CN107167397A - 一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法 - Google Patents

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葛红花
王峰
吴凯
周宏旺
李双圻
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Abstract

本发明涉及一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，包括配制碳酸氢钠标准溶液及氯化钙标准溶液作为成垢溶液、空白实验、阻垢实验以及计算阻垢率η(％)等步骤，采用可控低功率加热探头模拟热交换系统的热交换表面，将其浸入成垢介质中，加热一定时间后取出，冷却干燥至室温后称重，通过附着在加热探头表面垢样的质量来评价阻垢技术的阻垢效果。与现有技术相比，本发明可以较好地模拟热交换金属表面的结垢与阻垢状况，适用于增溶型和非增溶型阻垢技术的性能评价。

Description

一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法
技术领域
本发明属于水处理领域，尤其是涉及一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法。
背景技术
冷却系统中的结垢现象是普遍存在的问题。目前通常采用添加水处理药剂的方法来控制。阻垢剂是循环冷却水系统水处理药剂的重要组成部分，目前常用的阻垢剂有聚合磷酸盐、有机膦酸盐、有机低分子量聚合物等有机物质，这些药剂的使用对循环冷却水系统的安全、经济运行起到了巨大的作用。如何准确有效简便地评价阻垢技术的性能是一个关键问题。目前常用的评价方法有：静态阻垢法、动态模拟法、临界pH法、鼓泡法、极限碳酸盐硬度法、浊度测定法、钙离子选择电极电位分析法、玻璃电极法、恒定组分技术等。在上述方法中，除动态模拟法外，测得的均为阻垢技术抑制成垢盐类在溶液中的析出程度。但在实际冷却水系统中，结垢造成的危害主要是附着在热交换表面的垢，若水中有较高的晶体析出量，但并不沉积和附着在传热表面上，就不会造成很大的危害，因此直接评定金属表面的结垢程度具有重要的意义。
中国专利CN100595332A公开了保护金属表面不结垢的方法，是将需要保护的金属件的二端分别与交流电源相连，交流电源的频率大于50Hz，使通过金属件的电流密度至少为0.5A/m2。由于高频电流在金属导体内趋肤效应，使用金属件表面集中大量自由电子，这些电子是带负电荷，电子排斥具有氧化性负离子，从而具有防腐、防垢作用。但是该专利仍然无法判断结垢程度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于各种阻垢技术、快速可靠的检测热交换金属表面阻垢性能的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，采用以下步骤：
(1)配制碳酸氢钠标准溶液及氯化钙标准溶液作为成垢溶液；
(2)空白实验：向盛有水的容器中滴加氯化钙标准溶液，然后缓慢滴加碳酸氢钠标准溶液，滴加过程中尽量避免碳酸钙垢生成并摇匀，实验前加热探头表面经过酸洗除油除垢、漂洗、烘干后，称重，记为M0，然后对加热探头进行加热并置于上述溶液中进行加热，再取出冷却至室温，称重，记为M1；
(3)阻垢实验：在滴加碳酸氢钠标准溶液之前加入水处理药剂或实施其他阻垢技术，其他工艺同步骤(2)，取出的加热探头质量记为M2。
(4)计算阻垢率η(％)
式中:η为阻垢率(％)
M0为实验前加热探头质量，g
M1为空白试验后加热探头质量，g
M2为阻垢实验后加热探头质量，g。
步骤(1)中所述的碳酸氢钠标准溶液1mL含10-50mg HCO3 -；所述的氯化钙标准溶液1mL含有5-50mg Ca2+。
步骤(2)中容器内钙离子的浓度为100-1000mg/L，碳酸氢根离子的浓度为100-2000mg/L。
所述的加热探头的加热功率为5～200W，内部装有温度传感器，通过控制加热功率控制表面加热温度在50～120℃。
所述的加热探头的材质为不锈钢、黄铜或纯铜。
所述的加热探头在取出时刷除表面沾有的悬浮垢样，保留紧密附着在加热探头表面的硬垢进行称量。
水处理药剂为聚天冬氨酸(PASP，2～20mg/L),2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷(PBTCA，2～20mg/L)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB，2～20mg/L)等。
步骤(3)中所述的其他阻垢技术，如磁场阻垢技术，电场阻垢技术等。
步骤(2)、(3)中的盛有水的容器置于恒温水浴锅内，主要作用在于使成垢溶液保持恒温，使其不会因为加热探头的加热而使温度过高。保证加热探头的表面温度与成垢溶液的温度差。
除此之外，还可以采用磁力搅拌或机械搅拌对溶液进行搅拌模拟动态工况。
本发明采用可控低功率加热装置模拟热交换系统冷却管表面，实验时加热探头浸于成垢溶液中，在不同条件下探头表面会沉积不同量的垢，通过称量加热探头表面垢样的质量来评定阻垢技术的阻垢性能。跟传统的方法相比，本发明主要有两个创新点，首先在于成垢表面(加热探头)的温度略高于成垢溶液，这样加热探头表面结垢趋势较为明显；其次通过加热探头表面的成垢质量评价阻垢性能，比较符合生产实际中热交换表面的结垢和阻垢状况；而绝大多数阻垢性能的评价方法均通过成垢溶液中剩余Ca2+量的测定来评价阻垢性能，测定的其实是阻垢技术对溶液中Ca2+的增溶效果，而不能反映碳酸钙等垢样的成垢过程，及成垢颗粒的物理化学性能。本发明的加热装置采用可控低功率加热探头，通过温度传感器控制加热探头表面温度，通过恒温水浴锅控制成垢溶液温度，保证加热探头表面与成垢溶液之间有一定的温差。该方法适用于各种阻垢技术，可以实现非增溶型阻垢技术的性能评价
