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????? 化學(xué)水處理反滲透除鹽系統(tǒng)

????? 一、超臨界機組對水質(zhì)的要求

????? 直流鍋爐沒有進行水汽分離的氣包，給水一次性通過鍋爐的預(yù)熱、蒸發(fā)、
過熱等受熱面后全部轉(zhuǎn)化成過熱蒸汽，并輸送到汽輪機中推動汽輪機做功。直流
鍋爐沒有水的循環(huán)，不能進行爐內(nèi)加藥處理。給水帶進鍋爐的鹽量一部分被蒸汽
溶解帶走，進入汽輪機，其余的沉積在鍋爐各蒸發(fā)受熱面上形成水垢。水垢的導(dǎo)
熱系數(shù)很低，結(jié)垢導(dǎo)致管閉溫度上升，嚴重時可能出現(xiàn)超溫爆管。另外，鍋爐水
質(zhì)還是控制水冷壁腐蝕破壞關(guān)鍵因素。因此，為了確保鍋爐受熱面安全，給水質(zhì)
量必須滿足超臨界直流鍋爐的水質(zhì)要求。

????? 蒸汽從鍋爐帶出的鹽份進入汽輪機后，由于鹽類在蒸汽中的溶解度隨著蒸
汽壓力的降低而下降，所以參數(shù)越低，如果蒸汽帶鹽達到一定限度，超出相應(yīng)壓
力、溫度下蒸汽的溶鹽能力，就會析出并沉積在噴嘴和葉片上，使葉片通流截面
減小，導(dǎo)致汽輪機效率降低，軸向推力增大，嚴重時還會影響轉(zhuǎn)子的平衡而造成
更大事故。因此鍋爐產(chǎn)生的蒸汽不僅要符合設(shè)計規(guī)定的壓力和溫度，而且還要達
到規(guī)定的蒸汽質(zhì)量。

????? 二、化學(xué)工作的重要性

????? 1 、內(nèi)容

????? 在火力發(fā)電廠中，水是傳遞能量的工質(zhì)。水進入鍋爐后，吸收燃料燃燒放
出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，?dǎo)入汽輪機。在汽輪機中，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，發(fā)
電機將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽椭岭娋W(wǎng)。為了保證機組的正常運行，對鍋爐用水的

????? 質(zhì)量有嚴格的要求，而且機組的蒸汽參數(shù)愈高，其要求也愈嚴格。

????? 蒸汽在汽輪機內(nèi)做功后進入凝汽器，被冷卻為凝結(jié)水。凝結(jié)水由凝結(jié)水泵
送到低壓加熱器，加熱后送入除氧器，再由給水泵將已除去氧的水經(jīng)高壓加熱器
加熱后送入鍋爐。

????? 在上述系統(tǒng)中，水汽雖是循環(huán)的，但運行中總不免有些損失。為了保持發(fā)
電廠熱力系統(tǒng)的水汽平衡，保證正常水汽循環(huán)運行，就要隨時向鍋爐補充合格的
水來彌補其損失，這部分水稱為補給水。凝汽式電廠在正常運行情況下，補給水
不超過鍋爐額定蒸發(fā)量的2 ％～4 ％。

????? 熱力系統(tǒng)中的水質(zhì)是影響火力發(fā)電廠熱力設(shè)備（鍋爐、汽機等）安全、經(jīng)
濟運行的重要因素之一。沒有經(jīng)過凈化處理的原水，其中含有許多雜質(zhì)，這種水
是不允許進入熱力設(shè)備中的水汽循環(huán)系統(tǒng)的，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)膬艋幚?，達到標
準后，才能保證熱力設(shè)備的穩(wěn)定運行。如果品質(zhì)不良的水進入水汽循環(huán)系統(tǒng)，就
會造成以下幾方面的危害：

