濕熱試驗設(shè)備改造實踐研究

董 杰

（中國電子科技集團公司第二十八研究所，南京 210007）

濕熱試驗設(shè)備改造實踐研究

董 杰

（中國電子科技集團公司第二十八研究所，南京 210007）

濕熱試驗箱的正常工作的首要條件就是穩(wěn)定的供水。當前使用的濕熱試驗箱，由于 加濕用水直接采自于市政用水，鍋爐水垢一直是影響溫濕度試驗設(shè)備正常運行的一大難題。在日常工作中，為了排除鍋爐水垢，嘗試了各種辦法，實踐中發(fā)現(xiàn)離子交換方法最為方便，因此通過改造現(xiàn)有試驗箱水路結(jié)構(gòu)，以壓力引流方式，加入水處理裝置，通過水路管道和開關(guān)引導(dǎo)加濕用水經(jīng)過pH調(diào)節(jié)、過濾、防護、檢測儀表、加壓等裝置，最終進入濕熱試驗箱鍋爐內(nèi)部，提高進入鍋爐的水質(zhì)，有效解決鍋爐水垢的問題。

濕熱試驗設(shè)備；離子交換方法；水處理裝置

引言

濕熱試驗箱加濕的過程也就是提供工作室內(nèi)空氣中的水分子含量，以模擬大氣環(huán)境下的高濕條件，考核并檢查被試樣品耐受能力。按照當前主流標準GB 2423、GJB 150A等標準規(guī)定，濕熱試驗有兩種形式，一種是恒定濕熱，另一種是交變濕熱，恒定濕熱溫濕度在試驗周期內(nèi)保持不變，交變濕熱溫濕度在試驗周期內(nèi)交替變化。

濕熱試驗箱加濕系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)類似，由加熱器通過熱交換將常溫液態(tài)水變成水蒸汽過程，在進入工作室前與一定溫度空氣混合，按照一定風速均勻地將高濕空氣吹入工作室，完成加濕工作，模擬實現(xiàn)高濕環(huán)境。早期比較原始的方法是向試驗箱壁噴淋水，通過水溫控制水表面飽和壓力，向箱內(nèi)加入一定壓力水汽以擴散的方式保證濕度升高，由水銀電接點式導(dǎo)電表的開關(guān)量調(diào)節(jié)控制濕度，控制過程緩慢，不適用于交變濕熱試驗條件，最大的缺點是會有水滴淋在被試樣品上，影響試驗結(jié)果判斷，發(fā)生過試驗現(xiàn)象。

當前主流方法是蒸汽加濕，采用市政用水引入試驗箱鍋爐，通過電加熱水，鍋爐蒸發(fā)水蒸氣，使水槽內(nèi)常溫液態(tài)水即由蒸汽鍋爐內(nèi)產(chǎn)生出高于大氣壓的蒸汽，蒸汽氣流通過箱內(nèi)的淺水盤，以濕熱交換形式實現(xiàn)加濕和除濕，減壓后蒸汽通過噴霧管進入濕熱箱。濕熱試驗箱的正常工作的首要條件就是穩(wěn)定的供水，我單位當前使用的濕熱試驗箱，由于加濕用水直接采自于市政用水，鈣鎂離子及其他重金屬不可避免地存在，水垢不斷產(chǎn)生而難以清除是一大難題。

水垢的形成過程較為復(fù)雜，根本原因是水存在有鈣鎂離子及其它重金屬離子，當含有上述金屬離子的液體進入鍋爐后，通過熱交換吸收高溫煙氣帶來的大量熱量，隨著爐水的不斷蒸發(fā)逐漸濃縮，過飽和的爐水中沉淀析出難溶固態(tài)物質(zhì)并粘附在金屬受熱面，附著在鍋筒、水冷壁管等受熱面的內(nèi)壁上，形成的一層“膜”就是水垢。水垢組成成分較復(fù)雜，按化學成分可分為碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵水垢、含油水垢、混合水垢等。

水垢直接阻礙鍋爐中的熱量傳遞，并使得管內(nèi)流通截面積減少，流動阻力增大，破壞正常水循環(huán)，使得向火面的金屬壁溫升高。當管路安全被水垢堵死后，水循環(huán)則完全停止，金屬壁溫則更高，長期下去就會因過燒發(fā)生鼓皰、泄漏、彎曲，甚至產(chǎn)生爆管事故。由此，我們可以知道，水垢造成不良影響，如降低鍋爐熱效率，浪費燃料，引起金屬過熱，強度降低，危及安全；增加試驗箱故障率及檢修量，浪費大量資金，還耽誤委托方試驗進度[1]。

