双水路流程动态模拟试验台设计及应用

陈维忠，张晓冬，徐 飞，喻 果

(威海翔宇环保科技股份有限公司，山东 威海 264205)



双水路流程动态模拟试验台设计及应用

陈维忠，张晓冬，徐 飞，喻 果

(威海翔宇环保科技股份有限公司，山东 威海 264205)

介绍了自主设计制造的双水路流程动态模拟试验台工艺流程、工作原理及加药控制。该动态模拟试验台采用双水路流程，既可对同一配方进行平行对比试验，又可对不同配方进行性能筛选试验。采用动态模拟试验台进行电厂循环冷却水动态模拟试验，结果表明方案一(A+B)阻垢性能和缓蚀性能均优于方案二(C)，并确定循环冷却水浓缩倍数为3时系统运行稳定。试验结果表明动态模拟试验台运行稳定，满足设计要求。

动态模拟试验台；阻垢性能；缓蚀性能；污垢热阻值

我国水资源日渐匮乏，节水降能成为现代工业的必经之路。发电厂、钢铁厂、化工厂敞开式循环冷却水系统由于受到水质条件、运行控制和成本限制，循环水运行过程中极易发生结垢和腐蚀现象，不仅导致换热效果降低、运营成本增加，还会造成渗漏以致影响循环水系统的安全稳定运行[1]。因此，提高工业循环冷却水的利用效率，节约水资源，减少污水排放已成为企业发展的根本[2]。利用缓蚀阻垢剂控制循环水系统缓蚀阻垢现象是常用的方法，由于受水质条件及工艺流程差异的限制，有效药剂评价方法的选择尤为重要。现代工业常用的静态阻垢法、鼓泡法、极限碳酸盐法及旋转缓蚀挂片法[3]均存在自身的局限性，动态模拟试验台克服以往试验方法的不足，模拟循环冷却水系统运行工况(包括循环水水质、流速、换热器材质、进出口温度等)，综合评价循环水水质条件，为药剂的研发和配方调整提供精确参数，在目前工业水处理行业中有着广泛的应用[4]，因此，动态模拟试验台具有研发价值。

1 动态模拟试验台

动态模拟试验台流程如图1所示，水箱循环水经水泵，进入换热管(外表镀铬碳钢或铜)，在加热炉中进行热交换，利用加热炉内的蒸汽加热换热管中的水，使换热管中的水温保持恒定，在换热管内升温后的循环水经回水管路进入冷却塔，循环水流经冷却塔内鲍尔环后均匀喷淋降温，最终再次流回水箱，并进入下一次循环。动态模拟试验台采用双水路流程，各自独立，既可对同一配方进行平行对比试验，又可对不同配方进行性能筛选试验。此试验台设有进水流量计和排污流量计，可以调控并观察进水和排污的流速。加热炉设有独立的冷凝回流系统(降温盘管)，保证锅炉水无浓缩。

图1 动态模拟装置流程图

2 动态模拟试验

2.1 试验水质

试验采用电厂补水，具体水质分析情况见表1。

表1 动态模拟试验水质分析

该电厂补水pH值和硬度较高，水质LSI为1.2，属于易结垢性水质，经过循环水系统的浓缩，离子浓度增高，结垢趋势增强。因此，缓蚀与结垢要同时兼顾。

2.2 实验材质

管材：不锈钢；

碳钢挂片：面积20.64 cm2；

铜挂片：面积20.64 cm2。

2.3 配方及控制指标

本次试验使用电厂循环水阻垢分散剂(A)、缓蚀剂(B)和缓蚀阻垢剂(C)，采用双水路流程，对药剂A、B、C的缓蚀阻垢性能进行检测，试验控制指标见表2。

表2 试验控制指标

注：①加药量按照补水量添加；②方案一为优化后的新配方，方案二为老配方，方案一静态阻垢试验结果优于方案二。

3 动态模拟试验结果与分析

3.1 换热管污垢热阻值分析

当系统浓缩倍率达到3时，方案一瞬时污垢热阻上涨率明显要快于方案二，方案一冷却水进出口温差从最初的10 ℃下降到7 ℃，方案二冷却水进出口温差从最初的10 ℃下降到6 ℃。达到浓缩倍数之后，加药方案一污垢热阻值为2.1×10-4m2·℃/W，而加药方案二污垢热阻值达到3.5×10-4m2·℃/W，根据工业循环冷却水处理设计规范一规定，敞开式循环冷却水系统污垢热阻值应小于3.44×10-4m2·℃/W[5]，说明加药方案一在3倍浓缩倍率情况下有良好的阻垢效果。

