0 引言

     目前，我國(guó)高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)設(shè)計(jì)方案、施工規(guī)范、工藝技術(shù)正在由仿制和探索建設(shè)階段逐步向成熟階段邁進(jìn)，而電加熱蒸汽發(fā)生器作為高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室多個(gè)聯(lián)動(dòng)輔助設(shè)施設(shè)備中的重要環(huán)節(jié)，在生物安全三級(jí)、四級(jí)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中逐漸成為一臺(tái)必不可少的設(shè)備，主要與雙扉蒸汽滅菌器、活毒廢水處理系統(tǒng)、籠具和大型多功能清洗消毒器等設(shè)備聯(lián)動(dòng)，為其下游設(shè)備提供蒸汽源，但其在高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室調(diào)試運(yùn)行方面存在大量問題有待進(jìn)一步整改完善[1]。本文對(duì)筆者所在高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室中電加熱蒸汽發(fā)生器（型號(hào) WDR0.5-0.8-Ⅱ，額定蒸汽壓力 0.8 MPa，額定蒸汽溫度 175 ℃，額定電壓 380 V，額定電流 608 A，額定電功率 405 kW，額定蒸發(fā)量 0.5 t/h，熱效率 98%）設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行中遇到的問題進(jìn)行總結(jié)，期望為其他高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)及建設(shè)提供參考。

1 電加熱蒸汽發(fā)生器的組成、分類及特點(diǎn)

     電加熱蒸汽發(fā)生器主要由供水系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、爐膽、加熱系統(tǒng)及安全保護(hù)系統(tǒng)等構(gòu)成，是將電能轉(zhuǎn)換為熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置，又稱電熱鍋爐，即以電能作為能源，利用電阻式電熱技術(shù)或磁滯式電熱技術(shù)將電能轉(zhuǎn)換為熱能，直接或間接將水或其他導(dǎo)電介質(zhì)加熱，直至汽化的設(shè)備[2-4]，該設(shè)備屬于壓力容器，同時(shí)屬于《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》規(guī)定的特種設(shè)備[5-6]。根據(jù)使用燃料不同，分為燃煤蒸汽發(fā)生器、燃油蒸汽發(fā)生器、燃?xì)庹羝l(fā)生器和電加熱蒸汽發(fā)生器四大類。電加熱蒸汽發(fā)生器與其他類型蒸汽發(fā)生器相比有以下顯著特點(diǎn)：（1）低噪聲、無污染、無公害且環(huán)保；（2）換熱系數(shù)高，熱效率高達(dá)97%以上；（3）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、空間占用小、無需燃料及廢渣堆放場(chǎng)地等[7]；（4）可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）自動(dòng)控制或計(jì)算機(jī)控制，并且手動(dòng)控制與自動(dòng)控制可選，大大節(jié)省人力資源；（5）操作簡(jiǎn)單方便，反應(yīng)迅速，負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)動(dòng)靈活；（6）加熱方式便利，采用瞬時(shí)、出水及蓄熱多種形式；（7）安全性好，具有超壓自動(dòng)斷電、高低水位自動(dòng)報(bào)警等安全保護(hù)；（8）維修簡(jiǎn)單方便，全部零部件均可更換，使用壽命長(zhǎng)。綜上，電加熱蒸汽發(fā)生器代表了當(dāng)前安全、低碳、環(huán)保蒸汽發(fā)生器的發(fā)展趨勢(shì)，是高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必然選擇[8-10]。

2 電加熱蒸汽發(fā)生器調(diào)試運(yùn)行中常見問題分析與解決

2.1 邏輯性水位錯(cuò)誤

2.1.1 原因分析

     正常電加熱蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)與液位傳感器配合使用來實(shí)現(xiàn)�，F(xiàn)場(chǎng)磁翻板液位計(jì)視窗標(biāo)注極低水位、低水位、正常水位、高水位和較高水位 5 條水位線，在控制系統(tǒng)中，當(dāng)液位低于低水位線或超出高水位線時(shí)，PLC 控制系統(tǒng)會(huì)接收由液位傳感器傳送的信號(hào)，發(fā)出聲光報(bào)警，提示司爐工液位預(yù)警，應(yīng)及時(shí)采取措施。當(dāng)司爐工或自控系統(tǒng)未響應(yīng)時(shí)，水位將會(huì)出現(xiàn)極低水位或較高水位，自控系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)切斷電源，停爐，保證設(shè)備和周圍工作人員的安全，若自控系統(tǒng)故障將會(huì)發(fā)生不可預(yù)測(cè)的危險(xiǎn)事故[11-12]。實(shí)際調(diào)試運(yùn)行過程中，水位正常情況下 PLC同樣會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，顯示屏顯示“邏輯性水位錯(cuò)誤”，即較高位置電極檢測(cè)到有水而比它低的電極反而檢測(cè)不到水的現(xiàn)象。出現(xiàn)邏輯性水位錯(cuò)誤原因有2 個(gè)方面，分別是線路連接故障和電極故障。由于設(shè)備是新裝設(shè)備，首先排除電極故障發(fā)生的可能性，優(yōu)先考慮線路連接故障。

