电力系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置和方法
【专利摘要】本发明涉及海水循环冷却水处理【技术领域】，具体涉及一种电力系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置和方法，该装置包括补水单元、热交换单元、冷却塔单元、排污单元、加药单元和监控单元，其特征在于，所述监控单元包括设置于热交换单元循环水管线上的腐蚀监控单元，所述热交换单元包括内部设置有电加热元件的模拟凝汽器(15)。整套装置可实现海水循环水处理工艺多参数(温度、流量、压力、pH值、电导率、腐蚀速率、污垢热阻等)在线监测、多任务(加药、排污、补水、液位、水平衡等)的自动化控制，为新型海水循环冷却水处理技术的研发与工业应用提供了更为有效的硬件支撑平台。
【专利说明】电力系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及海水循环冷却水处理【技术领域】，主要设及一种电力系统海水循环冷却 水处理药剂性能评价装置和方法，具体为一种针对电力系统，在模拟工程实际工况条件下， 对海水循环冷却水处理药剂进行综合评定的装置和评价方法。
【背景技术】
[0002] 海水循环冷却技术作为一项环保型节水技术，已成为沿海企业解决工业冷却水紧 缺的高新技术之一。我国海水循环冷却技术经过多年研究，已成功完成千吨级到10万吨级 工程示范，形成了电力行业应用海水循环冷却的成套技术，具备大规模推广条件。
[0003] 电力系统的海水循环冷却往往是规模较大的复杂体系，实验室研究成果推广应用 到工程应用，需要一个恰当的过渡。根据已投入运行示范工程，采用循环冷却动态模拟试验 的方法，可W在实验室条件下有效模拟实际运行工况，对循环冷却水处理技术方案进行综 合评定。检验海水循环冷却水处理技术方案从基础研究过渡到工程应用的可行性。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是；在现有的试验装置中，多数是适合W淡水作为循环介 质的电力系统，目前还没有一套针对电力系统W海水为循环介质的模拟试验装置。
[0005] 相对于淡水，海水是一种高盐、高氯且富含多种微生物的复杂体系，W海水作为循 环介质具有更强的腐蚀性和更大的积垢趋势，因此，对模拟试验装置的防腐要求更高，对监 测分析设备的材质和性能指标也有更高的要求，监测和控制的参数指标也与淡水有明显的 差异。同时，相对于化工系统，电力系统的循环冷却体系具有换热点少、换热量大且比较集 中的特点，冷却塔需要具有较大的布水面积，换热器要有更大的换热面积和更长的换热时 间。
[0006] 本发明的目的是针对电力系统海水循环冷却特性，提供一种在模拟工程实际工况 条件下，研究海水循环冷却试验，检测海水水处理药剂性能的动态模拟试验装置及方法。
[0007] 针对上述技术问题，本发明提供一种针对电力系统研制综合评价海水循环冷却水 处理药剂性能的装置及试验方法，可W在实验室条件下，更真实有效地模拟实际运行工况， 对腐蚀、污垢和微生物控制等方面进行综合评定，检验海水循环冷却水处理技术方案的可 行性。为科研成果快速、安全转化成为工程应用生产力提供基础和有力保障。
[000引具体来说，针对现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：
[0009] 本发明提供一种电力系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置，包括补水单 元、热交换单元、冷却塔单元、排污单元、加药单元和监控单元，其特征在于，所述监控单元 包括设置于热交换单元循环水管线上的腐蚀监控单元，所述热交换单元包括内部设置有电 加热元件的模拟凝汽器15 ;
[0010] 其中，补水单元包括补水池3和集水池6 ;
[0011] 其中，所述监控单元还包括流量监控单元、温度监控单元和液位监控单元；
[0012] 其中，所述温度监控单元包括分别设置于热交换单元循环水入口管线和出口管线 上的进口测温筒14和出口测温筒18, W及设置于模拟凝汽器15上的测定电加热水温度的 温度传感器。