為保證鍋爐安全經(jīng)濟運行，鍋爐結(jié)垢后，一段時間內(nèi)就必須要清除，為解決水垢問題，進行過各種嘗試，拆卸鍋爐刮垢、堿洗方法，費時費力，耽擱時間，對鍋爐還有損傷，加之GB/T 10586-2006《濕熱試驗箱技術(shù)條件》也沒有給出明確要求[2]，清除水垢一直困擾著我們。

表1 鍋爐水垢效果分析匯總表

1 問題研究

實踐證明，為清除拆卸水垢，簡單粗暴地刮垢，是不可行的，爾后嘗試使用藥劑洗除水垢，采用過石灰+純堿軟化冷法和熱法除垢，冷法和熱法都用過，效果不理想，無法徹底清除水垢，但操作不方便。冷法是在室溫下進行，將水中殘余硬度降至1.5~2 mg/L，熱法是將水溫加熱到20~80 ℃，使水中殘余硬度降至0.3~0.4 mg/L，分別加入適量的生石灰和純堿進入鍋爐清除[1]。

隨著GJB 150.1A-2009《裝備實驗室環(huán)境試驗方法-通用要求》標準發(fā)布執(zhí)行[3]，對實驗室環(huán)境試驗用水提出了明確要求，電阻率500-1 500 Ω·m，pH值6.5至7.2，因此想到了從源頭更除水垢的辦法。采用過人工加注的方法，例如人工加入礦泉水作為加濕用水，鈣、鎂離子含量偏大，且無電導(dǎo)率、pH值檢測與調(diào)節(jié)手段監(jiān)控和調(diào)節(jié)供水質(zhì)量，鍋爐水垢仍然會出現(xiàn)；還會出現(xiàn)加水不及時缺水停機，導(dǎo)致試驗中斷的問題。加入純凈水，儲存運輸過程會對水質(zhì)有影響，同樣無電導(dǎo)率、pH檢測手段監(jiān)控和調(diào)節(jié)供水質(zhì)量，鍋爐水垢仍然會少量出現(xiàn)；加水不及時，試驗箱會缺水停機，導(dǎo)致試驗中斷。

通過各種方法梳理比較（詳見表1）決定利用離子交換水處理方法，交換樹脂吸附能力強，有機交換樹脂的特點是顆粒核心結(jié)構(gòu)疏松，交換反應(yīng)在顆粒表面和內(nèi)部同時可進行，軟化效果好，能將游離在水中的鈣、鎂離子吸附，從源頭解決水垢問題，效率高，加入電導(dǎo)率、pH值檢測與調(diào)節(jié)手段，還符合150.1A標準關(guān)于水質(zhì)要求。

2 問題實踐

明確改進方法后，為不改變原有溫濕度試驗箱供水管路，明確工作流程為市政供水→pH值調(diào)節(jié)裝置→粗過濾器→活性吸附器→精過濾器→反滲透高壓泵→保護裝置→反滲透膜→壓力儲水罐→樹脂純化柱1→樹脂純化柱2→樹脂純化柱3→檢測儀表→反滲透高壓泵→濕熱環(huán)境試驗箱。

裝置功能實現(xiàn)，以電路功能連接和水路功能連接加以區(qū)，裝置水路連接以及功能實現(xiàn)示意圖如圖1所示。

1）電路功能連接，供電裝置為分路器，引入交流220V市電，為pH調(diào)節(jié)裝置、檢測儀表以及加壓裝置供電，電路功能連接為分路器、總電開關(guān)、反滲透高壓泵開關(guān)、pH調(diào)節(jié)裝置開關(guān)；分路器為pH調(diào)節(jié)裝置、反滲透高壓泵、檢測儀表、工作指示燈供電；各開關(guān)為雙端開關(guān)，控制通斷電。

2）水路功能連接，水路管道以壓力引流方式，引導(dǎo)加濕用水經(jīng)水處理后，進入濕熱試驗箱鍋爐內(nèi)部，為試驗箱提供加濕用水。市政用水經(jīng)過pH調(diào)整裝置、10 μ m過濾器、活性炭過濾器、低壓保護開關(guān)、精過濾器、反滲透高壓泵、超低壓復(fù)合膜、混合離子交換裝置、檢測儀表等裝置，最終進入濕熱環(huán)境試驗箱。pH調(diào)節(jié)裝置包括閥門開關(guān)、電磁式計量泵、弱酸調(diào)節(jié)藥劑罐、弱堿調(diào)節(jié)藥劑罐。過濾裝置包括10 μ m過濾器、活性炭過濾器、精過濾器、反滲透膜、樹脂純化柱。低壓保護開關(guān)為防護裝置，放置于反滲透膜前端，水壓低或缺水時，反滲透高壓泵不工作，防止空轉(zhuǎn)。檢測儀表包括數(shù)顯pH計和數(shù)顯電導(dǎo)率表。