2.1.2 解決方案

     首先，排除接線端子虛接故障。將 5 個(gè)電極和PLC 連接線路接線端子緊固一遍，如果依然出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警，可排除接線端子虛接的原因。其次，排查電極接線是否正確。使用萬用表由極低水位電極開始測(cè)量，復(fù)查 5 個(gè)電極的連接線，極低水位線路、正常水位線路、高水位線路和較高水位線路連接顯示正常，而低水位電極連接線顯示電流不通。排除電極故障后，對(duì)連接線路進(jìn)行通斷測(cè)量，發(fā)現(xiàn)連接線路故障，更換連接線后再次運(yùn)行設(shè)備，故障排除。

2.2 液位計(jì)視窗玻璃沉積污漬

2.2.1 原因分析

     當(dāng)鍋爐給水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或長(zhǎng)期運(yùn)行疏于清洗液位計(jì)，液位計(jì)視窗玻璃將會(huì)沉積水垢或金屬附著物。水垢為水質(zhì)硬度超標(biāo)引起，金屬附著物主要為軟化水處理不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致鐵離子超標(biāo)或軟化水水質(zhì)達(dá)標(biāo)而鐵質(zhì)儲(chǔ)水箱長(zhǎng)時(shí)間被氧化鐵腐蝕，導(dǎo)致軟化水被污染而出現(xiàn)鐵離子超標(biāo)。當(dāng)鍋爐及正常運(yùn)行期間停爐過程中，經(jīng)沉積作用（高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室電加熱蒸汽發(fā)生器采用階段性運(yùn)行模式），水垢或金屬離子將會(huì)附著在磁翻板液位計(jì)視窗玻璃上，從而影響直觀觀察液位計(jì)液位。

2.2.2 解決方案

     將液位計(jì)上下游手動(dòng)閥門關(guān)閉，由清潔孔注入5%草酸洗液浸泡過夜，污漬將會(huì)自動(dòng)脫落，然后用軟化水反復(fù)沖洗液位計(jì) 3～5 次，即可恢復(fù)液位計(jì)玻璃視窗清潔透明，正常使用。為從源頭上解決該問題，需嚴(yán)把軟化水質(zhì)量關(guān)，保證鍋爐給水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，同時(shí)將鐵質(zhì)儲(chǔ)水箱更換為不銹鋼材質(zhì)儲(chǔ)水箱，避免軟化水儲(chǔ)存過程被污染，從根本上解決液位計(jì)視窗玻璃沉積污漬的問題。

2.3 沖洗液位計(jì)虛假液位

2.3.1 原因分析

     在電加熱蒸汽發(fā)生器運(yùn)行過程中，每次啟動(dòng)設(shè)備后，在壓力達(dá)到 0.1～0.2 MPa 時(shí)均需沖洗液位計(jì)，如果在關(guān)閉設(shè)備前蒸汽壓力為 0.1～0.2 MPa 同樣需進(jìn)行一次液位計(jì)沖洗。若液位計(jì)沖洗方法不正確，沖洗后將出現(xiàn)虛假液位，即鍋筒內(nèi)部實(shí)際液位與液位計(jì)顯示的液位不一致，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行安全[13]。

2.3.2 解決方案

     采取正確的沖洗方法。在電加熱蒸汽鍋爐啟動(dòng)后，當(dāng)蒸汽壓力升至 0.1～0.2 MPa 時(shí)，關(guān)閉設(shè)備，沖洗液位計(jì)。沖洗前戴好防護(hù)裝備，先觀察被沖洗的液位計(jì)與其他液位計(jì)指示的液位位置，如單一液位計(jì)需進(jìn)行原始液位記錄。沖洗液位計(jì)的正確步驟：開啟放水旋塞，沖洗汽連管、水連管及玻璃板（管）；關(guān)閉水旋塞，單獨(dú)沖洗汽連管及玻璃板（管）；先開啟水旋塞，后關(guān)閉汽旋塞，單獨(dú)沖洗水連管；開啟汽旋塞，關(guān)閉放水旋塞，恢復(fù)水位表正常運(yùn)行。在關(guān)閉放水旋塞后，如果水位很快向上升，并有輕微的上下波動(dòng)，而后與原始水位出現(xiàn)微小差別，說明水位正常；如果水位上升很緩慢，說明有堵塞現(xiàn)象，需重新沖洗。沖洗液位計(jì)時(shí)，操作須緩慢，司爐工臉部不能正對(duì)水位表。避免沖洗液位計(jì)出現(xiàn)假液位的關(guān)鍵是采取正確的沖洗方法，簡(jiǎn)單總結(jié)為“七字訣”：下、中、中、上、上、上、下。

