换流阀均压电极电吸附抑垢方法研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0196

摘要/Abstract

摘要：

换流阀冷却系统均压电极结垢会造成管路堵塞、泄漏等问题，给换流阀的稳定运行带来较大的隐患，严重时甚至会导致直流闭锁停运。目前换流站主要采取人工定期取出电极清除表面结垢物的方法来解决该问题。由于换流站电极数量众多，除垢工作任务繁重。为了减轻换流阀维护工作量并缓解均压电极结垢现象，提出了一种基于电吸附原理的换流阀均压电极抑垢方法，设计了一种电吸附抑垢装置，将其接入换流阀内冷水系统模拟实验平台，对该方法的可行性进行实验验证，并进一步研究该抑垢装置的电极板电流密度和入口水流速度对抑垢效果的影响。研究结果显示，模拟实验平台接入抑垢装置后，与无抑垢装置相比，相同时间内单只均压电极的结垢量从0.5~0.7 mg减少到0.1 mg以下，表明电吸附抑垢法可以减缓换流阀均压电极结垢的进程。此外，当抑垢装置电极板电流密度为5~50 A/m²时，该装置的抑垢效率随电极板电流密度的增加而先增大后减小；当入口流量为8~14 L/min时，装置抑垢效率随水流速度的增加而减小。

关键词: 换流阀, 均压电极, 抑垢, 电吸附

Abstract:

The scaling of the equal pressure electrode of the converter valve cooling system will cause pipeline blockage， leakage and other problems， which will bring greater hidden danger to the stable operation of the converter valve and even lead to DC blocking shutdown in serious cases. At present， the converter station mainly adopts the method of removing the electrode to remove the surface scaling by hand regularly to solve the problem. Due to the large number of electrodes in the converter station， the descaling work is a heavy task. In order to reduce the maintenance workload of the converter valve and alleviate the scaling phenomenon of the equal pressure electrode， a method of equal pressure electrode scale suppression of the converter valve based on the principle of electric adsorption is proposed. An electro-adsorption scale suppression device is designed and connected to the simulated experimental platform of the cold water system in the converter valve to verify the feasibility of the method， and further study the influence of the electrode plate current density and inlet water velocity of the scale suppression device on the scale suppression effect. The results of the study show that， after the simulated experimental platform is connected to the scale suppression device， the scaling amount of a single equal pressure electrode is reduced from 0.5-0.7 mg to less than 0.1 mg in the same time compared with no scale suppression device， which indicates that the electroadsorption scale suppression method can slow down the scaling process of the equal pressure electrode of the converter valve. In addition， when the electrode plate current density of the scale suppression device is 5-50 A/m²， the scale suppression efficiency of the device increases and then decreases with the increase of the electrode plate current density. When the inlet flow rate is 8-14 L/min， the scale inhibition efficiency of the device decreases with the increase of water flow rate.

Key words: valve, equalizing electrode, scale inhibition, electroadsoption

中图分类号:

TK268.+2

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I12/148

图/表 14

图1 电吸附抑垢装置安装位置
1—抑垢装置；2—备用抑垢装置；3—第一支路阀门；4—第二支路阀门；5—膨胀罐；6—氮气瓶；7—离子交换器；8—主循环水泵；9—脱气罐。

Fig. 1 Diagram of installation location of electro-adsorption scale inhibition device

图2 抑垢装置的结构

Fig. 2 Structure of scale inhibition device

图3 阳极电极表面结垢物形成过程

Fig. 3 Formation process of scale on anode electrode surface

图4 换流阀内水冷系统模拟实验平台
1—水泵；2—阀门；3—液体流量计；4—压力表；5—均压电极；6—水电阻；7—散热器；8—电流表；9—分压电阻；10—去离子树脂罐。

Fig. 4 Diagram of simulation experiment platform of water cooling system inside valve

表1 初始水质参数

Table 1 Initial water quality parameters

总水量/

图5 均压电极结垢形貌对比

Fig. 5 Scale morphology comparison of equalizing electrode

图6 电吸附抑垢装置内阳极板状电极结垢物

Fig. 6 Scaling morphology of anode plate electrode in the electro-adsorption scale suppression device

表2 均压电极及抑垢装置板状电极的质量变化

Table 2 Mass changes of equalizing electrode and plate electrode of scale inhibition device

均压电极阳极

Ep1

均压电极阳极

Ep2

抑垢电极阳极

Ea1

抑垢电极阴极

Ea2

表3 实验初始水质参数

Table 3 Initial water quality

温度/℃

溶解氧/ （mg·L^-1）

电导率/

（μS·cm^-1）

总水量/

图7 不同电流密度下抑垢装置阳极电极结垢形貌

Fig. 7 Scaling morphology of anode electrode in the scale inhibition device at different current densities

表4 阳极电极结垢量与电流密度的关系

Table 4 Relationship between anode electrode fouling and current density

电流密度/（A·m^-2）	试验前质量/mg	试验后质量/mg	增量/mg
5	38 632.15	38 639.30	7.15
10	38 632.00	38 640.53	8.53
15	38 649.41	38 662.58	13.17
20	38 651.02	38 675.31	24.29
25	38 631.51	38 655.10	23.59
30	38 632.92	38 656.00	23.08
40	38 655.53	38 677.86	22.33
50	38 631.60	38 653.13	21.53

表5 实验初始水质参数

Table 5 Initial water quality

温度/℃	溶解氧/（mg·L^-1）	电导率/（μS·cm^-1）	pH	铝离子/（mg·L^-1）	总水量/L
23.2	2.5	15.75	9.48	5.02	12

图8 不同流量下抑垢装置阳极电极结垢形貌

Fig. 8 Scaling morphology of anode electrode in the scale inhibition device at different water flow rates

表6 阳极电极结垢量与抑垢装置流量的关系

Table 6 Relationship between anode electrode fouling and flow rate

流量/（L·min^-1）	试验前质量/mg	试验后质量/mg	增量/mg
8	38 643.12	38 691.08	47.96
9	38 654.11	38 701.27	47.16
10	38 631.39	38 674.20	42.81
11	38 650.30	38 690.92	40.62
12	38 634.59	38 674.07	39.48
13	38 653.77	38 689.99	36.22
14	38 667.36	38 701.68	34.32

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