化工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】，具体涉及一种化工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模拟监测换热器(15)、蒸汽冷凝器(16)和锅炉(18)。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】化工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】，主要设及一种化工系统海水循环冷却 水处理药剂性能评价装置和方法。具体地说是一种针对化工系统，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模拟试验装置和评价方法。
【背景技术】
[0002] 海水循环冷却技术是缓解我国水资源短缺、促进经济可持续发展的重要途径之 一。随着我国淡水资源的日益匿乏，对海水利用的需求也更加紧迫。近年来，我国海水循环 冷却水技术研究取得了长足的发展，经过十多年的科技攻关，建立完成了千、万、十万吨级 海水循环冷却示范工程研究，取得了一大批科研成果，业已证明，海水循环冷却技术是一项 环保、经济、先进的新技术，通过添加海水缓蚀剂、阻垢分散剂和杀生剂，或同时辅助其他技 术手段，可W有效解决海水冷却系统管道、设备的腐蚀、结垢和微生物的影响。对该些投加 药剂的筛选评定研究，除单独评价其缓蚀、阻垢、杀生性能外，更重要的是要模拟现场生产 条件对水处理方案进行全面综合评价和调整。因此，模拟装置是验证经实验室初步研究确 定的冷却水处理方案在正式推广到现场应用前的必备环节，也是最关键的环节。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题是；相对海水循环冷却技术在我国的发展技术水平和市场 需求方面，目前国内尚没有公开用于评价海水循环冷却系统水处理药剂性能的相关装置及 标准或方法。该是由于海水或浓缩海水的比热、传热性能和热力性能与淡水有很大差别，同 时相对于淡水，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，所W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。 而且对于化工系统，换热器材质复杂、换热强度高，冷却塔温降大、处理能力强的特点，结合 海水或浓海水本身特殊性，研制化工系统海水循环冷却水处理药剂性能评价装置及试验方 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。
[0004] 针对上述技术问题，本发明提供一种评价化工系统海水循环冷却水处理方案及药 剂性能的动态模拟试验方法及装置，其目的是模拟化工海水循环冷却系统现场的流速、水 质、金属材质、换热强度和温度等工况参数，W评定海水水处理剂的缓蚀、阻垢和杀生性能， 确定最佳水处理方案，实现对海水腐蚀、结垢、菌藻控制效果的综合评价。
[0005] 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：
[0006] 本发明提供一种化工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模拟监测换热 器15、蒸汽冷凝器16和锅炉18;
[0007] 其中，补水单元包括补水池3和集水池6 ;
[000引其中，所述模拟监测换热器15内设置有贯穿模拟监测换热器两端的传热管，模拟 监测换热器15壳体上设置有与锅炉18出汽口连接的蒸汽入口和与蒸汽冷凝器16 -端连 接的蒸汽出口，冷凝水通过蒸汽冷凝器16的另一端、和锅炉18壳体上设置的卿趴口形成回 路；
[0009] 其中，所述监控单元包括还包括流量监控单元、温度监控单元和液位监控单元；
[0010] 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19, W及设置于模拟监测换热器15上的测定来自锅炉18 的蒸汽温度的温度传感器；
[0011] 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20和出口挂片盒21和与所述腐蚀探头连接的电化学在线腐蚀测试仪。
[0012] 优选的，上述性能评价装置中，所述腐蚀监控单元还包括设置于集水池6中的腐 蚀挂片，且上述模拟监测换热器15也属于腐蚀监控单元。
[0013] 优选的，上述性能评价装置中，所述冷却塔单元包括风机23、与集水池相通的冷却 塔24和填料，所述冷却塔在靠近集水池的一端设置有塔底测温孔26和加药孔。
[0014] 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 yn 〇
[0015] 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循环水 入口管线上的循环累8、转子流量计9、流量变送器11、流量调节阀12和设置于蒸汽冷凝器 16冷凝水出口管线上的流量开关17。
[0016] 优选的，上述性能评价装置中，所述温度监控单元还包括设置于冷却塔24接近集 水池6 -端的风口控制器25和设置于塔底测温孔26的温度传感器。
[0017] 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中的液位 传感器4 ;所述抑监控单元包括设置于集水池6中的抑传感器7a ;所述电导监控单元包括 设置于集水池6中的电导传感器化。
[001引优选的，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。
[0019] 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22和设置于集水池上部的溢流口 6a。
[0020] 优选的，上述性能评价装置中，所述加药单元包括与补水池3连接的第一计量累 27和与冷却塔加药孔连接的第二计量累28和加药箱。
[0021] 优选的，上述性能评价装置中，所述模拟监测换热器15的有效长度为800mm? 1200mm，模拟监测换热器的单根传热管外径为19mm或25mm，传热管长700mm?1100mm，传 热管有效传热长度为650mm?1050mm。
[002引优选的，上述性能评价装置中，所述冷却塔24塔径为320mm?500mm，塔高为 1300mm?1490mm，冷却塔24冷却幅度为6°C?15°C，所述填料选自外径为20mm?50mm的 塑料球形填料。
[0023] 优选的，上述性能评价装置中，所述各单元中与海水、浓缩海水或药剂直接接触的 部件的材料为耐海水腐蚀材料或耐酸碱材料。
[0024] 本发明还提供一种化工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监测换热器后，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；
[0025] 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、循环水进口温度和模拟监测换热器15中的蒸汽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；
[0026] 其中，通过液位监控单元来选择性补水。
[0027] 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20和出口挂片盒21和与所述腐蚀探头连接的电化学在线腐蚀测试仪；
[002引所述腐蚀性能监测通过腐蚀监控单元和模拟监测换热器15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：
[0029] (1)将热交换单元循环水管线上设置的进口腐蚀探头13和出口腐蚀探头20与电 化学在线腐蚀检测仪连接，实现电化学在线检测；
[0030] (2)检测模拟监测换热器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21中试片的失重情况，实现腐蚀失重检测。
[0031] 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。