2.4 定期排污水錘破壞

2.4.1 原因分析

     定期排污又叫底部排污，主要是排除積聚在鍋爐下部的水渣和磷酸鹽處理后形成的軟質(zhì)沉淀物，其具有排污持續(xù)時(shí)間短、排污能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但操作不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水錘效應(yīng)，管路發(fā)出“當(dāng)”的巨響。水錘又稱水擊，由于閥門突然開啟或關(guān)閉、水泵驟�；蝮E啟等原因，使水流速突然發(fā)生變化，同時(shí)壓強(qiáng)產(chǎn)生大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象，壓力的沖擊使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一般。水錘效應(yīng)有極大的破壞性：壓強(qiáng)過高，將引起管子的破裂；壓強(qiáng)過低，不僅會(huì)導(dǎo)致管子的癟塌，還會(huì)損壞閥門和固定件[14-15]。因此，在實(shí)際操作過程中應(yīng)正確操作避免水錘效應(yīng)的產(chǎn)生。

2.4.2 解決方案

     通常，排污工作應(yīng)在電加熱蒸汽發(fā)生器低負(fù)荷、高氣壓、高水位、運(yùn)行正常穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行[16]。為解決水錘效應(yīng)，在排污時(shí)需先緩慢開啟旋塞閥，然后微開快開閥，以使排污管預(yù)熱；在排污管預(yù)熱后，再全開、快開快開閥進(jìn)行排污，持續(xù) 20～30 s 后緩慢關(guān)閉，反復(fù)3 次；然后關(guān)閉旋塞閥，開啟快開閥，持續(xù) 20 s，關(guān)閉快開閥，一次定期排污完成[17]。以上操作可有效避免定期排污過程中水錘效應(yīng)的發(fā)生，有效保護(hù)各系統(tǒng)的安全，避免生物安全事故發(fā)生；同時(shí)要堅(jiān)持“勤排、少排、均衡排”的原則。

2.5 補(bǔ)水泵端水管帶溫

2.5.1 原因分析

     電加熱蒸汽發(fā)生器運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)補(bǔ)水泵至鍋體連接段水管帶溫，且會(huì)隨著鍋爐內(nèi)部壓力的升高而升高。如果不能夠及時(shí)解決，會(huì)使給水管和給水泵承壓、承溫，長(zhǎng)此以往會(huì)導(dǎo)致生物安全事故的發(fā)生。出現(xiàn)此情況多由管路連接中安裝的止回閥故障引起。

2.5.2 解決方案

     針對(duì)補(bǔ)水泵端水管帶溫的問題，經(jīng)過對(duì)補(bǔ)水泵至鍋體段連接管路進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)管路中止回閥故障，造成密封不嚴(yán)，高溫汽水回流，導(dǎo)致補(bǔ)水管及泵體承壓帶溫。更換止回閥后故障排除，有效解決補(bǔ)水管和補(bǔ)水泵承壓帶溫的危險(xiǎn)。

2.6 升溫過程鍋水噪聲過大伴共振強(qiáng)烈

2.6.1 原因分析

     電加熱蒸汽發(fā)生器經(jīng)調(diào)試后，在運(yùn)行過程多次發(fā)現(xiàn)每次開啟設(shè)備后，電壓 380 V、電流 625 A，6 組加熱棒滿負(fù)荷加熱，鍋水的噪聲異常大，并伴隨共振現(xiàn)象。當(dāng)分汽缸打開時(shí)，鍋內(nèi)爐水、分汽缸管道與儲(chǔ)水箱三者形成共振，鍋體頂部安全閥、管網(wǎng)與地面三者形成共振，十分危險(xiǎn)，長(zhǎng)此將對(duì)設(shè)備和建筑造成極大破壞，具有潛在的生物安全風(fēng)險(xiǎn)。