????? （1 ）熱力設(shè)備的結(jié)垢

????? 如果進入鍋爐或其他熱交換器的水質(zhì)不良，則經(jīng)過一段時間的運行后，在
和水接觸的受熱面上，會生成一些固體附著物，這些固體附著物稱為水垢，這種
現(xiàn)象稱為結(jié)垢。結(jié)垢的速度與鍋爐的蒸發(fā)量成正比。因此，如果品質(zhì)不良的水進
入高參數(shù)、大容量機組的水汽循環(huán)系統(tǒng)，就有可能在短時間內(nèi)造成更大的危害。
因為水垢的導(dǎo)熱性能比金屬的差幾百倍，這些水垢又易形成在熱負荷很高的鍋爐
爐管中，這樣會使結(jié)垢部位的金屬管壁溫度過熱，引起金屬強度下降，在管內(nèi)壓
力作用下，就會發(fā)生管道局部變形，產(chǎn)生鼓包，甚至引起爆管等嚴重事故。

????? 結(jié)垢不僅危害到鍋爐的安全運行，而且會影響發(fā)電廠的經(jīng)濟效益。另外，
在汽輪機凝汽器內(nèi)結(jié)垢，會導(dǎo)致凝汽器真空度降低，使汽輪機達不到額定出力，
熱效率下降；加熱器結(jié)垢會使水的加熱溫度達不到設(shè)計值，以致整個熱力系統(tǒng)的
經(jīng)濟性降低。而且熱力設(shè)備結(jié)垢后還必須及時進行清洗，因此增加了機組的停運
時間，減少了發(fā)電量，增加了清洗、檢修的費用，以及增加了環(huán)保工作量等。

????? （2 ）熱力設(shè)備的腐蝕

????? 熱力設(shè)備的運行常以水作為介質(zhì)。如果水質(zhì)不良，則會引起金屬的腐蝕。
由于金屬材料與環(huán)境介質(zhì)反應(yīng)而引起金屬材料的破壞叫做金屬的腐蝕。火力發(fā)電
廠的給水管道，各種加熱器，鍋爐的省煤器、水冷壁、過熱器和汽輪機凝汽器都
會因水中含有溶解性氣體和腐蝕介質(zhì)而引起腐蝕。腐蝕不僅會縮短金屬的使用壽
命，而且由于金屬腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)入給水中，使給水雜質(zhì)增多，從而又縮短了在熱負
荷高的受熱面上的結(jié)垢過程，結(jié)成的垢又會促進鍋爐管壁的垢下腐蝕。這種惡性
循環(huán)，會迅速導(dǎo)致爆管事故的發(fā)生。

????? （3 ）過熱器和汽輪機的積鹽

????? 如果鍋爐使用的水質(zhì)不良，就不能產(chǎn)生高純度的蒸汽，隨蒸汽帶出的雜質(zhì)
就會沉積在蒸汽流通部分，例如過熱器和汽輪機里，這種現(xiàn)象稱為積鹽。過熱器
管內(nèi)積鹽會引起金屬管壁過熱，甚至爆管；汽輪機內(nèi)積鹽會大大降低汽輪機的出
力和效率。特別是對于高溫、高壓的大容量汽輪機，它的高壓蒸汽通流部分的截
面積很小，所以少量的積鹽就會大大增加蒸汽流通的阻力，使汽輪機的出力下降。
當(dāng)汽輪機積鹽嚴重時，還會使推力軸承負荷增大，隔板彎曲，造成事故停機。

????? 水中雜質(zhì)對水處理設(shè)備和熱力設(shè)備影響見下表1-1.

????? 表1-1 水中雜質(zhì)對設(shè)備的有害影響

????? 序號雜質(zhì)名稱對設(shè)備影響

????? 1 懸浮物污染樹脂，降低其交換性能，尤其對逆流再生設(shè)備影響較大。

????? 2 有機物1 、使陰離子交換樹脂污染老化，降低交換容量及使用壽命；

????? 2 、進入鍋爐后能造成汽水共騰，惡化蒸汽品質(zhì)。

????? 3 游離氯是氧化劑，能形成樹脂的不可逆膨脹而使樹脂損壞。

????? 4 溶解氧可造成水處理系統(tǒng)和給水系統(tǒng)的腐蝕，但在高純給水中進行中性
水加氧處理，可形成一層保護膜，減緩對給水系統(tǒng)的腐蝕。