[0032] 优选的，上述评价方法中，所述冷却塔单元包括风机23、与集水池相通的冷却塔 24和填料，所述冷却塔24在靠近集水池6的一端设置有塔底测温孔26和加药孔；
[0033] 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循环水入口 管线上的转子流量计9、流量变送器11和流量调节阀12 ;
[0034] 优选的，上述评价方法中，所述温度监控单元还包括设置于冷却塔24接近集水池 6 -端的风口控制器25、设置于塔底测温孔26的温度传感器和设置于模拟监测换热器15 上的测定来自锅炉的蒸汽温度的温度传感器；
[0035] 优选的，上述评价方法中，所述使循环海水流量、循环水进口温度和模拟监测换热 器15中的蒸汽温度处于目标范围内通过包括下述步骤的方法进行：
[0036] (1)通过安装于模拟监测换热器15上的温度传感器实现蒸汽温度的监控；
[0037] (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；
[003引 （3)比对进口测温筒14测得的循环水进口温度和塔底测温孔26的温度传感器测 得的塔底水温，自动调节风口控制器25的开度，控制冷却塔进风量。
[0039] 优选的，上述评价方法中，所述蒸汽为常压饱和蒸汽，温度控制在98°C?102°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. 8 m/s?2m/s设定控制；所述循 环水进口温度被控制在30°C?40°C。
[0040] 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，该污垢热阻监测包括下述步骤：
[0041] (1)在系统稳定的条件下，通过进口测温筒14和出口测温筒19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 ;通过模拟监测换热器15上安装的温度传感器测量蒸汽温度T ;
[00创 似系统稳定后，每隔2h，通过进口测温筒14和出口测温筒19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：
[0043]
【权利要求】
1. 一种化工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模拟监测换热器（15)、蒸汽冷 凝器（16)和锅炉（18); 其中，补水单元包括补水池（3)和集水池（6); 其中，所述模拟监测换热器（15)内设置有贯穿模拟监测换热器两端的传热管，模拟监 测换热器（15)壳体上设置有与锅炉（18)出汽口连接的蒸汽入口和与蒸汽冷凝器（16) - 端连接的蒸汽出口，冷凝水通过蒸汽冷凝器（16)的另一端、和锅炉（18)壳体上设置的喇叭 口形成回路； 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（19)，以及设置于模拟监测换热器（15)上的测定来自锅炉 (18)的蒸汽温度的温度传感器。
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（20)和出口挂片盒（21)和与所述腐蚀探头连接的电化学在 线腐蚀测试仪。
3. 根据权利要求1或2所述的性能评价装置，其中，所述冷却塔单元包括风机（23)、与 集水池相通的冷却塔（24)和填料，所述冷却塔（24)在靠近集水池（6)的一端设置有塔底 测温孔（26)和加药孔。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的性能评价装置，其中，所述流量监控单元包括设置 于热交换单元循环水入口管线上的循环泵（8)、转子流量计（9)、流量变送器（11)、流量调 节阀（12)和设置于蒸汽冷凝器（16)冷凝水出口管线上的流量开关（17)。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的性能评价装置，其中，所述温度监控单元还包括设 置于冷却塔（24)接近集水池（6) -端的风门控制器（25)和设置于塔底测温孔（26)的温 度传感器。
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)中的液位传感器（4);所述 pH监控单元包括设置于集水池（6)中的pH传感器（7a);所述电导监控单元包括设置于集 水池￠)中的电导传感器（7b)。
7. 根据权利要求1-6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（22)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（27)，与冷却塔加药孔连接的第二计量泵（28)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，所述各装置中与海水、浓缩海 水或药剂直接接触的部件的材料为耐海水腐蚀材料或耐酸碱材料。
10. 权利要求1-9任一项所述化工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监测换热器后，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￠)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、循环水进口温度和模拟监测换热器（15)中的蒸汽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，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监 测换热器（15)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设置的进口腐蚀探头（13)和出口腐蚀探头（20)与电 化学在线腐蚀检测仪连接，实现电化学在线检测； (2) 检测模拟监测换热器（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（21)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、循环水进口温度和 模拟监测换热器（15)中的蒸汽温度处于目标范围内通过包括下述步骤的方法进行： (1) 通过安装于模拟监测换热器（15)上的温度传感器实现蒸汽温度的监控； (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； (3) 比对进口测温筒（14)测得的循环水进口温度和塔底测温孔（26)的温度传感器测 得的塔底水温，自动调节风门控制器（25)的开度，控制冷却塔进风量。
13. 根据权利要求12所述的评价方法，其中，所述蒸汽为常压饱和蒸汽，温度控制在 98°C?102°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. 8m/s?2m/s设 定控制；所述循环水进口温度被控制在30°C?40°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，该污垢热阻监测包括下述步骤： (1)在系统稳定的条件下，通过进口测温筒（14)和出口测温筒（19)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;通过模拟监测换热器（15)上安装的温度传感器测量蒸汽温度T; ⑵系统稳定后，每隔2h，通过进口测温筒（14)和出口测温筒（19)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为模拟监测换热器（15)中传热管内径，1为模拟监测换热器（15)中传热管的 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二种以上的步骤： (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】G01N33/00GK104502532SQ201410723140
【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, 高丽丽, 元昊, 樊利华, 崔振东, 侯相钰, 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