0 引言

     目前，我國高等級生物安全實驗室建設設計方案、施工規(guī)范、工藝技術正在由仿制和探索建設階段逐步向成熟階段邁進，而電加熱蒸汽發(fā)生器作為高等級生物安全實驗室多個聯(lián)動輔助設施設備中的重要環(huán)節(jié)，在生物安全三級、四級實驗室建設中逐漸成為一臺必不可少的設備，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備聯(lián)動，為其下游設備提供蒸汽源，但其在高等級生物安全實驗室調試運行方面存在大量問題有待進一步整改完善[1]。本文對筆者所在高等級生物安全實驗室中電加熱蒸汽發(fā)生器（型號 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%）設計、安裝、運行中遇到的問題進行總結，期望為其他高等級生物安全實驗室的設計及建設提供參考。

1 電加熱蒸汽發(fā)生器的組成、分類及特點

     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)及安全保護系統(tǒng)等構成，是將電能轉換為熱能的能量轉換裝置，又稱電熱鍋爐，即以電能作為能源，利用電阻式電熱技術或磁滯式電熱技術將電能轉換為熱能，直接或間接將水或其他導電介質加熱，直至汽化的設備[2-4]，該設備屬于壓力容器，同時屬于《特種設備安全監(jiān)察條例》規(guī)定的特種設備[5-6]。根據使用燃料不同，分為燃煤蒸汽發(fā)生器、燃油蒸汽發(fā)生器、燃氣蒸汽發(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：（1）低噪聲、無污染、無公害且環(huán)保；（2）換熱系數高，熱效率高達97%以上；（3）結構緊湊、體積小、空間占用小、無需燃料及廢渣堆放場地等[7]；（4）可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）自動控制或計算機控制，并且手動控制與自動控制可選，大大節(jié)省人力資源；（5）操作簡單方便，反應迅速，負荷調節(jié)機動靈活；（6）加熱方式便利，采用瞬時、出水及蓄熱多種形式；（7）安全性好，具有超壓自動斷電、高低水位自動報警等安全保護；（8）維修簡單方便，全部零部件均可更換，使用壽命長。綜上，電加熱蒸汽發(fā)生器代表了當前安全、低碳、環(huán)保蒸汽發(fā)生器的發(fā)展趨勢，是高等級生物安全實驗室建設的必然選擇[8-10]。

2 電加熱蒸汽發(fā)生器調試運行中常見問題分析與解決

2.1 邏輯性水位錯誤

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)場液位計與液位傳感器配合使用來實現(xiàn)。現(xiàn)場磁翻板液位計視窗標注極低水位、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，當液位低于低水位線或超出高水位線時，PLC 控制系統(tǒng)會接收由液位傳感器傳送的信號，發(fā)出聲光報警，提示司爐工液位預警，應及時采取措施。當司爐工或自控系統(tǒng)未響應時，水位將會出現(xiàn)極低水位或較高水位，自控系統(tǒng)將會自動切斷電源，停爐，保證設備和周圍工作人員的安全，若自控系統(tǒng)故障將會發(fā)生不可預測的危險事故[11-12]。實際調試運行過程中，水位正常情況下 PLC同樣會發(fā)出聲光報警，顯示屏顯示“邏輯性水位錯誤”，即較高位置電極檢測到有水而比它低的電極反而檢測不到水的現(xiàn)象。出現(xiàn)邏輯性水位錯誤原因有2 個方面，分別是線路連接故障和電極故障。由于設備是新裝設備，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 個電極和PLC 連接線路接線端子緊固一遍，如果依然出現(xiàn)錯誤報警，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量，復查 5 個電極的連接線，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，對連接線路進行通斷測量，發(fā)現(xiàn)連接線路故障，更換連接線后再次運行設備，故障排除。