????? 5 硅酸化合物易在熱力系統(tǒng)結(jié)垢，在汽輪機葉片上結(jié)垢析出，影響機組出
力。

????? 6 碳酸鹽化合物在加熱后能分解出二氧化碳，在給水系統(tǒng)造成二氧化碳腐
蝕。

????? 7 鈣鎂鹽類能在強受熱面上結(jié)出堅硬的水垢。

????? 8 鉀鈉鹽類能在過熱器、汽輪機葉片上結(jié)鹽。

????? 9 銅鐵垢進入離子交換樹脂內(nèi)不易再被交換出來；在鍋爐水冷壁管上結(jié)垢
又能造成潰瘍性垢下腐蝕，嚴重影響鍋爐安全運行。

????? 10氨和銨鹽適量的氨對抑制系統(tǒng)中的二氧化碳腐蝕有好處，但量大后能促
使對銅的腐蝕。

????? 11硝酸、亞硝酸鹽能形成水冷壁及過熱器的腐蝕。

????? 因此，火力發(fā)電廠化學(xué)水處理工作主要擔(dān)負著以下任務(wù)：

????? （1 ）凈化原水：制備熱力系統(tǒng)所需要的補給水工藝，包括除去原水中的
懸浮物和膠體顆粒的澄清、過濾等預(yù)處理，除去水中全部溶解性鹽類的除鹽處理。
制備補給水的處理通常稱為爐外水處理。

????? （2 ）給水處理：對于給水，進行除去水中溶解氧或加氧、提高PH值等加
藥處理，以保證給水的質(zhì)量。

????? （3 ）凝結(jié)水處理：對直流爐機組及高參數(shù)機組，要進行汽輪機凝結(jié)水的
除鐵、除鹽等凈化處理。

????? （4 ）冷卻水處理：對于直流冷卻的循環(huán)水，要采用加藥的方式進行防止
微生物滋生等的處理，也叫循環(huán)水處理。

????? （5 ）水汽監(jiān)督：對熱力系統(tǒng)各部分、各階段的水汽質(zhì)量進行監(jiān)督，并在
水汽質(zhì)量劣化時進行的處理，也是水處理工作的內(nèi)容之一。

????? （6 ）機組停運保養(yǎng)：隨著機組容量的增加和參與調(diào)峰，機組停運保養(yǎng)工
作愈顯重要，而且它與水處理工作也密切相關(guān)。它包括機組停運前對熱力系統(tǒng)進
行加藥處理等工作。

????? （7 ）化學(xué)清洗：當(dāng)鍋爐水冷壁結(jié)垢量超過部頒標準時，必須對鍋爐本體
進行化學(xué)清洗。在化學(xué)清洗過程中，要求在不同階段提供不同質(zhì)量的水，因此水
處理工作是保證化學(xué)清洗效果的重要因素之一。

????? 除此之外，火力發(fā)電廠水處理工作還包括發(fā)電機冷卻水處理、發(fā)電機轉(zhuǎn)子
氫冷系統(tǒng)供氫和來自各種渠道的廢水處理等。

????? 2 、化學(xué)的主要分工及作用

????? 凈化站：主要對原水中的懸浮物和膠體顆粒等進行澄清、過濾，以除去原
水中的懸浮物和部分膠體的預(yù)處理系統(tǒng)。

????? 補給水處理：主要完成水中溶解性鹽類的除鹽處理系統(tǒng)。

????? 給水、凝結(jié)水加藥系統(tǒng)：主要進行給水、凝結(jié)水加氧、提高PH值、機組啟
動或異常時的除氧及停爐保養(yǎng)等的各種加藥處理，以保證給水的質(zhì)量。

????? 凝結(jié)水精處理：進行汽輪機凝結(jié)水的除鐵、除鹽等凈化處理系統(tǒng)。

????? 機組水汽及凝結(jié)水檢漏系統(tǒng)監(jiān)督：對熱力系統(tǒng)各部分、各階段的水汽質(zhì)量
進行監(jiān)督，確保水汽質(zhì)量滿足機組正常運行的要求。

