一体化移动式海水循环冷却水处理药剂评价装置和方法
【专利摘要】本发明涉及海水循环冷却水处理【技术领域】，具体涉及一体化移动式海水循环冷却水处理药剂评价装置和方法。该装置包括补水系统、热交换系统、冷却塔系统、排污系统、加药系统和监控系统，其特征在于，装置设置于集装箱内，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用于模拟电力系统和用于模拟化工系统的锅炉凝汽器集成部件(15’)，和用于模拟化工系统的模拟监测换热器(15)和蒸汽冷凝器(16)；可实现海水循环冷却水处理工艺多参数(温度、流量、压力、pH、电导率、腐蚀速率、污垢热阻等)的在线监测、多任务(加药、排污、补水、液位、水平衡等)的自动化控制。
【专利说明】一体化移动式海水循环冷却水处理药剂评价装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海水循环冷却水处理【技术领域】，主要涉及一种适用于海水循环冷却系 统水处理药剂性能评价的装置及试验方法，具体涉及一种电力、化工系统一体化移动式海 水循环冷却水处理药剂评价装置和方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国淡水资源的日益匮乏，对海水利用的需求也更加紧迫。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。开发利用海水代替淡水 作为工业用水、特别是作为工业冷却用水，是解决我国沿海地区社会经济可持续发展与淡 水资源短缺矛盾的重要途径。
[0003] 工业冷却水处理时，通常要添加各种水处理剂。对这些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。通常意义上的工业冷却水主要是以淡水为冷却介质，水处理药剂也是针 对淡水体系。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，可以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。对于用户节约用水、安全经济运行和可持续性发展具有指导意义。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是：目前国内尚没有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。
[0005] 本发明的目的是提供一种一体化移动式海水循环冷却动态模拟装置及试验方法， 其目的是模拟电力、化工等行业海水循环冷却系统现场的流速、水质、金属材质、换热强度 和冷却水进出口温度等运行工况，以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。
[0006] 针对上述技术问题，本发明研制开发了一种适用于敞开式海水循环冷却水系统的 海水水处理药剂性能评价的装置及试验方法，该装置内所有设备集成在集装箱里，利于运 输，整体运输到现场即可投入使用，不仅适用于不同金属材质间壁式换热设备在实验室内 进行小型模拟试验，更适用于开展工程现场试验和检测，是一种能够充分利用工程现场条 件服务于海水循环冷却水处理药剂性能评价的可移动式装置及方法。
[0007] 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：
[0008] 本发明提供一种一体化移动式海水循环冷却水处理药剂评价装置，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，装置设置于集 装箱内，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 单元包括用于模拟电力系统和用于模拟化工系统的锅炉凝汽器集成部件15'，和用于模拟 化工系统的模拟监测换热器15和蒸汽冷凝器16 ;所述锅炉凝汽器集成部件15'内部设置 有电加热元件，壳体上设置有出汽管和喇叭口；
[0009] 其中，补水单元包括补水池3和集水池6 ;所述模拟化工系统的模拟监测换热器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凝 汽器集成部件15'出汽管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、和锅炉凝汽器集成部件15'壳体上设置的喇叭口形成回路；
[0010] 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；
[0011] 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,以及将探头安装于模拟监测换热器15壳体内部的温 度传感器和将探头安装于锅炉凝汽器集成部件15'壳体内部的温度传感器。
[0012] 需要说明的是，上述内部设置有电加热元件、壳体上设置有出汽管和喇叭口的锅 炉凝汽器集成部件15'在电力系统中被作为模拟凝汽器使用，当本发明的一体化移动式海 水循环冷却水处理药剂评价装置用于电力系统的海水循环冷却水处理药剂评价时，所述锅 炉凝汽器集成部件15'也可被称为"模拟凝汽器"，循环冷却水流经锅炉凝汽器集成部件的 传热管，与传热管外，即壳体内在电加热元件作用下产生的电加热水进行热交换，循环冷却 水经升温后流出锅炉凝汽器集成部件。上述锅炉凝汽器集成部件15'在化工系统中被作为 锅炉使用，当本发明的一体化移动式海水循环冷却水处理药剂评价装置用于化工系统的海 水循环冷却水处理药剂评价时，所述锅炉凝汽器集成部件15'也可被称为"锅炉"，循环冷却 水流经模拟监测换热器15的传热管，所述锅炉凝汽器集成部件15'在电加热元件作用下产 生热蒸汽，经过出汽管进入模拟监测换热器壳体内，与循环冷却水进行热交换，冷凝水通过 模拟检测换热器15壳体上的蒸汽出口进入蒸汽冷凝器16,冷凝水再流经锅炉凝汽器集成 部件15'的喇叭口进入锅炉凝汽器集成部件15'形成回路。
[0013] 优选的，上述评价装置中，所述锅炉凝汽器集成部件15 '外设置有使凝汽器内电加 热水形成回路的第一流量开关17a和热水泵18。
[0014] 优选的，上述评价装置中，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,和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，以及与所述腐蚀探头连接的电化学在线腐蚀测试仪。
[0015] 优选的，上述评价装置中，所述腐蚀监控单元还包括设置于集水池6中的腐蚀挂 片。
[0016] 优选的，上述评价装置中，所述集装箱外喷有耐海洋大气防腐涂料，所述集装箱包 括用钢化玻璃隔开的试验操作区和电控区，所述电控区安装有与各单元监控装置连接的可 编程逻辑控制器和微机管理控制系统。