2.2 液位計視窗玻璃沉積污漬

2.2.1 原因分析

     當鍋爐給水水質不達標或長期運行疏于清洗液位計，液位計視窗玻璃將會沉積水垢或金屬附著物。水垢為水質硬度超標引起，金屬附著物主要為軟化水處理不達標導致鐵離子超標或軟化水水質達標而鐵質儲水箱長時間被氧化鐵腐蝕，導致軟化水被污染而出現(xiàn)鐵離子超標。當鍋爐及正常運行期間停爐過程中，經沉積作用（高等級生物安全實驗室電加熱蒸汽發(fā)生器采用階段性運行模式），水垢或金屬離子將會附著在磁翻板液位計視窗玻璃上，從而影響直觀觀察液位計液位。

2.2.2 解決方案

     將液位計上下游手動閥門關閉，由清潔孔注入5%草酸洗液浸泡過夜，污漬將會自動脫落，然后用軟化水反復沖洗液位計 3～5 次，即可恢復液位計玻璃視窗清潔透明，正常使用。為從源頭上解決該問題，需嚴把軟化水質量關，保證鍋爐給水各項指標達標，同時將鐵質儲水箱更換為不銹鋼材質儲水箱，避免軟化水儲存過程被污染，從根本上解決液位計視窗玻璃沉積污漬的問題。

2.3 沖洗液位計虛假液位

2.3.1 原因分析

     在電加熱蒸汽發(fā)生器運行過程中，每次啟動設備后，在壓力達到 0.1～0.2 MPa 時均需沖洗液位計，如果在關閉設備前蒸汽壓力為 0.1～0.2 MPa 同樣需進行一次液位計沖洗。若液位計沖洗方法不正確，沖洗后將出現(xiàn)虛假液位，即鍋筒內部實際液位與液位計顯示的液位不一致，嚴重影響鍋爐運行安全[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后，當蒸汽壓力升至 0.1～0.2 MPa 時，關閉設備，沖洗液位計。沖洗前戴好防護裝備，先觀察被沖洗的液位計與其他液位計指示的液位位置，如單一液位計需進行原始液位記錄。沖洗液位計的正確步驟：開啟放水旋塞，沖洗汽連管、水連管及玻璃板（管）；關閉水旋塞，單獨沖洗汽連管及玻璃板（管）；先開啟水旋塞，后關閉汽旋塞，單獨沖洗水連管；開啟汽旋塞，關閉放水旋塞，恢復水位表正常運行。在關閉放水旋塞后，如果水位很快向上升，并有輕微的上下波動，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。沖洗液位計時，操作須緩慢，司爐工臉部不能正對水位表。避免沖洗液位計出現(xiàn)假液位的關鍵是采取正確的沖洗方法，簡單總結為“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沉淀物，其具有排污持續(xù)時間短、排污能力強的優(yōu)點，但操作不當會產生嚴重的水錘效應，管路發(fā)出“當”的巨響。水錘又稱水擊，由于閥門突然開啟或關閉、水泵驟�；蝮E啟等原因，使水流速突然發(fā)生變化，同時壓強產生大幅度波動的現(xiàn)象，壓力的沖擊使管壁受力而產生噪聲，猶如錘子敲擊管子一般。水錘效應有極大的破壞性：壓強過高，將引起管子的破裂；壓強過低，不僅會導致管子的癟塌，還會損壞閥門和固定件[14-15]。因此，在實際操作過程中應正確操作避免水錘效應的產生。

2.4.2 解決方案

     通常，排污工作應在電加熱蒸汽發(fā)生器低負荷、高氣壓、高水位、運行正常穩(wěn)定時進行[16]。為解決水錘效應，在排污時需先緩慢開啟旋塞閥，然后微開快開閥，以使排污管預熱；在排污管預熱后，再全開、快開快開閥進行排污，持續(xù) 20～30 s 后緩慢關閉，反復3 次；然后關閉旋塞閥，開啟快開閥，持續(xù) 20 s，關閉快開閥，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的發(fā)生，有效保護各系統(tǒng)的安全，避免生物安全事故發(fā)生；同時要堅持“勤排、少排、均衡排”的原則。

