陳維忠，張曉冬，徐 飛，喻 果

(威海翔宇環(huán)保科技股份有限公司，山東 威海 264205)

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雙水路流程動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

陳維忠，張曉冬，徐 飛，喻 果

(威海翔宇環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，山東 威海 264205)

介紹了自主設(shè)計(jì)制造的雙水路流程動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)工藝流程、工作原理及加藥控制。該動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)采用雙水路流程，既可對(duì)同一配方進(jìn)行平行對(duì)比試驗(yàn)，又可對(duì)不同配方進(jìn)行性能篩選試驗(yàn)。采用動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行電廠循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，結(jié)果表明方案一(A+B)阻垢性能和緩蝕性能均優(yōu)于方案二(C)，并確定循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)為3時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果表明動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求。

動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)；阻垢性能；緩蝕性能；污垢熱阻值

我國(guó)水資源日漸匱乏，節(jié)水降能成為現(xiàn)代工業(yè)的必經(jīng)之路。發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工廠敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由于受到水質(zhì)條件、運(yùn)行控制和成本限制，循環(huán)水運(yùn)行過(guò)程中極易發(fā)生結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象，不僅導(dǎo)致?lián)Q熱效果降低、運(yùn)營(yíng)成本增加，還會(huì)造成滲漏以致影響循環(huán)水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。因此，提高工業(yè)循環(huán)冷卻水的利用效率，節(jié)約水資源，減少污水排放已成為企業(yè)發(fā)展的根本[2]。利用緩蝕阻垢劑控制循環(huán)水系統(tǒng)緩蝕阻垢現(xiàn)象是常用的方法，由于受水質(zhì)條件及工藝流程差異的限制，有效藥劑評(píng)價(jià)方法的選擇尤為重要?，F(xiàn)代工業(yè)常用的靜態(tài)阻垢法、鼓泡法、極限碳酸鹽法及旋轉(zhuǎn)緩蝕掛片法[3]均存在自身的局限性，動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)克服以往試驗(yàn)方法的不足，模擬循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行工況(包括循環(huán)水水質(zhì)、流速、換熱器材質(zhì)、進(jìn)出口溫度等)，綜合評(píng)價(jià)循環(huán)水水質(zhì)條件，為藥劑的研發(fā)和配方調(diào)整提供精確參數(shù)，在目前工業(yè)水處理行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用[4]，因此，動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)具有研發(fā)價(jià)值。

1 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)

動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)流程如圖1所示，水箱循環(huán)水經(jīng)水泵，進(jìn)入換熱管(外表鍍鉻碳鋼或銅)，在加熱爐中進(jìn)行熱交換，利用加熱爐內(nèi)的蒸汽加熱換熱管中的水，使換熱管中的水溫保持恒定，在換熱管內(nèi)升溫后的循環(huán)水經(jīng)回水管路進(jìn)入冷卻塔，循環(huán)水流經(jīng)冷卻塔內(nèi)鮑爾環(huán)后均勻噴淋降溫，最終再次流回水箱，并進(jìn)入下一次循環(huán)。動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)采用雙水路流程，各自獨(dú)立，既可對(duì)同一配方進(jìn)行平行對(duì)比試驗(yàn)，又可對(duì)不同配方進(jìn)行性能篩選試驗(yàn)。此試驗(yàn)臺(tái)設(shè)有進(jìn)水流量計(jì)和排污流量計(jì)，可以調(diào)控并觀察進(jìn)水和排污的流速。加熱爐設(shè)有獨(dú)立的冷凝回流系統(tǒng)(降溫盤管)，保證鍋爐水無(wú)濃縮。

圖1 動(dòng)態(tài)模擬裝置流程圖

2 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)采用電廠補(bǔ)水，具體水質(zhì)分析情況見(jiàn)表1。

表1 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)水質(zhì)分析

該電廠補(bǔ)水pH值和硬度較高，水質(zhì)LSI為1.2，屬于易結(jié)垢性水質(zhì)，經(jīng)過(guò)循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮，離子濃度增高，結(jié)垢趨勢(shì)增強(qiáng)。因此，緩蝕與結(jié)垢要同時(shí)兼顧。

2.2 實(shí)驗(yàn)材質(zhì)

管材：不銹鋼；

碳鋼掛片：面積20.64 cm2；

銅掛片：面積20.64 cm2。

2.3 配方及控制指標(biāo)

本次試驗(yàn)使用電廠循環(huán)水阻垢分散劑(A)、緩蝕劑(B)和緩蝕阻垢劑(C)，采用雙水路流程，對(duì)藥劑A、B、C的緩蝕阻垢性能進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)控制指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)控制指標(biāo)