????? 廢水處理站：將全廠各種排至廢水站的廢水分別處理合格后排放，符合環(huán)
保要求。

????? 加氯站：分別向循環(huán)冷卻水及凈化站來原水中投加氯，防止水中微生物滋
生。

????? 供氫站：向發(fā)電機氫冷系統(tǒng)提供純度、濕度合格和一定壓力的氫氣，以滿
足發(fā)電機正常運行的需要。

????? 另外，化學(xué)實驗班組主要負責(zé)日常的汽、水、煤、油、氣等監(jiān)督和查定及
化學(xué)清洗工藝配合等工作。

????? 反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)

????? 1 、原理

????? 水從稀溶液一側(cè)通過半透膜自然向濃溶液一側(cè)流動的過程叫水滲透。

????? 人們制造了一種膜，它只允許水分子通過，溶液中的鹽類則不能通過，這
種膜叫半透膜。

????? 反滲透是利用半透膜透水不透鹽的特性，去除水中的鹽份。在反滲透膜的
原水側(cè)加壓，使原水中的一部分純水沿與膜垂直方向透過膜，水中的鹽類和膠體
物質(zhì)在膜表面濃縮，剩余部分原水沿與膜平行的方向?qū)饪s的物質(zhì)帶走。透過膜
的水中僅殘余少量鹽份，收集利用透過水，即達到了脫鹽的目的。

????? 反滲透可除去水中98% 的無機鹽，對有機物的去除為相對分子質(zhì)量大于200
的有機物以及膠體，相對分子質(zhì)量小于200 的有機物會透過反滲透膜，它是當(dāng)代
公認的最先進的脫鹽技術(shù)。

????? 反滲透脫鹽必須滿足兩個基本條件：①半透膜具有透水而不透鹽的選擇透
過特性。②鹽水與淡水兩室間的外加壓差大于滲透壓差。符合條件①的半透膜稱
之為反滲透膜。

????? 2 、滲透膜

????? （1 ）反滲透膜材料

????? 膜得分離性能與膜材料的分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。人們根據(jù)脫鹽的要求，從大
量的高分子材料中篩選出醋酸纖維素（CA）和芳香聚酰胺（PA）兩大類膜材料。
此外，復(fù)合膜的表皮層還用到其他一些特殊材。

????? 醋酸纖維素又稱乙酰纖維素或纖維素醋酸酯。常以含纖維素的棉花、木材
等為原料，經(jīng)過酯化和水解反應(yīng)制成醋酸纖維素，再加工成反滲透膜。

????? 聚酰胺膜材料包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺兩類。目前使用最多的是
芳香族聚酰胺膜，膜材料為芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺- 酰肼以及一些含氮芳
香聚合物。

????? 復(fù)合膜的特征是由兩種以上的材料制成，他是由很薄的致密層與多孔支撐
復(fù)合而成的。多孔支撐層又稱基膜，起增強機械強度作用；致密層也稱表皮層，
起脫鹽作用，故又稱脫鹽層。

????? 由單一材料制成的非對稱膜，有下列不足之處：①致密層與支撐層之間存
在著易被壓密的過濾層；②表皮層厚度的最薄極限約為1000×10-10m，很難通過
減少通過膜厚度降低推動壓力；③脫鹽率與透水速度相互制約，因為同種材料很
難兼具脫鹽與支撐兩者均優(yōu)。復(fù)合膜較好的解決了上述問題，它可以分別對致密
層的功能要求選擇一種脫鹽性能最優(yōu)的材料，針對支撐層的功能要求選擇一種機
械強度高的材料。復(fù)合脫鹽膜可以做的很薄，有利于降低推動力；他消除了過渡
區(qū)，抗壓密能力強。此外，復(fù)合膜還有以下特點：膜高脫鹽率和高透過性兼?zhèn)洌?BR>良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性；可干膜存放；推動壓力低；抗污染能力強。

????? （2 ）反滲透膜的結(jié)構(gòu)

????? 膜的結(jié)構(gòu)包括宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。前者是指膜幾何形狀，主要有板式、
管式、卷式和中空纖維式四種；后者是指膜的斷面結(jié)構(gòu)和結(jié)晶狀態(tài)等。