[0013] 其中，所述模拟凝汽器15内部设置有电加热元件，用来产生电加热水，与锅炉功 能一致，可用锅炉代替。
[0014] 优选的，上述性能评价装置中，所述模拟凝汽器外管线上设置有使凝汽器15内电 加热水形成回路的流量开关17和热水循环累16。
[0015] 优选的，上述性能评价装置中，所述腐蚀监控单元包括设置于热交换单元循环水 入口管线上的进口挂片盒10和进口腐蚀探头13、设置于热交换单元循环水出口管线上的 出口腐蚀探头19,出口挂片盒20和与所述腐蚀探头连接的电化学在线腐蚀测试仪。
[0016] 优选的，上述性能评价装置中，所述补水系统包括用管线依次连接的海水槽1、补 水累2、补水池3和集水池6,所述集水池内设置有浮球阀5。
[0017] 优选的，上述性能评价装置中，所述冷却塔单元包括呈自然通风双曲线型的自然 冷却塔22和填料，所述自然冷却塔22冷却水出口与所述集水池6相通。
[001引优选的，上述性能评价装置中，所述监控单元还包括抑监控单元和电导监控单 J L 0
[0019] 优选的，上述性能评价装置中，所述流量监控单元包括设置于热交换单元入口管 线上的循环累8、转子流量计9、流量变送器11和流量调节阀12。
[0020] 优选的，上述性能评价装置中，所述液位监控单元包括设置于补水池3内的液位 传感器4 ;所述抑监控单元包括设置于集水池6内的抑传感器7a ;所述电导监控单元包括 设置于集水池6内的电导传感器化。
[0021] 优选的，上述性能评价装置中，所述监控单元还包括压力监测单元，包括在热交 换单元循环水进出管线上的进口压力表和出口压力表。
[0022] 优选的，上述性能评价装置中，所述排污单元包括设置于热交换单元循环水出口 管线上的电动排污阀21和设置于集水池上部的溢流口 6a。
[0023] 优选的，上述评价装置中，所述加药单元包括与补水池3连接的第一计量累23、与 集水池连接的第二计量累24和加药箱。
[0024] 优选的，上述评价装置中，所述模拟凝汽器15有效长度为1200mm-2000mm，模拟凝 汽器15内包含4-10根传热管串联，传热管外径选自19mm、25mm或32臟，单根传热管长度为 lOOOmm-lSOOmm，单根传热管有效传热长度为700mm-1500mm。
[0025] 优选的，上述评价装置中，所述自然冷却塔22塔径为450mm-800mm，塔高为 1200mm-1450mm，填料为PVC波形填料，冷却塔22冷却幅度为6°C?10°C。
[0026] 优选的，上述评价装置中，所述各单元中与海水、浓缩海水或药剂直接接触的部件 的材质为耐海水腐蚀材料或耐酸碱材料。
[0027] 本发明还提供一种电力系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置的评价方法， 其特征在于，包括下述步骤；开启上述药剂性能评价装置，使得海水循环经由流量监控单 元、腐蚀监控单元、温度监控单元和模拟凝汽器后，进入冷却塔单元，冷却后的海水再循环 回补水单元中的集水池6中；
[002引其中，通过流量监控单元和温度监控单元进行检测，使系统稳定的条件下，即在分 别使循环海水流量、循环水出口温度和模拟凝汽器15中的电加热水温度处于目标范围内 的条件下，检测、采集腐蚀数据、污垢热阻数据和/或水质检测数据，W评价药剂控制海水 腐蚀、结垢和/或菌藻生长性能；
[0029] 其中，通过液位监控单元来选择性补水。
[0030] 优选的，上述评价方法中，所述腐蚀监控单元包括设置于热交换单元循环水入口 管线上的进口挂片盒10和进口腐蚀探头13、设置于热交换单元循环水出口管线上的出口 腐蚀探头19和出口挂片盒20和与所述腐蚀探头连接的电化学在线腐蚀测试仪；
[0031] 所述腐蚀性能检测通过腐蚀监控单元和模拟凝汽器15中的传热管实现，包括下 述两种方法中的任一种或两种的组合：
[0032] (1)将热交换单元循环水管线上的进口腐蚀探头13和出口腐蚀探头19与电化学 在线腐蚀检测仪连接，实现电化学在线检测；
[0033] (2)检测模拟凝汽器15中传热管、热交换单元循环水管线上的进口挂片盒10和出 口挂片盒20中试片的失重情况，实现腐蚀失重检测。
