CN110073168A - 用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护 - Google Patents

用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护 Download PDF

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CN110073168A CN201680091820.3A CN201680091820A CN110073168A CN 110073168 A CN110073168 A CN 110073168A CN 201680091820 A CN201680091820 A CN 201680091820A CN 110073168 A CN110073168 A CN 110073168A
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Abstract

公开了一种用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的方法。该方法包括：接收与空气冷却式冷凝器的物理性质和化学过程条件相关联的数据；利用化学过程建模构件来模拟空气冷却式冷凝器的条件；以及基于对已迭代地改变的输入变量的评估来标识优化的腐蚀保护系统。

Description

用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护
技术领域
本发明涉及用于抑制空气冷却式冷凝器中的由过程条件引起的腐蚀的方法。
背景技术
在诸如发电设备的蒸汽发生系统中，空气冷却式冷凝器用于在蒸汽已穿过蒸汽涡轮之后将蒸汽从气体转换成液体。一种广泛使用的干式冷却系统是直接干式冷却。在这种干式冷却方法中，水蒸汽在蒸汽涡轮中膨胀，通过具有相对大的直径的蒸汽管从涡轮离开，然后通过上部分配室，在上部分配室处，水蒸汽进入蒸汽-空气热交换器，诸如空气冷却式冷凝器。
空气冷却式冷凝器可包括蒸汽入口管道、冷凝器管和冷凝物出口管道。涡轮排出蒸汽通过蒸汽入口管道进入冷凝器，且流过冷凝器管。蒸汽在冷凝器管的内部冷凝，冷凝器管由环境空气在外部冷却，而不是如水冷却式设备中那样由水冷却。
迫使空气在冷凝器管的外表面上，从而冷却管和流过管的蒸汽，且使蒸汽转换成液体冷凝物。冷凝物可重新用于生成用于蒸汽涡轮的蒸汽，并且稍后可返回到冷凝器，在冷凝器中，其转换回液态。
空气冷却式冷凝器具有非常大的内表面，其易受到腐蚀。部分地由于冷凝器的非常大的表面积，故难以控制腐蚀。如果不进行处理，则腐蚀可引起泄漏，从而导致蒸汽冷凝过程中的效率损失。蒸汽循环也可由腐蚀产物(诸如铁)污染。呈溶解和颗粒形式的铁可被运送到蒸汽发生器，在蒸汽发生器中，铁沉积在金属表面上，从而引起进一步的效率损失，且引发(诸如沉积腐蚀的)新的腐蚀机制。
空气冷却式冷凝器可遭受来自酸腐蚀、流动辅助腐蚀、氧气点蚀、电流作用和缝隙侵蚀的严重腐蚀损坏。定期停机的空气冷却式冷凝器系统受到可从环境温度变化到180℉(82℃)或更高的水温。在停机期间，氧气可进入水中，直到达到其饱和极限为止。当系统返回到高温操作时，氧气溶解度下降，并且所释放的氧气侵蚀金属表面。
与空气冷却式冷凝器中的腐蚀损坏相关联的问题的影响包括由于管故障导致的增加的操作和维护成本、用于清洁和修理的更频繁的停机、降低的热传递效率，以及可能的产品产量降低或甚至设备停机。
传统上，蒸汽循环的化学处理剂已用于抑制空气冷却式冷凝器的腐蚀。然而，化学物质一般不直接施加于空气冷却式冷凝器的内表面，而是在蒸汽循环中的其它地方引入，并且与大量蒸汽流一起进入空气冷却式冷凝器。尚未发现用于腐蚀保护方法的常规化学处理剂在空气冷却式冷凝器中提供与它们在水/蒸汽循环的其它区域中提供的腐蚀抑制处于相同水平的腐蚀抑制。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种用于建立用于空气冷却式冷凝器的优化的腐蚀保护系统的方法。
该方法可包括：接收与空气冷却式冷凝器的物理性质和化学过程条件相关联的数据；生成化学过程建模构件；以及使用建模构件来基于对已迭代地改变的化学过程模型输入变量的评估而标识优化的腐蚀保护系统。
在本发明的另一个方面，该方法可包括：接收与空气冷却式冷凝器的物理性质和化学过程条件相关联的数据；生成化学过程建模构件；以及使用建模构件来基于对空气冷却式冷凝器的已迭代地改变的物理性质和/或化学过程条件的评估以及与已改变的条件相关联的测试数据而标识优化的腐蚀保护系统。
在本发明的另一个方面，化学过程建模构件接受来自计算流体动力学建模构件的输入。迭代地改变输入变量，并且通过计算流体动力学建模构件模拟空气冷却式冷凝器的已变化的流体流。基于对已变化的流体流的评估来确定优化的输入变量组合，并且将优化的输入变量组合提供给化学过程建模构件。
附图说明
将在附图中进一步描述本发明，在附图中：
图1是用于建立用于空气冷却式冷凝器的优化的腐蚀保护系统的示例性方法的流程图；以及
图2是可在其中实施本创新的多种方面的示例性计算环境的框图。
具体实施方式
