.3.1不同盐水温度试验
试验装置采用图1(a)。称取0.30kg无碘盐放置在电解槽内,添加10L纯水,充分搅拌溶解,并采用比重计测试盐水比重,确保盐水浓度为3%。通过水浴加热调整盐水温度为20 ±1 ℃、25±1 ℃、30±2 ℃、35±2 ℃、40±2 ℃。电解过程中电流设置为35A,电解时间为60min,电解结束后检测电解槽内次氯酸钠溶液的有效氯浓度、温度。
1.3.2不同运行模式试验
连续运行模式,无冷却措施:称取0.90kg无碘盐放置在电解槽内,添加30L纯水,充分搅拌溶解,并采用比重计测试盐水比重,确保盐水浓度为3%。电解过程中电流设置为35A,电解时间300min,电解过程中不同时间间隔检测电解槽内次氯酸钠溶液的有效氯浓度和溶液温度,并记录电压、电表读数。
间歇运行模式,无冷却措施:盐水浓度为3%(配制方法同上)。电解过程中电流设置为35A,电解过程中不同时间间隔检测电解槽内次氯酸钠溶液的温度,当电解槽内温度达到25 ℃后停止电解,当电解槽内温度低于18 ℃ 时,重新开始电解, 间歇运行的时间分别是:电解90min-停机240min-电解60 min-停机240min-电解30min-停机240min-电解30min -停机480min-电解90min-结束,累计电解时间300min, 检测各个时段电解槽内次氯酸钠溶液的有效氯浓度和溶液温度,记录电压、电表读数。
连续运行模式,外加冷却措施:试验装置采用图1(b)。盐水浓度采用3%,电解过程中电流设置为35 A,电解时间300 min,电解槽外部添加循环冷却水,电解过程连续无间断,不同时间间隔检测电解槽内次氯酸钠溶液的有效氯浓度和溶液温度,并记录电压、电表读数。
1.4测试与计算方法
采用便携式有效氯快速测定仪(溶液稀释20倍测定)和余氯检测仪(溶液稀释1 000~2 000倍测定)同时测定有效氯浓度,如两者数据相差10%以上,进行重复测定,数据处理时取两者平均值;采用温度计和红外测温器同时测定温度并取两者平均值。为准确确定电解过程中的用电量,采用电表来计量交流电耗。
电解过程中所使用的法拉第(Faraday)电解定律公式、用电量(交流电耗)(PAC)、直流电耗(PDC)、用盐量(Us)、运行成本(Rc)、电流效率(η)的计算公式如式(1)~(6)所示[7,9,10]。
式中:G为电极上生成物质的量,也即有效氯浓度与体积之积, g;K为电化当量,g/A·h,其中K氯=1.323g/A·h;I为电流,A;t为电解时间,h;PAC为交流电耗,kWh/kg;RPMi、 RPM0分别为电解时间为i时刻和初始时刻的电表读数;PDC为直流电耗,kWh/kg;U为电解电压,V;Us为用盐量,kg/kg;S为盐重量,kg;Rc为运行成本,元/kg,电单价按照0.55元/ kWh计,盐单价按照1.1元/kg计[4];η为电流效率,%。
2结果与讨论
2.1不同盐水温度试验
不同盐水温度情况下次氯酸钠发生器的运行效果如图2所示。
图2(a)假设电解速率均衡不变的情况下,产氯量为100g情况下所需电解时间。试验结果表明相同盐水浓度和电解电流情况下,随着盐水温度的升高,特别是盐水温度在35 ℃以上时,如想达到相同的有效氯产量,则需增长电解时间,与许友仁[8]的研究结果一致。此外,根据法拉第电解定律[式(1)],在电解过程中有效氯产量与电解电流和电解时间成正比,当电解电流一定时,有效氯产量随着电解时间的增长而增大[7]。因此,试验结果也与法拉第电解定律相符。由图2(b)可知,电解后电解槽内溶液的温度均有不同程度的上升,氯气溶解度随着溶液温度的上升而降低,从而产生的次氯酸钠量减少,电流效率降低[图2(c)]。因此,通过不同盐水温度试验可知,温度对于次氯酸钠发生器的电解效果有较大的影响。
2.2不同运行模式试验
为进一步明确温度对次氯酸钠发生器电解效果的影响,本文采用连续运行、间歇运行以及外接循环冷却水的方式开展试验,试验结果如图3所示。
由图3(a)可知,不同运行模式情况下,次氯酸钠发生器电解后有效氯浓度有较大差异,其中增设循环冷却水情况下,有效氯浓度最高,间歇运行(无冷却措施)次之,而没有冷却措施且连续运行情况下最低。以电解时间为300min为例,连续运行(无冷却措施)情况下有效氯浓度为5 795 mg/L,间歇运行(无冷却措施)情况下为8 020mg/L,与连续运行(无冷却措施) 情况下相较提高38.4%,而连续运行且增设循环冷却水情况下为8 240mg/L,与连续运行(无冷却措施)情况下相较提高42.2%,较间歇运行(无冷却措施)情况下的有效氯浓度提高2%~11%。