為保證美觀實用，采用無后門設(shè)計的控制柜和水處理柜，以分立并排放置方式安裝，如圖2，圖中細實線表示水路連接、粗實線表示電路連接?？刂乒癜ü╇姟H調(diào)節(jié)、檢測裝置，供電裝置為分路器，引入交流220 V市電，為pH調(diào)節(jié)、檢測以及加壓等裝置供電。水處理柜包括1支20英寸PP熔噴濾芯10 μ m過濾器、1支20英寸活性炭過濾器、1支1μ m PP微孔精密過濾芯精過濾器、1支0.1-0.2 MPa低壓保護開關(guān)、2臺100 L/h 80 m反滲透高壓泵、超低壓高脫鹽反滲透膜、1個200 L壓力儲水罐、3支核子級陽陰混合樹脂純水柱。各部分作用如下：

1）20英寸PP熔噴濾芯10 μ m過濾器濾除較大顆粒及部分鐵離子，降低水濁度，使進入活性碳過濾器前的加濕用水得到了較好的凈化，延長活性碳過濾器中的活性碳的使用壽命；

2）20英寸活性炭過濾器吸附水中余氯、有機物及部分重金屬，脫色除臭，降低COD含量，防止污染反滲透；

3）1 μ m PP微孔精密過濾芯精過濾器，過濾水中粒徑大于1 μ m微小的懸浮顆粒；

4）0.1-0.2 MPa低壓保護開關(guān)置于反滲透高壓泵前端，保護泵在水壓低或缺水時，反滲透高壓泵不工作，防止泵的空轉(zhuǎn)。

5）100 L/h 80 m水泵置于反滲透膜前端，為反滲透機膜加壓。

6）超低壓高脫鹽反滲透膜起脫鹽作用，能脫除水中的金屬離子、有機物及其它陰、陽離子和細菌、病毒等微生物；反滲透膜配有清洗電磁閥，每次開機和運行時，低壓沖洗膜元件；低壓保護開關(guān)，放置于反滲透膜前端，水壓低或缺水時，反滲透高壓泵不工作，防止空轉(zhuǎn)。

7）核子級陽陰混合樹脂純水柱進一步脫鹽，能脫除水中有害的金屬離子及其它陰、陽離子。

圖1 裝置水路連接以及功能實現(xiàn)示意圖

圖2 改造后的水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

3 有益效果

裝置提供濕熱環(huán)境試驗箱用水處理與檢測管理手段，在不改變試驗設(shè)備供水管路基礎(chǔ)上，加裝相關(guān)裝置即改即用，有效避免鍋爐水垢的發(fā)生，減少了因鍋爐故障產(chǎn)生的試驗箱鍋爐維護成本；加水無人值守，避免了缺水停機情況的出現(xiàn)，確保供水滿足試驗箱要求。該裝置具備實時制水、監(jiān)控的功能，保障正常供水的同時，減少試驗箱鍋爐水垢的產(chǎn)生，避免因鍋爐故障、缺水保護導(dǎo)致試驗中斷，保證濕熱環(huán)境試驗箱安全運行。

電路、水路走向清晰，便于維護，出水水質(zhì)高，運行穩(wěn)定，無人值守24 h連續(xù)制水，提高濕熱環(huán)境試驗箱供水保障能力，減少因鍋爐故障產(chǎn)生的試驗箱維護成本。

4 結(jié)論

通過壓力引流方式改造原有濕熱環(huán)境試驗箱供水管路，借助PH值調(diào)節(jié)、水處理、防護、檢測、加壓等手段，實現(xiàn)濕熱環(huán)境試驗用水處理、水質(zhì)檢測和管理，保證濕熱環(huán)境試驗箱正常運行。本實踐案例提供了不改變濕熱環(huán)境試驗箱供水管路基礎(chǔ)上改造的一種濕熱環(huán)境試驗箱用水處理裝置，具體實現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，還可以做出改進和潤飾。

[1]李惠,鍋爐中水垢的危害及其預(yù)防措施研究[J].山東工業(yè)技術(shù), 2016 (10): 54-56.

[2] GB/T 10586-2006,濕熱試驗箱技術(shù)條件[S].

[3] GJB 150.1A-2009,裝備實驗室環(huán)境試驗方法-通用要求[S].

董杰，(1983-)，男，江蘇南京，高級工程師，本科，指揮信息系統(tǒng)檢測試驗管理實踐與研究。

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