公开了一种用于开发空气冷却式冷凝器的优化的腐蚀保护系统的方法。所生成的模型用于优化腐蚀抑制剂针对空气冷却式冷凝器的蒸汽系统的处理和供给，以便抑制腐蚀且使腐蚀最少。一般而言，腐蚀抑制剂是在添加到环境时有效地降低腐蚀速率的任何物质。可关于抑制剂的功能(例如，腐蚀性物质的移除、钝化、沉淀或吸附)来标识抑制剂。该解决方案优化了例如腐蚀保护供给的化学物质、时间选择、供给速率和供给点。
在实施例中，一种用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法利用一个或多个处理器和相关联的存储器，存储器存储用于由一个或多个处理器执行的一个或多个程序，一个或多个程序包括用于以下操作的指令：接收与空气冷却式冷凝器的至少一个物理性质相关联的数据；接收与空气冷却式冷凝器的至少一个化学过程条件相关联的数据；基于接收到的数据来生成化学过程建模构件；利用化学过程建模构件来模拟空气冷却式冷凝器的初始条件；改变空气冷却式冷凝器的至少一个物理性质和/或至少一个化学过程条件；接收与已改变的物理性质和/或化学过程条件相关联的测试数据；基于测试数据来模拟空气冷却式冷凝器的已变化的条件；以及基于对已变化的条件的评估来标识优化的腐蚀保护系统。
在实施例中，一种用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法包括利用一个或多个处理器和相关联的存储器，存储器存储用于由一个或多个处理器执行的一个或多个程序，一个或多个程序包括用于以下操作的指令：接收与空气冷却式冷凝器的至少一个物理性质相关联的数据；接收与空气冷却式冷凝器的至少一个化学过程条件相关联的数据；基于接收到的数据来生成化学过程建模构件；利用化学过程建模构件来确定空气冷却式冷凝器的初始条件；通过迭代地改变至少一个化学过程模型输入变量来预测空气冷却式冷凝器的已变化的条件；基于对已变化的条件的评估来标识优化的腐蚀保护系统。
在实施例中，一种用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法包括：基于接收到的物理性质和化学过程条件数据来生成计算流体动力学(CFD)建模构件；利用CFD建模构件来确定与空气冷却式冷凝器相关联的初始流体流；通过迭代地改变至少一个CFD模型输入变量来预测空气冷却式冷凝器的已变化的流体流；基于对已变化的流体流的评估来标识优化的输入变量组合；以及将优化的输入变量组合作为化学过程模型输入来提供给化学过程建模构件。
在实施例中，一种用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法包括：基于接收到的物理性质和化学过程条件数据来生成计算流体动力学(CFD)建模构件；利用CFD建模构件来确定与空气冷却式冷凝器相关联的初始流体流；利用与已迭代地改变的空气冷却式冷凝器性质相关联的测试数据来模拟已变化的流体流；基于对已改变的流体流的评估来标识优化的空气冷却式冷凝器性质组合；以及将优化的性质组合作为化学过程模型输入来提供给化学过程建模构件。
在其它实施例中，一种用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法包括通过化学过程建模构件和/或计算流体动力学(CFD)建模构件来接收与空气冷却式冷凝器的至少一个物理性质或至少一个化学性质相关联的测试数据，至少一个物理性质或至少一个化学性质包括下者中的至少一个：与空气冷却式冷凝器相关联的腐蚀速率、腐蚀位置、腐蚀活性、环境温度、内部温度、过程流体温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、化学浓度、化学配料、化学表面浓度、化学配料时间选择和/或化学注射点，和/或与空气冷却式冷凝器相关联的过程流体的pH值、传导率、氧化还原电位和/或碱度中的至少一个的测量值。
在实施例中，空气冷却式冷凝器的化学过程条件包括下者的测量值中的至少一个：腐蚀速率、腐蚀活性、化学水平、化学浓度，和/或与空气冷却式冷凝器相关联的过程流体的pH值、传导率、氧化还原电位和/或碱度。
在实施例中，空气冷却式冷凝器的物理性质包括下者中的至少一个：与空气冷却式冷凝器的物理结构相关联的压力、温度、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、流速和/或三维计算机辅助制图数据。
在实施例中，模型输入变量包括下者中的至少一个：与空气冷却式冷凝器相关联的过程流体的pH值、传导率、化学物质、化学浓度、化学配料、化学表面浓度、氧化还原电位和/或碱度。
在实施例中，模型输入变量包括下者中的至少一个：温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、流速、化学配料时间选择、也称为供给点的化学配料注射点、化学喷射喷嘴类型、喷嘴尺寸、喷嘴位置、化学注射套管类型、套管尺寸和/或套管位置。
在实施例中，模型输入变量包括成膜化学制品、调节pH值的化学制品和/或调节钝化或氧化还原的化学制品的化学配料供给点和化学配料供给速率。
如在本申请中使用的那样，用语“构件”和“系统”旨在指代涉及计算机的实体，硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。例如，构件可为但不限于在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行线程、程序和/或计算机。作为例示，在服务器上运行的应用程序和服务器两者均可为构件。一个或多个构件可位于进程和/或执行线程内，且构件可局限在一个计算机上，且/或分布在两个或更多个计算机之间。