附图说明
图1为本发明采用装置的结构示意图。
图中，1-恒温水浴锅、2-容器、3-加热探头、4-控制箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，采用以下步骤：
(1)配制碳酸氢钠标准溶液及氯化钙标准溶液作为成垢溶液，得到的碳酸氢钠标准溶液1mL含10-50mg HCO3 -，氯化钙标准溶液1mL含有5-50mg Ca2+。
(2)空白实验：采用的装置结构如图1所述，向盛有水的容器2中滴加氯化钙标准溶液，然后缓慢滴加碳酸氢钠标准溶液，滴加过程中尽量避免碳酸钙垢生成并摇匀，实验前加热探头3表面经过酸洗除油除垢、漂洗、烘干后，称重，记为M0，然后对加热探头进行加热并置于上述溶液中进行加热，再取出冷却至室温，称重，记为M1。整个过程中容器2都置于恒温水浴锅1内，恒温水浴锅1的主要作用在于使成垢溶液保持恒温，使其不会因为加热探头的加热而使温度过高。保证加热探头的表面温度与成垢溶液的温度差，加热探头的加热功率为5～200W，内部装有温度传感器，通过控制箱4控制加热功率控制表面加热温度在50～120℃。加热探头的材质为不锈钢、黄铜或纯铜，在称重前用刷子轻轻刷掉表面沾有的悬浮垢样，保留紧密附着在加热探头表面的硬垢进行称量，另外还可以采用磁力搅拌或机械搅拌对溶液进行搅拌模拟动态工况。
(3)阻垢实验：在滴加碳酸氢钠标准溶液之前加入水处理药剂或实施其他阻垢技术，其他工艺同步骤(2)，取出的加热探头质量记为M2。
(4)计算阻垢率η(％)
式中：η为阻垢率(％)
M0为实验前加热探头质量，g
M1为空白试验后加热探头质量，g
M2为阻垢实验后加热探头质量，g。
实施例2
具体操作过程同实施例1，取成垢溶液600mL，分别含有24mL碳酸氢钠标准液(1mL约含18.3mg HCO3 -)，24mL氯化钙成垢溶液(1mL约含有6.0mg Ca2+)，恒温水浴锅控制水温为50℃，加热棒温度控制为52～55℃，加热时间为8h。
添加羟基乙叉二膦酸(HEDP)阻垢剂到上述溶液中，使其浓度分别为0(空白)，1mg/L，3mg/L，6mg/L，10mg/L。经过8h加热后，通过称重得到其表面附着的垢量分别为0.0315g，0.0216g，0.0042g，0.0052g，0.0055g，通过计算得到HEDP浓度分别为1mg/L，3mg/L，6mg/L，10mg/L时，阻垢率分别为31％，86％，84％，83％。
实施例3
一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，采用以下步骤：
(1)配制碳酸氢钠标准溶液及氯化钙标准溶液作为成垢溶液，碳酸氢钠标准溶液1mL含10mg HCO3 -；氯化钙标准溶液1mL含有5mg Ca2+；
(2)空白实验：向盛有水的容器中滴加氯化钙标准溶液，盛有水的容器置于恒温水浴锅内，主要作用在于使成垢溶液保持恒温，使其不会因为加热探头的加热而使温度过高。保证加热探头的表面温度与成垢溶液的温度差，然后缓慢滴加碳酸氢钠标准溶液，钙离子的浓度为100mg/L，碳酸氢根离子的浓度为100mg/L，滴加过程中尽量避免碳酸钙垢生成并摇匀，实验前加热探头表面经过酸洗除油除垢、漂洗、烘干后，称重，记为M0，然后对加热探头进行加热并置于上述溶液中进行加热，再取出冷却至室温，称重，记为M1，其中加热探头的加热功率为5W，内部装有温度传感器，通过控制加热功率控制表面加热温度在50℃，采用的加热探头材质为不锈钢，加热探头在取出时刷除表面沾有的悬浮垢样，保留紧密附着在加热探头表面的硬垢进行称量；
(3)阻垢实验：在滴加碳酸氢钠标准溶液之前加入水处理药剂聚天冬氨酸(PASP，2～20mg/L)，其他工艺同步骤(2)，取出的加热探头质量记为M2。
(4)计算阻垢率η(％)
式中:η为阻垢率(％)
M0为实验前加热探头质量，g
M1为空白试验后加热探头质量，g。
实施例4
一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其工艺步骤与实施例3相同，不同之处在于，步骤(1)中碳酸氢钠标准溶液1mL含30mg HCO3 -；氯化钙标准溶液1mL含有20mg Ca2+。步骤(2)中容器内钙离子的浓度为500mg/L，碳酸氢根离子的浓度为500mg/L。加热探头的加热功率为50W，内部装有温度传感器，通过控制加热功率控制表面加热温度在80℃。加热探头的材质为黄铜，步骤(3)加入的水处理药剂为2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷(PBTCA，2～20mg/L)。
实施例5
一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其工艺步骤与实施例3相同，不同之处在于，步骤(1)中碳酸氢钠标准溶液1mL含30mg HCO3 -；氯化钙标准溶液1mL含有20mg Ca2+。步骤(2)中容器内钙离子的浓度为500mg/L，碳酸氢根离子的浓度为500mg/L。加热探头的加热功率为50W，内部装有温度传感器，通过控制加热功率控制表面加热温度在80℃。加热探头的材质为黄铜，步骤(3)加入的水处理药剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB，2～20mg/L)，另外还采用还用磁力搅拌或机械搅拌对溶液进行搅拌模拟动态工况。