分析鍋水噪聲產(chǎn)生的原因：鍋筒內(nèi)裝水前，鍋筒內(nèi)壁上吸附著一層空氣，裝水后，這層空氣就變成了無數(shù)微小的氣泡，因吸附力大于氣泡受到的浮力，故水并不能使它們脫離鍋筒內(nèi)壁。當(dāng)水溫升高時(shí)，氣泡周圍的水在氣泡內(nèi)蒸發(fā)，使氣泡膨脹體積增大，當(dāng)溫度達(dá)到七八十?dāng)z氏度時(shí)，變大的氣泡受到的浮力超過了吸附力，它們便脫離鍋筒內(nèi)壁上升，同時(shí)在鍋筒內(nèi)壁上仍遺留下一部分空氣，這部分空氣會(huì)以更快的速度膨脹從而脫離鍋筒內(nèi)壁上升。上升的氣泡遇到周圍的冷水，氣泡里的水蒸氣液化，使氣泡迅速變小或炸裂。由于無數(shù)氣泡在鍋底急劇膨脹，又在上升中迅速變小或炸裂，鍋筒里的水就處于激烈的振動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而又引起空氣振動(dòng)，形成水聲。由于氣泡體積大小交替變化非�？�，使水振動(dòng)頻率高，水聲音調(diào)也就高。隨后由于鍋筒內(nèi)各處水溫相差越來越小，氣泡體積大小交替變化也越來越慢，進(jìn)而引起水聲音調(diào)也逐漸降低，沸騰時(shí)，氣泡在水面上破裂，引起水面翻騰幅度降低，因而引起的水聲低，空氣振動(dòng)頻率也低[18]。

2.6.2 解決方案

     針對(duì)鍋水噪聲和共振產(chǎn)生的原因，采取合理的正確的措施逐一解決。首先，在運(yùn)行前關(guān)閉分汽缸，排除加熱過程氣流進(jìn)入分汽缸對(duì)管路進(jìn)行沖擊振動(dòng)；繼而，將 6 組加熱棒負(fù)荷減為 2～3 組運(yùn)行，先給鍋內(nèi)介質(zhì)預(yù)加熱；較后，在鍋內(nèi)帶壓 0.02 MPa 后微抬安全閥泄壓、排氣，氣鳴音消失，此時(shí)改為 6 組加熱棒全開，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。采取以上方法可以有效避免鍋水聲過大，消除共振危險(xiǎn)，并避免管道和電加熱蒸汽發(fā)生器因疲勞而損壞，防止生物安全事故的發(fā)生。

2.7 用汽點(diǎn)冷凝水過多

2.7.1 原因分析

     由于電加熱蒸汽發(fā)生器與用汽末端設(shè)備之間鋪設(shè)的管路過長(zhǎng)，盡管已經(jīng)保溫處理，但在末端用汽點(diǎn)依然有大量冷凝水，嚴(yán)重影響設(shè)備正常運(yùn)行，特別是雙扉蒸汽滅菌器。分析原因?yàn)楣苈愤^長(zhǎng)，整個(gè)管路冷凝水會(huì)逐漸被蒸汽推送至用汽點(diǎn)末端，導(dǎo)致用汽點(diǎn)冷凝水集聚。

2.7.2 解決方案

     在用汽點(diǎn)設(shè)備前端加裝疏水閥，可以有效解決蒸汽冷凝水過多的問題。

2.8 多點(diǎn)用汽壓力不統(tǒng)一

2.8.1 原因分析

     由于電加熱蒸汽發(fā)生器輸出的蒸汽為定壓蒸汽，而下游連接多個(gè)聯(lián)動(dòng)設(shè)備，不同的設(shè)施設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和使用需求不一樣，對(duì)蒸汽壓力大小的需求也不一致，因此，存在輸送蒸汽壓力與設(shè)施設(shè)備需求蒸汽壓力大小不統(tǒng)一的問題。

2.8.2 解決方案

     在用汽點(diǎn)設(shè)備前端加裝蒸汽減壓閥，根據(jù)設(shè)備需求將蒸汽壓力降至適用壓力范圍，有效解決多個(gè)用汽點(diǎn)壓力不統(tǒng)一的問題。

3 結(jié)語

     高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室配置電加熱蒸汽發(fā)生器，可以有效解決多設(shè)備聯(lián)合用汽問題，節(jié)約大量能源、人力、物力和時(shí)間，是當(dāng)前高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的趨勢(shì)。電加熱蒸汽發(fā)生器是集自動(dòng)化控制、強(qiáng)弱電和給排水等多專業(yè)于一體的綜合型特種設(shè)備，調(diào)試運(yùn)行過程中故障多元化，技術(shù)性要求較高，需專業(yè)持證人員進(jìn)行針對(duì)性排查維修。此次探討的問題涉及強(qiáng)弱電、物理、化學(xué)和給排水等專業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)綜合考慮，操作人員必須掌握其方法，才能快速有效解決問題；只有實(shí)現(xiàn)維護(hù)保養(yǎng)常態(tài)化，才能實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，才能保障各聯(lián)動(dòng)設(shè)備的安全，較終實(shí)現(xiàn)高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行安全。