图1是用于建立用于空气冷却式冷凝器的优化腐蚀保护系统的示例性方法100的流程图。在实施例中，分别在动作102、104和106处接收化学过程数据、物理性质数据和测试数据，并且在动作108处生成化学过程建模构件。
虽然出于简化阐释的目的，本文中显示的一种或多种方法(例如呈流程图的形式)显示且描述为一系列动作，但应理解和认识的是，本创新不由动作的顺序限制，因为一些动作可根据本创新而以不同的顺序发生，且/或与来自本文中显示和描述的动作的其它动作同时发生。例如，本领域技术人员将理解和认识到，方法可备选地表示为(诸如在状态图中的)一系列相互关联的状态或事件。此外，实施根据本创新的方法可并不需要所有示出的动作。
在实施例中，化学过程建模构件例如根据确定性微分方程(例如化学主方程、反应速率方程、计算算法和成序列的离散(基于颗粒)概率模型)来模拟化学反应。
在实施例中，化学过程建模构件可接受呈测试数据(例如，涉及沿着空气冷却式冷凝器的长度且在空气冷却式冷凝器中和其周围测量或监测到的条件的数据)的形式的输入。测试数据的示例可包括腐蚀测量值、尺度测量值、压力、温度、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、蒸汽到冷凝物的分布，以及过程流体的密度、流速、速度、传导率、pH值、碱度、酸度等。
在实施例中，可监测、测量和/或记录涉及空气冷却式冷凝器内的腐蚀速率的数据，并且可将这些数据作为对化学过程建模构件的输入来提供。引入到空气冷却式冷凝器中的腐蚀试样可提供对腐蚀速率的准确指示。可沿着空气冷却式冷凝器的长度插入腐蚀试样，并且可记录关于许多位置处的腐蚀速率的数据。
腐蚀试样是用于冷却系统中的腐蚀速率测量的标准方法。将小的、预先称重的金属样品暴露于冷却水达指定的一段时间(一般为30至120天)，从系统中移除金属样品且对其进行称重。重量损失与以密尔每年(mpy)为单位的腐蚀速率相关。可将如通过腐蚀试样测试确定的腐蚀速率以及如通过其它测试确定的涉及空气冷却式冷凝器的腐蚀的其它数据作为对化学过程建模构件的输入来提供。
也可利用关于腐蚀的大多数直接和间接的腐蚀测量方法(例如，电化学腐蚀速率计、经由在线颗粒传感器(例如，激光颗粒监测器和浊度计)监测颗粒状腐蚀产物、监测空气冷却式冷凝器的冷凝物或过程流体中的腐蚀产物(铁)水平，以及与成膜检测相关联的试样)来获得涉及腐蚀速率的数据。
已经表明对pH值的控制是大多数腐蚀保护系统中的重要因素。一般而言，取决于具体金属，金属腐蚀速率具有腐蚀低的pH值范围，并且当pH值低于或高于该理想范围时，金属腐蚀速率可显著增加。可将涉及空气冷却式冷凝器的操作信息和物理数据(例如测试数据和测量值)作为对化学过程建模构件的输入来提供。例如，可监测、测量和/或记录过程参数，且可将过程参数作为对化学过程建模构件的输入来提供。可测量和记录涉及过程流体的传导率、pH值、碱度和化学水平的数据。在一方面，在空气冷却式冷凝器内的选定点处对管道和流体进行的压力或温度监测以及热成像用于得到近似的温度和泄漏路径。可监测、测量和/或记录实时温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积和化学处理剂浓度，且将其作为对化学过程建模构件的输入来提供。
仍然参考图1，在动作110处，化学过程建模构件确定空气冷却式冷凝器的初始的化学过程条件和物理操作条件。化学过程建模构件可使用输入数据和初始条件来计算模型响应。在实施例中，化学过程建模构件将化学过程条件数据、物理性质数据和测试数据作为输入来接收。
在实施例中，利用化学过程建模构件来建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统。化学过程建模涉及关于下者的知识：模拟中包括的化学制品的性质，以及物理结构(即空气冷却式冷凝器)的构件的物理性质和特性。
利用化学过程建模构件来理解在结构的寿命期间腐蚀可能如何发生，且建立优化的腐蚀抑制系统以保护空气冷却式冷凝器。化学过程建模用于小规模地模拟腐蚀以研究所涉及的基本机制，且较大规模地模拟腐蚀以确定如何保护结构免受腐蚀损坏。
化学过程建模构件可用于预测空气冷却式冷凝器的易受腐蚀过程损害的区域。可利用例如本领域中已知的方程和用户定义的方程来对腐蚀可能性和腐蚀过程的分布进行建模。
化学过程建模构件可接受诸如空气冷却式冷凝器的初始条件的输入，这些初始条件涉及蒸汽流量、温度、化学处理剂、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积和过程流体污染物水平(例如过程流体中的腐蚀产物水平)。在实施例中，化学建模构件根据蒸汽和液相的pH值来对空气冷却式冷凝器的蒸汽和液体的化学物质进行动态地建模和预测。
在实施例中，化学过程建模构件包括热力学平衡建模构件，其可对系统中的各个点处的挥发性和非挥发性处理剂和污染物种类的浓度进行建模和预测。例如，化学建模构件对单相和两相区域(在其中发生蒸发和/或冷凝)中的挥发性和非挥发性处理剂和污染物种类的浓度进行建模和预测。