图3(b)和3(c)描述了不同运行模式情况下的用盐量和用电量。由于连续运行(无冷却措施)情况下产氯量低,从而用盐量和用电量最高。连续运行且增设循环冷却水情况下可以获得最低的用盐量和用电量,与间歇运行(无冷却措施)情况下相比用盐量可节省2%~11%、用电量节省2%~8%。当电解时间为270min时,连续运行且增设循环冷却水情况下的用盐量为3.827kg/kg、用电量为7.568kWh/kg,间歇运行(无冷却措施)情况下的用盐量和用电量分别为4.110、7.991kWh/kg。 图3(d)综合描述3种不同运行模式情况下的运行成本,连续运行且增设循环冷却水情况下运行成本最低(最低为7.989元/ kg),与间歇运行(无冷却措施)情况下(最低为8.198元/kg)相比较可节省2%~8%,均远低于连续运行(无冷却措施)模式。
由于在电解过程中有副反应发生,消耗了电极反应产品, 使得有效氯实际产量低于理论产量,通常采用电流效率来反映电解过程中有效氯实际产量与理论产量之间的差异。按照式(6)计算电流效率[图3(e)]。通过图3(e)可见,随着电解时间的增长,电流效率逐渐下降。增设循环冷却水或间歇运行可以较大程度的提高电流效率,减少电流消耗,同时减缓电流效率下降速率。当电解时间为300min时,增设循环冷却水和间歇运行情况下电流效率降至45%和44%,而连续运行(无冷却措施)情况下电流效率仅为29%。此外,在试验过程中观测了溶液的温度[图3(f)],可以清晰地看出随着电解时间的增长,电解槽内溶液温度不断上升,在连续运行(无冷却措施)情况下, 电解300min,溶液温度升高到40 ℃,正是由于温度的大幅升高,从而导致电解效果下降。
综上所述,降低电解过程中电解槽内温度是提高次氯酸钠发生器电解效率的重要措施。
此外,值得注意的是,在电解过程中电解时间的确定尤为重要。通过上述分析可知,随着电解时间的增长,有效氯浓度(有效氯产量)、用盐量、电流效率逐渐降低,但同时用电量、电解槽内温度逐渐升高。针对外接循环冷却水情况下,采用多项式对有效氯浓度与电解时间的关系曲线、运行成本与电解时间的关系曲线进行拟合[式(7)和式(8)],模拟计算次氯酸钠发生器有效氯产量为50、100、150、200、250、263g情况下的电解时间、运行成本(表1)。
式中:y1为有效氯浓度,mg/L;y2为运行成本,元/kg;x为电解时间,min。
通过表1可知,理论情况下自组装电极在电解400min时, 有效氯浓度达到最高,为8 757 mg/L,相应的有效氯产量为263g,按照电解300min时的电流效率计算,运行成本为8.876元/kg。自组装电极在电解270~310 min时,有效氯产量为235~250g,运行成本最低,为7.989~8.066元/kg。在实际应用中,应根据实际产氯量、运行成本等综合考虑电解时间。
3结语
结合组装研制的网格型电极开展试验,试验结果表明盐水温度对电解效果有较大的影响,当盐水温度在35 ℃以上时,需延长电解时间才能达到相同的有效氯产量。增设循环冷却水或者间歇式运行可提高有效氯产量38% ~42%、电流效率37%~65%,降低运行成本5.217~10.185元/kg。自组装电极连续运行且增设循环冷却水情况下电解270~310min,有效氯产量为235~250g,运行成本最低,为7.989~8.066元/kg; 电解400min,有效氯产量最高可达263g,相应的理论运行成本为8.876元/kg。在实际应用中,应根据实际产氯量、运行成本等因素综合考虑电解时间。
注:1当电解时间超过150min后,按照相近电解时刻的电流效率计算用电量以及运行成本;2根据相近电解时刻的电流效率给出电流效率的范围值。
此外,由于本试验是在室温为10~16℃情况下进行,试验结果有一定的局限性。在实际应用前还需进一步开展现场试验,综合考虑运行温度、冷却效果、设备自动化程度、运行维护等多方面的因素。
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