[0017] 优选的，上述评价装置中，所述补水单元包括用管线依次连接的储备箱1、补水泵 2、补水池3和集水池6,所述集水池内设置有浮球阀5。
[0018] 优选的，上述评价装置中，所述冷却塔单元包括设置于集装箱内的风机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。
[0019] 优选的，上述评价装置中，所述监控单元还包括pH监控单元和电导监控单元。
[0020] 优选的，上述评价装置中，所述流量监控单元包括设置于热交换单元循环水入口 管线上的循环泵8、转子流量计9、流量变送器11和流量调节阀12。
[0021] 优选的，上述评价装置中，所述温度监控单元还包括设置于塔底测温孔26的温度 传感器和仪表、设置于冷却塔24接近集水池6 -端的风门控制器25。
[0022] 优选的，上述评价装置中，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6中的电导传感器7b。
[0023] 优选的，上述评价装置中，所述监控单元还包括压力监测单元，所述压力监测单 元包括设置于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。
[0024] 优选的，上述评价装置中，所述排污单元包括设置于热交换系统循环水出口管线 上的电动排污阀22和设置于集水池上部的溢流口 6a。
[0025] 优选的，上述评价装置中，所述加药单元包括与补水池3连接的第一计量泵27、与 冷却塔加药孔连接的第二计量泵28和加药箱。
[0026] 优选的，上述评价装置中，所述模拟监测换热器15有效长度为800mm?1200mm，模 拟监测换热器15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。
[0027] 优选的，上述评价装置中，所述锅炉凝汽器集成部件15'有效长度不小于1200_， 锅炉凝汽器集成部件15'内包含不少于4根传热管串联，传热管外径选自19_、或25_或 32_，单根传热管长不小于1000mm，单根传热管有效传热长不小于700_。
[0028] 优选的，上述评价装置中，所述冷却塔24塔径为350mm?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。
[0029] 优选的，上述评价装置中，所述各单元中与海水、浓缩循环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。
[0030] 本发明还提供一种一体化移动式海水循环冷却水处理药剂评价装置对化工系统 中海水循环冷却水处理药剂性能的评价方法，其特征在于，包括下述步骤：开启上述评价装 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15 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；
[0031] 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，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；
[0032] 其中，通过液位监控单元来选择性补水。
[0033] 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,和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，以及与所述腐蚀探头连接的电化学在线腐蚀测试仪；
[0034] 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 下述两种方法的任一种或两种的组合：
[0035] (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；
[0036] (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/或出口挂片盒21中试片的失重情况，实现腐蚀失重检测。
[0037] 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。
[0038] 优选的，上述评价方法中，所述冷却塔单元包括设置于集装箱内的风机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；
[0039] 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 线上的循环泵8、转子流量计9、流量变送器11和流量调节阀12 ;
[0040] 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塔底测温孔26的 温度传感器和仪表、设置于冷却塔24接近集水池6 -端的风门控制器25 ;
[0041] 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：
[0042] (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；
[0043] (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；
[0044] (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。
[0045] 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. 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。
[0046] 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 的监测，该污垢热阻监测包括下述步骤：
[0047] (1)系统稳定时，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' |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;
[0048] (2)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：
[0049]
【权利要求】