在动作112处，输入变量由化学过程建模构件接收。输入变量可包括与空气冷却式冷凝器以及用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统相关联的大多数可测量或可变的性质，例如温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、化学物质、化学浓度、化学配料、化学表面浓度、化学配料时间选择、化学配料注射点、化学注射输送装置、喷嘴类型、喷嘴尺寸、喷嘴位置、化学注射套管类型、套管尺寸和/或套管位置，以及空气冷却式冷凝器的过程流体的pH值、传导率和/或碱度。
在动作114处，迭代地改变在动作112处接收的输入变量，并且在动作116处由化学过程建模构件预测空气冷却式冷凝器的所得到的已变化的条件。迭代地改变输入变量包括迭代地改变输入变量组合，以及改变与变量相关联的值。例如，迭代地改变以下变量的范围和/或备选方案：温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、化学物质、化学浓度、化学配料、化学表面浓度、化学配料时间选择、化学配料注射点、化学注射输送装置、喷嘴类型、喷嘴尺寸、喷嘴位置、化学注射套管类型、套管尺寸和/或套管位置，以及过程流体的pH值、传导率和/或碱度。
在实施例中，迭代地改变输入变量包括改变空气冷却式冷凝器的物理性质和/或化学条件。例如，可在空气冷却式冷凝器处改变以下变量中的任何变量：温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、化学物质、化学浓度、化学配料、化学表面浓度、化学配料时间选择、化学配料注射点、化学注射输送装置、喷嘴类型、喷嘴尺寸、喷嘴位置、化学注射套管类型、套管尺寸和/或套管位置，以及过程流体的pH值、传导率，以及它们的组合。
在动作106处接收与空气冷却式冷凝器的已改变的物理性质和/或化学条件相关联的测试数据，并且在动作116处利用这些测试数据。在动作116处，由化学过程建模构件模拟空气冷却式冷凝器的所得到的已变化的条件。
在实施例中，每次改变物理性质或化学条件时均完成评估118。评估118产生输出，该输出作为反馈而提供给动作114。在实施例中，在动作118处完成的评估考虑了在动作110处确定的初始的冷凝器条件。
在另外的实施例中，通过直接在冷凝器处和/或经由输入变量迭代地改变或修改化学处理剂的化学物质成分、供给速率、量、化学输送系统、注射点和/或时间选择中的至少一个来标识优化的腐蚀保护系统。
在实施例中，可通过将空气冷却式冷凝器的物理性质或化学过程条件(例如，温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、pH值、化学处理剂)维持在先前确定的范围或极限内来控制腐蚀。当超过极限时，变量可用于预测和评估腐蚀型式的变化。在实施例中，受监测的变量或变量的组合可用于直接通过自动供给系统来控制化学制品的添加。在实施例中，可监测系统测量值，并且当变量不在预先确定的范围内时采取校正动作。
在动作118处评估输入变量组合的影响以及输入变量的值。在实施例中，每次改变输入变量时均完成评估118。每次评估118均产生输出，该输出作为反馈而提供给动作114。在实施例中，在动作118处完成的评估考虑了在动作110处确定的初始的冷凝器条件。
在实施例中，通过以下方式来建立优化的腐蚀保护系统：实施(例如，改变至少一个物理性质和/或化学条件)且直接测量(例如，接收与已改变的性质或条件相关联的测试数据)空气冷却式冷凝器的操作条件，利用例如模拟和评估已改变或已修改的性质和条件，例如，针对施加成膜化学制品、调节pH值的化学制品和/或调节钝化或氧化还原的化学制品的化学物质配料、化学供给速率、化学供给点和/或时间选择，以及空气冷却式冷凝器的其它物理性质和/或化学条件。
在实施例中，在实施之前通过以下方式来建立优化的腐蚀保护系统：经由物理性质和/或化学条件(例如，针对施加成膜化学制品、调节pH值的化学制品和/或调节钝化或氧化还原的化学制品的化学物质配料、化学供给速率、化学供给点和/或时间选择，以及空气冷却式冷凝器的其它物理性质和/或化学条件)的模型输入变量来进行预测模型评估和修改。
在动作120处，基于在动作118处完成的评估来标识优化的腐蚀保护系统。对于特定的空气冷却式冷凝器结构而言，示例性腐蚀保护系统包括针对化学供给的化学物质、化学物质配料或供给、化学供给速率、化学供给点(例如化学制品注射位置)以及时间选择的优化组合。可通过在多种模拟操作条件下迭代地改变且评估许多输入变量来优化腐蚀保护系统。
在实施例中，腐蚀保护系统包括优化的化学配料供给点，以及成膜化学制品、调节pH值的化学制品和/或调节钝化或氧化还原的化学制品的化学配料联合剂。
还可对腐蚀过程所特有的化学反应和现象(诸如由于腐蚀而导致的金属表面形状的变化)进行建模和解释。
在实施例中，利用化学过程建模构件来确定用于空气冷却式冷凝器的最佳的腐蚀抑制化学处理剂配料。化学处理剂可包括成膜化学制品、钝化剂、还原/氧化电位改性剂和/或调节pH值的化学制品等。
在一些方面，化学过程建模构件可提供通知腐蚀保护系统的数据，例如，最佳处理剂配料、供给点、时间选择和用于引入到空气冷却式冷凝器中的化学物质。在实施例中，可利用最佳处理剂配料、供给点、时间选择和用于引入到空气冷却式冷凝器中的化学物质来使成膜化学制品在空气冷却式冷凝器的内表面上的覆盖率最大，并且实现过程流体的期望pH值。