3.2 缓蚀试验对比分析

分析试验后挂片数据(见表3)，方案一碳钢挂片平均腐蚀速率(0.016295 mm/a)小于方案二平均腐蚀速率(0.298415 mm/a)，试验后方案一碳钢挂片只有悬挂处发生轻微接触腐蚀，而方案二碳钢挂片整体发生腐蚀，锈迹明显，且方案二平均腐蚀速率(0.298415 mm/a)严重超过国标的规定(碳钢腐蚀率<0.075 mm/a[6])，说明方案一缓蚀性能优于加药方案二，且达到国标要求；方案一铜挂片平均腐蚀速率(0.00079 mm/a)和方案二平均腐蚀速率(0.000922 mm/a)均达到国标要求(铜合金腐蚀速率<0.005 mm/a[6])，试验后铜挂片表面均无明显腐蚀痕迹，但方案一缓蚀性能略高于方案二。

分析试验后试管数据(见表4)，方案一(阻垢剂A、缓蚀剂B)和方案二(缓蚀阻垢剂C)均具有较好的阻垢分散性能，污垢沉积率均小于国标规定的15 mcm，但是方案一的阻垢分散性能(0.92467 mcm)要优于方案二(1.481135 mcm)；方案一平均年腐蚀率(0.004207 mm/a)明显低于方案二平均年腐蚀率(0.016052 mm/a)，且方案二平均年腐蚀率(0.016052 mm/a)严重超过国标的规定(不锈钢年腐蚀率<0.005 mm/a)，试验后方案一试验管未出现明显锈迹，方案二试验管可以看到明显的锈迹，说明方案一缓蚀性能优于加药方案二。

表3 试验挂片结果

表4 试验管试验结果

4 结 论

通过试验证实双水路流程动态模拟试验台能够模拟现场的实际条件，对药剂的阻垢性能和缓蚀性能进行有效评价，并能确定污垢热阻值。另外，冷却风机变频调节试验台进口温度，提高了控制精度，使系统更加的稳定，试验结果更加准确，并实现系统的全自动和无守候控制。综上所述，自主研制动态模拟试验台试验结果准确，运行稳定，达到设计要求。

[1] 张强,郑敏聪. 发电厂循环水阻垢缓蚀剂动态模拟试验研究[J].安徽电力.2009,26(3):36-38.

[2] 陈小亮,罗益民. 全自动无守候动态模拟试验装置控制系统的设计与应用[J].制造业自动化,2014,36(12):129-132.

[3] 李红梅. 电厂水处理药剂实验室评价及应用[J].工业水处理,2003,23(7):73-75.

[4] 蔡世军, 赵新义.循环冷却水节水技术研究进展[J].工业水处理,2009,29(3):4-7.

[5] HG/T 2160-2008冷却水动态模拟试验方法.中华人民共和国化工行业标准[S].

[6] 李本高,余正齐. 影响循环水处理剂缓蚀效果因素[J].工业水处理,2000,20(4):1-5.

Design and Application of Double Water Flow Dynamic Analog Test Bench

CHENWei-zhong,ZHANGXiao-dong,XUFei,YUGuo

(Weihai Xiangyu Technology Co., Ltd., Shandong Weihai 264205, China)

The process, working principle and dosing control of double water flow dynamic analog test bench were introduced, which was designed autonomously. This bench could not only parallel test the same formula, but also capable of conducting property screening test for different ones. The dynamic simulation test of circulating cooling water in power plant was conducted on the dynamic analog test bench. The results showed that the scale and corrosion inhibition performance of first scheme(A+B) was better than second scheme (C), and the system was stable when the circulating cooling water concentration ratio was 3. The test results showed that the dynamic analog test bench was stable to satisfy the design requirements.

dynamic analog test bench; scale inhibition performance; corrosion inhibition performance; fouling resistance

陈维忠(1986-)，男，技术工程师，硕士研究生，主要从事水处理药剂的研发及技术服务。

TQ914.1

B

1001-9677(2016)020-0127-03