[0034] 优选的，上述评价方法中，所述集水池6中安装有腐蚀试样，所述腐蚀性能检测还 包括下述方法：检测集水池6中腐蚀试样的失重情况，实现腐蚀失重检测。
[0035] 优选的，上述评价方法中，所述冷却塔单元包括呈自然通风双曲线型的自然冷却 塔22和填料，所述自然冷却塔冷却水出口与所述集水池6相通；
[0036] 优选的，上述评价方法中，所述流量监控单元包括设置于热交换单元入口管线上 的转子流量计9、流量变送器11和流量调节阀12 ;
[0037] 所述使循环海水流量、循环水出口温度和模拟凝汽器15中的电加热水温度处于 目标范围内通过包括下述步骤的方法进行：
[003引 （1)通过安装于模拟凝汽器15上的温度传感器实现电加热水温度的监控；
[0039] (2)通过转子流量计9和流量变送器11监测循环水流量，通过流量调节阀12自动 控制阀口开度，实现冷却水流量的控制；
[0040] (3)通过出口测温筒18测得的循环水出口温度实现循环水出口温度的控制。
[0041] 优选的，上述评价方法中，所述电加热水的温度控制在40°C?85°C;所述冷却水流 量按选择传热管规格，保持管内海水流速为0. 6m/s?2m/s设定控制；所述循环水出口温度 被控制在40°C?50°C。
[0042] 优选的，上述评价方法中，通过所述流量监控单元和温度监控单元实现污垢热阻 监测，包括下述步骤：
[0043] (1)系统稳定时，通过进口测温筒14和出口测温筒18分别测量清洁管时冷却海水 进口温度t' a和清洁管时冷却海水出口温度t' 通过流量变送器11测量循环水流量G ; 通过模拟凝汽器15上安装的温度传感器测量电热水温度T ;
[0044] (2)系统稳定后，每隔2h，通过进口测温筒14和出口测温筒18分别测量冷却海水 瞬时进口温度和冷却海水瞬时出口温度，用下述公式计算污垢热阻：
[0045]
【权利要求】
1. 一种电力系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置，包括补水单元、热交换单元、 冷却塔单元、排污单元、加药单元和监控单元，其特征在于，所述监控单元包括设置于热交 换单元循环水管线上的腐蚀监控单元，所述热交换单元包括内部设置有电加热元件的模拟 凝汽器（15); 其中，补水单元包括补水池（3)和集水池（6); 其中，所述监控单元还包括流量监控单元、温度监控单元和液位监控单元； 其中，所述温度监控单元包括分别设置于热交换单元循环水入口管线和出口管线上的 进口测温筒（14)和出口测温筒（18)，以及设置于模拟凝汽器（15)上的测定电加热水温度 的温度传感器。
2. 根据权利要求1所述的性能评价装置，其中，所述模拟凝汽器（15)外管线上设置有 使凝汽器（15)内电加热水形成回路的流量开关（17)和热水循环泵（16)。
3. 根据权利要求1或2所述的性能评价装置，其中，所述腐蚀监控单元包括设置于热交 换单元循环水入口管线上的进口挂片盒（10)和进口腐蚀探头（13)、设置于热交换单元循 环水出口管线上的出口腐蚀探头（19)，出口挂片盒（20)和与所述腐蚀探头连接的电化学 在线腐蚀测试仪。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的性能评价装置，其中，所述冷却塔单元包括呈自然 通风双曲线型的自然冷却塔（22)和填料，所述自然冷却塔（22)冷却水出口与所述集水池 ￠)相通。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的性能评价装置，其中，所述流量监控单元包括设置 于热交换单元入口管线上的循环泵（8)、转子流量计（9)、流量变送器（11)和流量调节阀 (12)。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的性能评价装置，其中，所述监控单元还包括pH监控 单元和电导监控单元；所述液位监控单元包括设置于补水池（3)内的液位传感器（4);所述 pH监控单元包括设置于集水池（6)内的pH传感器（7a);所述电导监控单元包括设置于集 水池￠)内的电导传感器（7b)。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的性能评价装置，其中，所述排污单元包括设置于热 交换单元循环水出口管线上的电动排污阀（21)和设置于集水池上部的溢流口（6a)。