????? 從形貌看，膜大致可分為二類：均相膜和非均相膜。非均相膜又稱非對稱
結(jié)構(gòu)膜。其形貌特征是在垂直與膜表面的截面上孔隙分布不均勻，由表向里孔隙
漸增，表層孔隙最小，低層孔隙最大。目前應(yīng)用最為廣泛的是非對稱膜。膜的非
對稱結(jié)構(gòu)，決定了膜的方向性。例如反滲透膜，當(dāng)致密層面向高壓側(cè)時，可獲得
預(yù)期的脫鹽率；反之，當(dāng)多孔層面向高壓側(cè)時，膜的脫鹽率明顯變差。所以，使
用膜時應(yīng)注意方向。膜的致密層表面比多孔層表面比多孔層平滑有光澤。

????? （3 ）反滲透膜的分類

????? 基于不同考慮，膜的分類有許多方法。

????? ①按膜材料分。主要有芳香聚酰胺膜和醋酸纖維素膜。此外，還有聚酰亞
胺膜、磺化聚砜膜、磺化聚砜醚膜等。

????? ②按制膜工藝分?？煞譃槿芤合噢D(zhuǎn)化膜、熔融熱相轉(zhuǎn)變膜、復(fù)合膜和動力
膜。目前，普遍應(yīng)用的是復(fù)合膜。

????? ③按膜結(jié)構(gòu)特點分?？煞譃榫嗄?、非對稱膜和復(fù)合膜。目前常用非對稱
膜和復(fù)合膜。有人將均相膜、非對稱膜和復(fù)合膜依次稱之為第一代膜、第二代膜
和第三代膜。

????? ④按傳質(zhì)機理分。有活性膜和被動膜之分?；钚阅な窃谌芤和高^膜的過程
中，透過組分的化學(xué)性質(zhì)可改變；被動膜是指溶液透過膜的前后化學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)
生變化。目前所有反滲透膜都屬于被動膜。

????? ⑤按膜出廠時的檢測壓力分為超低壓膜、低壓膜、和中壓膜。

????? ⑥按膜的用途分為苦咸水淡化膜、海水淡化膜、抗污染膜等多個品種。

????? ⑦按膜的形狀分。主要有板式膜、管式膜、卷式膜和中空纖維膜。

????? 本廠反滲透膜采用螺旋卷式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為聚酰胺復(fù)合材料（電中性），最
低脫鹽率99.5％，單膜水回收率15％，進水自由氯最高濃度＜0.1ppm.

????? （4 ）反滲透膜的性能要求

????? 為適應(yīng)水處理應(yīng)用的需要，反滲透膜必須具有應(yīng)用上的可靠性和形成規(guī)模
的經(jīng)濟性，其一般要求是：

????? ①滲透性要大，脫鹽率要高。

????? ②有一定的強度和堅實程度，不致因水的壓力和拉力影響而變形、破裂。
膜的被壓實性盡可能最小，水通量衰減小，保證穩(wěn)定的產(chǎn)水量。

????? ③結(jié)構(gòu)要均勻，能制成所需要的結(jié)構(gòu)。

????? ④適應(yīng)較大的壓力、溫度和水質(zhì)變化。

????? ⑤有好的耐溫、耐酸堿、耐氧化、耐水解和耐生物污染性能。

????? ⑥用壽命要長。

????? ⑦成本要低。

????? 3 、反滲透裝置

????? 反滲透應(yīng)用于水處理工程，除膜本身外，還需要2 個配套部件：淡水室和
濃水室（兼原水室）。所以，反滲透膜必須與其他器件一起才能組合成具有引進
高壓鹽水和收集淡水功能的設(shè)備。這種具有進出水功能的脫鹽單元稱為膜元件。
膜元件通常按水處理工藝需要，將多個膜元件組合起來形成一個較大的脫鹽單元，
這種單元稱膜組件。多個膜組件又可進一步組合成更大的脫鹽單元，形成反滲透
裝置。

????? 廣義的講，反滲透裝置應(yīng)包括所有膜組件、連接管道、閥門、儀表、以及
高壓泵等相關(guān)設(shè)備，甚至可以延伸到整個反滲透系統(tǒng)；狹義的講，反滲透裝置僅
指膜組件本身。因本廠反滲透膜采用螺旋卷式結(jié)構(gòu)，故在此主要介紹此種裝置。