实施例6
一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其工艺步骤与实施例3相同，不同之处在于，步骤(1)中碳酸氢钠标准溶液1mL含50mg HCO3 -；氯化钙标准溶液1mL含有50mg Ca2+。步骤(2)中容器内钙离子的浓度为1000mg/L，碳酸氢根离子的浓度为2000mg/L。加热探头的加热功率为200W，内部装有温度传感器，通过控制加热功率控制表面加热温度在120℃。加热探头的材质为黄铜，步骤(3)采用磁场阻垢技术对溶液进行处理，另外还采用还用磁力搅拌或机械搅拌对溶液进行搅拌模拟动态工况。
实施例7
一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其工艺步骤与实施例3相同，不同之处在于，步骤(1)中碳酸氢钠标准溶液1mL含50mg HCO3 -；氯化钙标准溶液1mL含有50mg Ca2+。步骤(2)中容器内钙离子的浓度为1000mg/L，碳酸氢根离子的浓度为2000mg/L。加热探头的加热功率为200W，内部装有温度传感器，通过控制加热功率控制表面加热温度在120℃。加热探头的材质为纯铜，步骤(3)采用电场阻垢技术对溶液进行处理，另外还采用还用磁力搅拌或机械搅拌对溶液进行搅拌模拟动态工况。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：
(1)配制碳酸氢钠标准溶液及氯化钙标准溶液作为成垢溶液；
(2)空白实验：向盛有水的容器中滴加氯化钙标准溶液，然后缓慢滴加碳酸氢钠标准溶液，滴加过程中尽量避免碳酸钙垢生成并摇匀，实验前加热探头表面经过酸洗除油除垢、漂洗、烘干后，称重，记为M0，然后对加热探头进行加热并置于上述溶液中进行加热，再取出冷却至室温，称重，记为M1；
(3)阻垢实验：在滴加碳酸氢钠标准溶液之前加入水处理药剂或实施其他阻垢技术，其他工艺同步骤(2)，取出的加热探头质量记为M2；
(4)计算阻垢率η(％)
<mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>M</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>M</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>M</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>M</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> </mrow>
式中:η为阻垢率(％)
M0为实验前加热探头质量，g
M1为空白试验后加热探头质量，g
M2为阻垢实验后加热探头质量，g。
2.根据权利要求1所述的一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的碳酸氢钠标准溶液1mL含10-50mg HCO3 -；所述的氯化钙标准溶液1mL含有5-50mg Ca2+。
3.根据权利要求1所述的一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其特征在于，步骤(2)中容器内钙离子的浓度为100-1000mg/L，碳酸氢根离子的浓度为100-2000mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其特征在于，所述的加热探头的加热功率为5～200W，内部装有温度传感器，通过控制加热功率控制表面加热温度在50～120℃。
5.根据权利要求1所述的一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其特征在于，所述的加热探头的材质为不锈钢、黄铜或纯铜。
6.根据权利要求1所述的一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其特征在于，所述的加热探头在取出时刷除表面沾有的悬浮垢样，保留紧密附着在加热探头表面的硬垢进行称量。
7.根据权利要求1所述的一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的水处理药剂为聚天冬氨酸、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷或十六烷基三甲基溴化铵。
8.根据权利要求1所述的一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的其他阻垢技术包括磁场阻垢技术或电场阻垢技术。
9.根据权利要求1所述的一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其特征在于，步骤(2)、(3)中所述的盛有水的容器置于恒温水浴锅内。
10.根据权利要求1所述的一种检测热交换金属表面阻垢性能的方法，其特征在于，步骤(2)、(3)中还采用磁力搅拌或机械搅拌对溶液进行搅拌模拟动态工况。
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