8. 根据权利要求1-7任一项所述的性能评价装置，其中，所述加药单元包括与补水池 (3)连接的第一计量泵（23)、与集水池连接的第二计量泵（24)和加药箱。
9. 根据权利要求1-8任一项所述的性能评价装置，其中，所述各单元中与海水、浓缩海 水或药剂直接接触的部件的材质为耐海水腐蚀材料或耐酸碱材料。
10. 权利要求1-9任一项所述电力系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置的评价 方法，其特征在于，包括下述步骤：开启权利要求1所述的药剂性能评价装置，使得海水循 环经由流量监控单元、腐蚀监控单元、温度监控单元和模拟凝汽器后，进入冷却塔单元，冷 却后的海水再循环回补水单元中的集水池（6)中； 其中，通过流量监控单元和温度监控单元进行检测，使系统稳定的条件下，即在分别使 循环海水流量、循环水出口温度和模拟凝汽器（15)中的电加热水温度处于目标范围内的 条件下，监测、采集腐蚀数据、污垢热阻数据和/或水质检测数据，以评价药剂控制海水腐 蚀、结垢和/或菌藻生长性能； 其中，通过液位监控单元来选择性补水。
11. 根据权利要求10所述的评价方法，所述腐蚀性能监测通过腐蚀监控单元和模拟凝 汽器（15)中的传热管实现，包括下述两种方法中的任一种或两种的组合： (1) 将热交换单元循环水管线上的进口腐蚀探头（13)和出口腐蚀探头（19)与电化学 在线腐蚀检测仪连接，实现电化学在线检测； (2) 检测模拟凝汽器（15)中传热管、热交换单元循环水管线上的进口挂片盒（10)和出 口挂片盒（20)中试片的失重情况，实现腐蚀失重检测。
12. 根据权利要求10或11所述的评价方法，其中，使循环海水流量、循环水出口温度和 模拟凝汽器（15)中的电加热水温度处于目标范围内通过包括下述步骤的方法进行： (1) 通过安装于模拟凝汽器（15)上的温度传感器实现电加热水温度的监控； (2) 通过转子流量计（9)和流量变送器（11)监测循环水流量，通过流量调节阀（12)自 动控制阀门开度，实现冷却水流量的控制； (3) 通过出口测温筒（18)测得的循环水出口温度实现循环水出口温度的控制。
13. 根据权利要求12所述的评价方法，其中，所述电加热水的温度控制在40°C?85°C; 所述冷却水流量按选择传热管规格，保持管内海水流速为0. 6m/s?2m/s设定控制；所述循 环水出口温度被控制在40 °C?50 °C。
14. 根据权利要求10-13任一项所述的评价方法，其中，通过所述流量监控单元和温度 监控单元实现污垢热阻监测，包括下述步骤： (1)系统稳定时，通过进口测温筒（14)和出口测温筒（18)分别测量清洁管时冷却海水 进口温度t'a和清洁管时冷却海水出口温度t' ^通过流量变送器（11)测量循环水流量 G;通过模拟凝汽器（15)上安装的温度传感器测量电热水温度T; ⑵系统稳定后，每隔2h，通过进口测温筒（14)和出口测温筒（18)分别测量冷却海水 瞬时进口温度ta和冷却海水瞬时出口温度，用下述公式计算污垢热阻：
式中，Cli为模拟凝汽器（15)中传热管内径，n为传热管的根数，1为模拟凝汽器（15) 中单根传热管的有效传热长度。
15. 根据权利要求10-14任一项所述的评价方法，其中，该评价方法还包括水质监测工 序，其包括下述任一种或者两种以上的步骤： (1) 试验过程中，用所述pH监控单元和电导监控单元分别监测循环海水的pH值和电导 率； (2) 试验过程中，实验室同步检测海水、循环海水的浊度、碱度、氯离子、钙离子、镁离子 或铁离子含量； (3) 试验过程中，定期检测海水、循环海水中微生物的含量。
【文档编号】G01D21/00GK104502556SQ201410722865
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】王维珍, 樊利华, 侯相钰, 元昊, 高丽丽, 崔振东, 尹建华 申请人:国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所