2.5 補水泵端水管帶溫

2.5.1 原因分析

     電加熱蒸汽發(fā)生器運行過程中發(fā)現(xiàn)補水泵至鍋體連接段水管帶溫，且會隨著鍋爐內部壓力的升高而升高。如果不能夠及時解決，會使給水管和給水泵承壓、承溫，長此以往會導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

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

2.6 升溫過程鍋水噪聲過大伴共振強烈

2.6.1 原因分析

     電加熱蒸汽發(fā)生器經調試后，在運行過程多次發(fā)現(xiàn)每次開啟設備后，電壓 380 V、電流 625 A，6 組加熱棒滿負荷加熱，鍋水的噪聲異常大，并伴隨共振現(xiàn)象。當分汽缸打開時，鍋內爐水、分汽缸管道與儲水箱三者形成共振，鍋體頂部安全閥、管網與地面三者形成共振，十分危險，長此將對設備和建筑造成極大破壞，具有潛在的生物安全風險。

分析鍋水噪聲產生的原因：鍋筒內裝水前，鍋筒內壁上吸附著一層空氣，裝水后，這層空氣就變成了無數微小的氣泡，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壁。當水溫升高時，氣泡周圍的水在氣泡內蒸發(fā)，使氣泡膨脹體積增大，當溫度達到七八十攝氏度時，變大的氣泡受到的浮力超過了吸附力，它們便脫離鍋筒內壁上升，同時在鍋筒內壁上仍遺留下一部分空氣，這部分空氣會以更快的速度膨脹從而脫離鍋筒內壁上升。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狀態(tài)，進而又引起空氣振動，形成水聲。由于氣泡體積大小交替變化非常快，使水振動頻率高，水聲音調也就高。隨后由于鍋筒內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，進而引起水聲音調也逐漸降低，沸騰時，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，空氣振動頻率也低[18]。

2.6.2 解決方案

     針對鍋水噪聲和共振產生的原因，采取合理的正確的措施逐一解決。首先，在運行前關閉分汽缸，排除加熱過程氣流進入分汽缸對管路進行沖擊振動；繼而，將 6 組加熱棒負荷減為 2～3 組運行，先給鍋內介質預加熱；較后，在鍋內帶壓 0.02 MPa 后微抬安全閥泄壓、排氣，氣鳴音消失，此時改為 6 組加熱棒全開，進入正常運行狀態(tài)。采取以上方法可以有效避免鍋水聲過大，消除共振危險，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)生器與用汽末端設備之間鋪設的管路過長，盡管已經保溫處理，但在末端用汽點依然有大量冷凝水，嚴重影響設備正常運行，特別是雙扉蒸汽滅菌器。分析原因為管路過長，整個管路冷凝水會逐漸被蒸汽推送至用汽點末端，導致用汽點冷凝水集聚。

2.7.2 解決方案

     在用汽點設備前端加裝疏水閥，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，而下游連接多個聯(lián)動設備，不同的設施設備設計標準和使用需求不一樣，對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施設備需求蒸汽壓力大小不統(tǒng)一的問題。

2.8.2 解決方案

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

3 結語

     高等級生物安全實驗室配置電加熱蒸汽發(fā)生器，可以有效解決多設備聯(lián)合用汽問題，節(jié)約大量能源、人力、物力和時間，是當前高等級生物安全實驗室建設的趨勢。電加熱蒸汽發(fā)生器是集自動化控制、強弱電和給排水等多專業(yè)于一體的綜合型特種設備，調試運行過程中故障多元化，技術性要求較高，需專業(yè)持證人員進行針對性排查維修。此次探討的問題涉及強弱電、物理、化學和給排水等專業(yè)領域，應綜合考慮，操作人員必須掌握其方法，才能快速有效解決問題；只有實現(xiàn)維護保養(yǎng)常態(tài)化，才能實現(xiàn)安全運行，才能保障各聯(lián)動設備的安全，較終實現(xiàn)高等級生物安全實驗室的運行安全。