在实施例中，腐蚀保护化学物质包括下者中的至少一种：成膜化学制品、钝化剂、还原/氧化电位改性剂和/或调节pH值的化学制品、除氧剂及其组合。表面或成膜腐蚀抑制剂可包括但不限于十八烷基胺、油基二胺、油胺、乙氧基化油酸、卵磷脂及其组合。钝化剂可包括但不限于N, N-二乙基羟胺、异丙基羟胺及其组合。溶解的除氧剂可包括但不限于肼、碳酰肼、氢醌、抗坏血酸及其组合。碱化剂或调节pH值的化学制品可包括但不限于氨、环己胺、单乙醇胺、吗啉及其组合。
在实施例中，化学过程建模构件配置成接受来自其它系统和构件的输入。例如，可选地，化学过程建模构件可接受来自计算流体动力学计算机建模构件的输入。
计算流体动力学计算机建模(也称为计算流体动力学(CFD))使用物理学、应用数学和计算软件来模拟流体流。计算流体动力学可用于对流体流进行建模，且分析过程中的热性质。CFD主要基于数值方法和算法，例如，Navier-Stokes方程和其它控制方程，其描述了运动流体的速度、压力、温度和密度如何相关。在实施例中，计算机用于使用多种技术(诸如有限差分、有限体积、有限元、谱方法等)来求解方程的近似值。
CFD可用于预测或模拟在空气冷却式冷凝器内或更一般地在大多数结构或有界域内的流体流、汽相变化、温度场、汽液馏出物和蒸汽到冷凝物的分布。可将计算流体动力学计算机建模的输出作为对上文详细地讨论的化学过程建模构件的输入来提供。
计算流体动力学计算机建模用于求解针对在限定空间中的气体或液体流的基本方程，并利用在计算硬件上运行的分析软件来评估流体流。求解针对与物理结构(诸如入口、出口、管、管道、翅片、壁和表面积)相关联的特定边界条件集的控制方程可用于预测给定几何形状中的流体速度和压力。例如，计算流体动力学计算机建模可提供当流体在指定条件下相互作用时将发生的对流、颗粒流动、热传递、质量传递、化学反应以及其它涉及流动的现象的模型、模拟和/或预测。
计算流体动力学还可提供涉及多相流(诸如，两相流(例如气-液流、气-固流、液-液流和液-固流)和三相流(例如气-液-固流、气-液-液流和固-液-液流))的模拟和预测。
例如，CFD建模构件可用于例如模拟和预测注射流体与其它液体或蒸汽的相互作用，并且确定当流体在具体条件下相互作用时预期发生的热传递、质量传递、化学反应和其它涉及流动的现象。
CFD建模构件可用于标识非预期的相互作用，并且在实施之前优化操作条件集。CFD建模构件可用于评估和确认许多备选的腐蚀保护设计，使用传统测试方法来实施和测试这些设计将是不切实际或不可能的。
仍然参考图1，在实施例中，接收化学过程数据102、物理性质数据104和测试数据106，并且在动作122处生成计算流体动力学建模构件。可将化学过程数据、物理性质数据和测试数据作为对计算流体动力学建模构件的输入来提供。在实施例中，用于生成化学过程建模构件和计算流体动力学建模构件的输入可为相同或相似的。例如，化学过程数据、物理性质数据和测试数据可适用于化学过程建模构件和CFD建模构件两者。在其它实施例中，适当地向化学过程建模构件和计算流体动力学建模构件中的各个提供不同的化学过程数据、物理性质数据和测试数据。
基于例如空气冷却式冷凝器的物理结构以及可选地与空气冷却式冷凝器相关联的化学过程数据来生成CFD建模构件。例如，可通过使用计算机辅助制图(CAD)工具来建立空气冷却式冷凝器的三维模型。计算机辅助制图表示法用于在结构(即，空气冷却式冷凝器)的内部空间内创建体积流域。然后在流域中创建计算网格。可通过将体积流域分成许多小体积来创建网格，在这些小体积上求解控制方程。
在实施例中，可使用待保护的特定空气冷却式冷凝器的几何形状来生成计算流体动力学建模构件。计算机辅助制图表示法用于在空气冷却式冷凝器的容纳所关心的流体流的内部空间内创建体积流域，并且创建计算网格。
在动作122处，CFD建模构件确定空气冷却式冷凝器的初始流体流条件。CFD建模构件可使用输入数据和初始条件来计算模型响应。在实施例中，计算流体动力学建模构件将化学过程、物理性质数据和测试数据作为输入来接收。化学过程、物理性质数据和测试数据涉及空气冷却式冷凝器，并且可与在动作102、104和106处作为输入来由化学过程建模构件接收的化学过程、物理性质数据和测试数据相同或不同。
在动作106处，如通过腐蚀试样测试确定的呈腐蚀速率形式的测试数据，以及如通过其它测试确定的涉及空气冷却式冷凝器的腐蚀的其它数据，可作为对CFD建模构件的输入来提供。
一旦在动作122处生成了计算流体动力学建模构件，即使用例如分析软件在计算网格上求解控制方程。可将物理性质数据(例如，流速、选定点处的温度、入口和出口处的流体流量、环境风、温度条件、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积等)作为对模型的输入来提供。
可包括用于腐蚀抑制化学制品的化学输送装置类型、注射点和注射方法。例如，可利用多种可能的化学注射喷嘴类型和尺寸、注射套管类型和尺寸，以及喷嘴和/或套管在空气冷却式冷凝器内的放置(例如注射或供给点)，并且可确定对腐蚀保护系统的影响。在实施例中，可模拟蒸汽驱动式注射套管的放置，并且可标识最佳注射点。
在实施例中，可将涉及许多化学处理剂输送系统的物理特性的数据作为对CFD建模构件的输入来提供。例如，化学处理剂输送系统可包括注射器，其包括管上的一个或多个喷雾嘴。注射器在指定的压降下输送具体体积的流体。喷雾嘴将流体转换成可预测的液滴尺寸谱，并提供具体的喷雾特性。