注：①加藥量按照補(bǔ)水量添加；②方案一為優(yōu)化后的新配方，方案二為老配方，方案一靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于方案二。

3 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 換熱管污垢熱阻值分析

當(dāng)系統(tǒng)濃縮倍率達(dá)到3時(shí)，方案一瞬時(shí)污垢熱阻上漲率明顯要快于方案二，方案一冷卻水進(jìn)出口溫差從最初的10 ℃下降到7 ℃，方案二冷卻水進(jìn)出口溫差從最初的10 ℃下降到6 ℃。達(dá)到濃縮倍數(shù)之后，加藥方案一污垢熱阻值為2.1×10-4m2·℃/W，而加藥方案二污垢熱阻值達(dá)到3.5×10-4m2·℃/W，根據(jù)工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范一規(guī)定，敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)污垢熱阻值應(yīng)小于3.44×10-4m2·℃/W[5]，說(shuō)明加藥方案一在3倍濃縮倍率情況下有良好的阻垢效果。

3.2 緩蝕試驗(yàn)對(duì)比分析

分析試驗(yàn)后掛片數(shù)據(jù)(見(jiàn)表3)，方案一碳鋼掛片平均腐蝕速率(0.016295 mm/a)小于方案二平均腐蝕速率(0.298415 mm/a)，試驗(yàn)后方案一碳鋼掛片只有懸掛處發(fā)生輕微接觸腐蝕，而方案二碳鋼掛片整體發(fā)生腐蝕，銹跡明顯，且方案二平均腐蝕速率(0.298415 mm/a)嚴(yán)重超過(guò)國(guó)標(biāo)的規(guī)定(碳鋼腐蝕率<0.075 mm/a[6])，說(shuō)明方案一緩蝕性能優(yōu)于加藥方案二，且達(dá)到國(guó)標(biāo)要求；方案一銅掛片平均腐蝕速率(0.00079 mm/a)和方案二平均腐蝕速率(0.000922 mm/a)均達(dá)到國(guó)標(biāo)要求(銅合金腐蝕速率<0.005 mm/a[6])，試驗(yàn)后銅掛片表面均無(wú)明顯腐蝕痕跡，但方案一緩蝕性能略高于方案二。

分析試驗(yàn)后試管數(shù)據(jù)(見(jiàn)表4)，方案一(阻垢劑A、緩蝕劑B)和方案二(緩蝕阻垢劑C)均具有較好的阻垢分散性能，污垢沉積率均小于國(guó)標(biāo)規(guī)定的15 mcm，但是方案一的阻垢分散性能(0.92467 mcm)要優(yōu)于方案二(1.481135 mcm)；方案一平均年腐蝕率(0.004207 mm/a)明顯低于方案二平均年腐蝕率(0.016052 mm/a)，且方案二平均年腐蝕率(0.016052 mm/a)嚴(yán)重超過(guò)國(guó)標(biāo)的規(guī)定(不銹鋼年腐蝕率<0.005 mm/a)，試驗(yàn)后方案一試驗(yàn)管未出現(xiàn)明顯銹跡，方案二試驗(yàn)管可以看到明顯的銹跡，說(shuō)明方案一緩蝕性能優(yōu)于加藥方案二。

表3 試驗(yàn)掛片結(jié)果

表4 試驗(yàn)管試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 論

通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)雙水路流程動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)能夠模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，對(duì)藥劑的阻垢性能和緩蝕性能進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，并能確定污垢熱阻值。另外，冷卻風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)口溫度，提高了控制精度，使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全自動(dòng)和無(wú)守候控制。綜上所述，自主研制動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

[1] 張強(qiáng),鄭敏聰. 發(fā)電廠循環(huán)水阻垢緩蝕劑動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)研究[J].安徽電力.2009,26(3):36-38.

[2] 陳小亮,羅益民. 全自動(dòng)無(wú)守候動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2014,36(12):129-132.

[3] 李紅梅. 電廠水處理藥劑實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)及應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,2003,23(7):73-75.

[4] 蔡世軍, 趙新義.循環(huán)冷卻水節(jié)水技術(shù)研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理,2009,29(3):4-7.

[5] HG/T 2160-2008冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法.中華人民共和國(guó)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] 李本高,余正齊. 影響循環(huán)水處理劑緩蝕效果因素[J].工業(yè)水處理,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

陳維忠(1986-)，男，技術(shù)工程師，碩士研究生，主要從事水處理藥劑的研發(fā)及技術(shù)服務(wù)。

TQ914.1

B

1001-9677(2016)020-0127-03