1. 一种一体化移动式海水循环冷却水处理药剂评价装置，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，装置设置于集装箱内，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用于模拟 电力系统和用于模拟化工系统的锅炉凝汽器集成部件（15'），和用于模拟化工系统的模拟 监测换热器（15)和蒸汽冷凝器（16);所述锅炉凝汽器集成部件（15'）内部设置有电加热 元件，壳体上设置有出汽管和喇叭口； 其中，补水单元包括补水池（3)和集水池（6);所述模拟化工系统的模拟监测换热器 (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 锅炉凝汽器集成部件（15'）出汽管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、和锅炉凝汽器集成部件（15'）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)，以及将探头安装于模拟监测换热器（15)壳体内部的 温度传感器和将探头安装于锅炉凝汽器集成部件（15'）壳体内部的温度传感器。
2. 根据权利要求1所述的评价装置，其中，所述锅炉凝汽器集成部件（15'）外设置有 使锅炉凝汽器集成部件内电加热水形成回路的第一流量开关（17a)和热水泵（18)。
3. 根据权利要求1或2所述的评价装置，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)，和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)，以及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任一项所述的评价装置，其中，所述集装箱外喷有耐海洋大气防 腐涂料，所述集装箱包括用钢化玻璃隔开的试验操作区和电控区，所述的电控区安装有与 各单元监控装置连接的可编程逻辑控制器和微机管理控制系统。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的评价装置，其中，所述冷却塔单元包括设置于集装 箱内的风机（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。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的评价装置，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)和流量调节阀 (12)。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的评价装置，其中，所述温度监控单元还包括设置于 塔底测温孔（26)的温度传感器和仪表、以及设置于冷却塔（24)接近集水池（6) -端的风 门控制器（25)。
8. 根据权利要求1-7任一项所述的评价装置，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（6)中的电导传感器（7b)。
9. 权利要求1-8任一项所述评价装置对化工系统中海水循环冷却水处理药剂性能的 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（15)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，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。
10. 根据权利要求9所述的评价方法，其中，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/或出口挂片盒（21)中试片的失重情况，实现腐蚀失重检测。
11. 根据权利要求9或10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 元实现污垢热阻的监测，该污垢热阻监测包括下述步骤： ⑴系统稳定时，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' ^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，屯为模拟监测换热器（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。
12. 根据权利要求1-8任一项所述移动式海水循环冷却水处理药剂评价装置对电力系 统中海水循环冷却水处理药剂性能的评价方法，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 元和锅炉凝汽器集成部件（15'）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、循环水进口温度和锅炉凝汽器集成部件（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。
13. 根据权利要求12所述的评价方法，其中，所述腐蚀性能监测通过腐蚀监控单元、和 锅炉凝汽器集成部件（15'）中的传热管实现，包括下述步骤： (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（20)与电化学 在线腐蚀检测仪连接，实现电化学在线检测； (2) 检测锅炉凝汽器集成部件（15'）中传热管、热交换单元循环水管线上的进口挂片 盒（10)和/或出口挂片盒（21)中试片的失重情况，实现腐蚀失重检测。
14. 根据权利要求12或13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： ⑴系统稳定时，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' ^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;通过锅炉凝汽器集成部件（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（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，屯为锅炉凝汽器集成部件（15'）中传热管内径，n为传热管的根数，1为锅炉凝 汽器集成部件（15'）中单根传热管的有效传热长度。
15. 根据权利要求9-14任一项所述的评价方法，其中，该评价方法还包括水质检监测 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】G01N33/00GK104483448SQ201410723525
【公开日】2015年4月1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, 崔振东, 樊利华, 王印忠, 高丽丽, 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