与使用套管相比，喷雾嘴的使用允许对进入接收过程流体的注射液体的分布进行一定的控制。在实施例中，注射器可包括与运载气体管线的连接。运载气体可用于对注射液体的输送进行加压。运载气体可包括例如氮气、氦气、氩气、氢气和其它惰性气体。
在实施例中，化学处理剂输送系统可包括套管，其包括具有槽或孔的管。通过套管的注射流体流是不受抑制的，并且接收过程流分散且与注射流体混合。高压注射套管可用于将由计量泵泵送的化学制品注射到空气冷却式冷凝器的高压水或蒸汽的湍流区中。
在动作112处，输入变量由CFD建模构件接收。输入变量可包括与空气冷却式冷凝器相关联的大多数可测量或可变的性质，例如，温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、化学物质、化学浓度、化学配料、化学表面浓度、化学配料时间选择、化学配料注射点、化学注射输送装置、喷嘴类型、喷嘴尺寸、喷嘴位置、化学注射套管类型、套管尺寸和/或套管位置，以及空气冷却式冷凝器的过程流体的pH值、传导率和/或碱度。
在动作126处，迭代地改变在动作112处接收到的输入变量，并且在动作128处由CFD过程建模构件模拟空气冷却式冷凝器的所得到的已变化的流体流。迭代地改变输入变量可包括迭代地改变输入变量组合，以及改变与特定变量相关联的值。迭代地改变以下变量的范围和/或备选方案：温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、化学物质、化学浓度、化学配料、化学表面浓度、化学配料时间选择、化学配料注射点、化学注射输送装置、喷嘴类型、喷嘴尺寸、喷嘴位置、化学注射套管类型、套管尺寸和/或套管位置，以及过程流体的pH值、传导率和/或碱度。
在动作130处评估输入变量组合的影响以及输入变量的值。在实施例中，每次改变输入变量时均完成评估130。每次评估130均产生输出，该输出作为反馈而提供给动作126。在实施例中，在动作130处完成的评估考虑了在124处确定的初始的冷凝器条件。
在动作132处，基于在动作130处完成的评估来标识优化的输入变量组合和输入变量值。在动作114处，将所标识的输入变量组合和输入变量值作为对化学过程建模构件的输入来提供。在动作114处，化学过程建模构件可接受来自CFD建模构件的输入。
在另外的实施例中，CFD建模构件产生呈数据的形式的输出。CFD建模构件的输出可包括可使用可视化工具来观察和解释的图形。所生成的数据可包括例如在空气冷却式冷凝器内的关键位置处的流体流量和温度的总和和平均值。在实施例中，在动作132处产生的CFD建模构件输出在动作114处用作对化学过程建模构件的输入。
在动作118处评估由CFD建模构件提供的优化的输入变量组合和输入变量值，以及已迭代地改变的输入变量和在动作116处由化学过程建模构件模拟的空气冷却式冷凝器的所得到的已变化的条件。对于特定的空气冷却式冷凝器结构而言，优化的变量组合的示例包括针对化学供给的化学物质、化学物质配料或供给、位置和时间选择。可通过在多种模拟操作条件下迭代地改变和评估许多输入变量来优化变量和变量值。
CFD建模构件可利用化学输送系统信息和数据以及其它输入数据(例如，空气冷却式冷凝器的几何形状和其它数据)来标识最佳的化学处理剂注射点和输送系统。
CFD软件利用关于空气冷却式冷凝器的尺寸、内容物和布局的信息以及其它输入数据(例如，物理性质数据、化学过程数据和/或测试数据)而在网格上创建三维数学模型，可旋转网格并从不同的角度观察网格。
计算流体动力学建模可有助于标识腐蚀抑制化学制品未到达、流体混合或未能混合的区域，以及为了最大的利益而可将化学制品(即，腐蚀抑制产品)最高效地施加或注射到过程中的区域。通过对腐蚀表面的变化和与表面接触的物质的性质进行动态建模，获得涉及腐蚀性材料和被腐蚀材料在空气冷却式冷凝器内的运送的数据。
通过改变输入变量的类型和组合和/或变量值，用户可证实流体将如何在许多种条件下流过空气冷却式冷凝器的冷却基础结构。该信息可用于优化冷却基础结构的腐蚀保护，且预测大量的备选腐蚀保护策略的有效性。例如，CFD输出数据可用于预测所选化学物质的特定放置点、引入点或施加点的有效性，以优化冷却基础结构的效率，且优化腐蚀保护方法的特定组合的时间选择和/或化学物质。CFD建模构件的输出数据(例如，优化的输入变量组合)可用作对化学过程建模构件的输入。
在实施例中，所公开的方法提供了通过迭代地修改化学处理剂的化学物质成分、供给速率、量、化学输送系统、注射点和/或时间选择中的至少一个来标识的优化的腐蚀保护系统。
在实施例中，CFD建模构件用于基于与一个或多个已改变的空气冷却式冷凝器性质相关联的测试数据来模拟空气冷却式冷凝器的已变化的流体流，并且基于对已变化的流体流的评估来标识优化的性质组合。
在实施例中，CFD建模构件用于通过迭代地改变至少一个模型输入变量来预测空气冷却式冷凝器的已变化的流体流，并且基于对已变化的流体流的评估来标识优化的输入变量组合。
例如，当在预测模式下使用时，计算流体动力学模型提供了用于评估和比较备选腐蚀保护策略而没有材料、构造和测试成本的有成本效益的工具。与常规的实验测试实际提供的信息相比，CFD模型还可以以大得多的规模来提供更详细的信息。所公开的方法通过优化腐蚀保护系统(这通过例如利用化学过程建模构件、系统测量和计算流体动力学进行计算机预测)来提供增强的腐蚀保护系统。