????? （1 ）螺旋卷式膜元件（膜組件）的組成

????? 膜元件（膜組件）的基本組成包括：膜、膜的支撐物或連接物、水流通道、
密封、外皮、進水口和出水口等。

????? ①膜

????? 膜是構(gòu)成膜元件乃至反滲透系統(tǒng)的核心部分。

????? ②支撐物或連接物

????? 反滲透膜在組裝成膜元件過程上，為了固定膜使其具有一定形狀和強度，
需要支撐物。螺旋卷式膜一般將隔網(wǎng)夾在兩膜之間，隔網(wǎng)既是支撐物又是水流通
道。

????? ③水流通道

????? 從鹽水進入到濃水和淡水流出器件的全部水流空間稱為水流通道。大多數(shù)
水流通道是通過膜與膜之間的支撐體、導(dǎo)流板或隔網(wǎng)來實現(xiàn)的。隔網(wǎng)普遍用于卷
式反滲透膜元件，水流在隔網(wǎng)的間隙中流動，隔網(wǎng)厚度一般為0.76mm和1.1mm.良
好的水流通道應(yīng)該是水流分布均勻、沒有死角、流速合適、濃差極化輕、容易清
洗和占用空間小。

????? ④密封

????? 反滲透需要在一定壓力下才能進行，為了防止?jié)獾ジZ，必須采取密封
裝置，讓這兩股水各行其道。密封位置主要在膜與膜之間、膜與支撐物之間、膜
與原件之間、以及與外界接口處等。螺旋卷式膜元件主要是將重疊的兩張膜的三
邊密封形成膜袋，以及串聯(lián)膜元件中心管之間的密封。

????? 密封損壞導(dǎo)致脫鹽率下降是反滲透裝置運行中的常見故障之一。

????? ⑤外皮

????? 卷式膜元件的最外層殼體稱為外皮，膜袋被卷成像布匹樣的圓柱體后再包
上外皮。外皮材料一般為玻璃鋼（FPR ）。

????? ⑥進水口與出水口

????? 卷式反滲透膜元件的中心管的一端為淡水出口，膜元件兩頭的多空端或渦
輪板的一頭為進水口，另一頭為濃水出口。該多孔板具有均勻布水、防止膜卷突
出的作用。

????? （2 ）螺旋卷式膜元件（膜組件）的特點

????? ①水流通道由隔網(wǎng)空隙構(gòu)成，水在流動過程中被隔網(wǎng)反復(fù)切割匯集呈波浪
狀起伏前進，提高了水流紊動強度，減少了濃差極化。

????? ②水沿膜表面呈薄層流動，這種薄層流動的設(shè)計提高了膜的裝填密度，也
有利于降低膜表面的滯流層厚度，同樣有利于減少濃差極化。

????? ③膜的裝填密度比較高，一般為650-1600m2/m3 ，僅次于中空纖維膜組件。

????? ④抗污染能力比中空纖維式強。

????? ⑤水流阻力介于管式與中空纖維式之間。

????? （3 ）螺旋卷式膜元件（膜組件）的結(jié)構(gòu)

????? 膜元件核心部分由膜、進水隔網(wǎng)和透過水隔網(wǎng)圍中心管卷繞而成。

????? 膜的脫鹽層面對進水隔網(wǎng)，支撐層面對透過水隔網(wǎng)。透過水隔網(wǎng)構(gòu)成透過
水通道，并起支撐膜的作用。進水隔網(wǎng)構(gòu)成進水和濃水通道，并起擾動水流防止
濃差極化作用。多孔中心管與透過水通道相通，收集透過水。在壓力推動下，原
液在進水隔網(wǎng)中流動，水量不斷減少，濃度不斷增加，最后變成濃水從下游排走。
透過水在透過水隔網(wǎng)內(nèi)流動，流量不斷增加，最后進入中心集水管。

????? （4 ）使用條件

????? 為了保證膜長期穩(wěn)定安全運行，膜生產(chǎn)廠家規(guī)定了使用膜元件時所限制的
條件，包括：操作壓力、進水流量、溫度、進水PH值范圍、進水濁度、進水SDI 、
進水余氯、濃縮水與透過水量的比例和壓力損失等。運行時必須將反滲透裝置控
制在這些條件所規(guī)定范圍內(nèi)。