图2和以下讨论提供了合适的计算环境200的简要的一般性描述，在计算环境200中可实施本创新的多种方面。虽然已经在可在一个或多个计算机上运行的计算机可执行指令的一般性背景下描述了本创新的方面，但本领域技术人员将认识到，本创新也可与其它程序模块或构件组合和/或作为硬件和软件的组合来实施。一般而言，程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、构件、数据结构等。此外，可利用其它计算机系统配置来实践本发明的方法，其它计算机系统配置包括单处理器或多处理器计算机系统、小型计算机、大型计算机，以及个人计算机、手持式计算装置、基于微处理器或可编程的消费性电子产品等，这些计算机系统配置中的各个均可操作性地联接到一个或多个相关联的装置。
本创新的方面还可在分布式计算环境中实践，在分布式计算环境中，由通过通信网络联结的远程处理装置来执行某些任务。在分布式计算环境中，程序模块可位于本地存储器存储装置和远程存储器存储装置两者中。计算机典型地包括多种计算机可读介质。计算机可读介质可为可由计算机存取的大多数可用介质，并且包括易失性介质和非易失性介质两者、可移动介质和不可移动介质两者。作为示例而非限制，计算机可读介质可包括计算机存储介质和通信介质。
计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据)的大多数方法或技术中实施的易失性介质和非易失性介质、可移动介质和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器和/或其它存储器技术、CD-ROM、数字多用盘(DVD)或其它光盘存储装置，或可用于存储期望的信息且可由计算机存取的大多数其它介质。上文的计算机存储介质中的任何的组合也被包括在计算机可读介质的范围内。
通信介质典型地体现为承载数据传输的物理结构。作为示例而非限制，通信介质包括有线介质(诸如有线网络或直接有线连接件)和无线介质(诸如声、RF、红外和其它无线介质)。继续参考图2，用于实施所公开的创新的方面的示例性环境200包括计算机202，计算机202包括处理单元204、系统存储器206和系统总线208。系统总线208将包括但不限于系统存储器206的系统构件联接到处理单元204。处理单元204可为多种市场上可买到的处理器中的任何一种。双微处理器和其它多处理器架构也可用作处理单元204。
系统总线208可为若干类型的总线结构中的任何一种，其可使用多种市场上可买到的总线架构中的任何一种来进一步互连到存储器总线(其具有或不具有存储器控制器)、外围总线和本地总线。系统存储器206包括只读存储器(ROM)210和随机存取存储器(RAM)212。
计算机202可包括内部硬盘驱动器(HDD)214(例如，EIDE、SATA)和/或内部固态驱动器(SSD)。硬盘驱动器(HDD)214可与计算机202成一体，或可为单独的并通过其它接口存取。硬盘驱动器214可经由适当的接口(例如，硬盘驱动器接口)连接到系统总线208。用于实施外部驱动器的接口可包括通用串行总线(USB)和IEEE 1394接口技术中的至少一个或两者。其它外部驱动器连接技术在本创新的构想内。
驱动器及其相关联的计算机可读介质提供数据、数据结构、计算机可执行指令等的非易失性存储。对于计算机202而言，驱动器和介质适应呈合适的数字格式的任何数据的存储。尽管上文对计算机可读介质的描述指代HDD、固态驱动器(SSD)或可移动光学介质(诸如DVD)，但可由计算机读取的其它类型的介质(诸如压缩驱动器、闪速存储器等)也可用在示例性操作环境中，并且此外，任何这样的介质可包含用于执行本创新的方法的计算机可执行指令。
驱动器和RAM 212中可存储许多程序模块，包括操作系统230、一个或多个应用程序232、其它程序模块234和程序数据236。操作系统、应用程序、模块和/或数据的全部或部分也可高速缓存在RAM 212中。可利用多种市场上可买到的操作系统或操作系统的组合来实施本创新。
用户可通过一个或多个有线/无线输入装置238(例如，键盘或诸如鼠标的指向装置)来将命令和信息键入到计算机202中。这些和其它输入装置通常通过联接到系统总线208的输入装置接口240而连接到处理单元204，但是可通过其它接口(诸如并行端口、IEEE1394串行端口、游戏端口、USB端口、IR接口等)连接。显示器244或其它类型的显示装置也经由适当的接口(诸如视频适配器246)连接到系统总线208。
可经由适当的接口模块(例如，文档扫描仪、数码相机等)以类似的方式连接许多其它装置或构件(未显示)。相反，不需要存在图2中显示的所有构件来实践本公开。构件可以以与显示的方式不同的方式互连。诸如图2中显示的计算环境200的操作在本领域中是容易知道的，并且在本文中不再对其进行详细地讨论。
计算机202可使用经由与一个或多个远程计算机(诸如，通过联接到系统总线208的网络适配器252而连接到处理单元204的远程计算机248)的有线和/或无线通信的逻辑连接而在网络环境中操作。远程计算机248可为工作站、服务器计算机、路由器、个人计算机、便携式计算机、基于微处理器的娱乐设备、对等装置或其它网络节点，并且典型地包括相对于计算机202描述的元件中的许多或全部元件。所描绘的逻辑连接包括与局域网(LAN)250和/或更大的网络(例如广域网(WAN))的有线/无线连通性。这样的LAN和WAN网络环境使企业范围的计算机网络(诸如内联网)变得便利，所有企业范围的计算机网络均可连接到全球通信网络(例如因特网)。
虽然已经结合上文描述的具体实施例描述了本发明，但显然许多备选方案、组合、修改和变化对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，如上文阐述的那样，本发明的具体实施例旨在仅为说明性的，而不应在限制性意义上对其进行解释。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行多种变化。因此，本发明的技术范围不仅包括上文描述的那些实施例，还包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (17)

1.一种用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，包括：
利用一个或多个处理器和相关联的存储器，所述存储器存储用于由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于以下操作的指令：
接收与所述空气冷却式冷凝器的至少一个物理性质相关联的数据；
接收与所述空气冷却式冷凝器的至少一个化学过程条件相关联的数据；
基于接收到的所述数据来生成化学过程建模构件；
利用所述化学过程建模构件来模拟所述空气冷却式冷凝器的初始条件；
改变所述空气冷却式冷凝器的至少一个物理性质和/或至少一个化学过程条件；
接收与已改变的所述物理性质和/或所述化学过程条件相关联的测试数据；
基于所述测试数据来模拟所述空气冷却式冷凝器的已变化的条件；以及
基于对所述已变化的条件的评估来标识优化的腐蚀保护系统。
2.根据权利要求1所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，所述测试数据包括下者中的至少一个的测量值：与所述空气冷却式冷凝器相关联的腐蚀速率、腐蚀位置、腐蚀活性、环境温度、内部温度、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、流速、压力、化学浓度、化学配料、化学表面浓度、化学配料时间选择和/或化学注射点。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，所述测试数据包括下者中的至少一个的测量值：与所述空气冷却式冷凝器相关联的过程流体的pH值、传导率、氧化还原电位和/或碱度。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，所述空气冷却式冷凝器的所述化学过程条件包括下者的测量值中的至少一个：腐蚀速率、腐蚀活性、化学水平、化学浓度，和/或与所述空气冷却式冷凝器相关联的过程流体的pH值、传导率、氧化还原电位和/或碱度。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，所述空气冷却式冷凝器的所述物理性质包括下者中的至少一个：与所述空气冷却式冷凝器的物理结构相关联的压力、温度、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、流速和/或三维计算机辅助制图数据。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，改变所述空气冷却式冷凝器的至少一个物理性质和/或至少一个化学过程条件包括改变下者中的至少一个：与所述空气冷却式冷凝器相关联的过程流体的pH值、传导率、化学物质、化学浓度、化学配料、氧化还原电位和/或碱度。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，改变所述空气冷却式冷凝器的至少一个物理性质和/或至少一个化学过程条件包括改变下者中的至少一个：温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、流速、化学配料时间选择、化学配料注射点、化学注射喷嘴类型、喷嘴尺寸、喷嘴位置、化学注射套管类型、套管尺寸和/或套管位置。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，标识优化的腐蚀保护系统包括选择化学物质、化学输送装置、化学输送位置和/或化学输送时间选择中的两个或更多个的组合。
9.根据权利要求8所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，所述化学物质包括下者中的至少一种：成膜化学制品、钝化剂、还原/氧化电位改性剂和/或调节pH值的化学制品、除氧剂及其组合。
10.一种用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，包括：
利用一个或多个处理器和相关联的存储器，所述存储器存储用于由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于以下操作的指令：
接收与所述空气冷却式冷凝器的至少一个物理性质相关联的数据；
接收与所述空气冷却式冷凝器的至少一个化学过程条件相关联的数据；
基于接收到的所述数据来生成化学过程建模构件；
利用所述化学过程建模构件来模拟所述空气冷却式冷凝器的初始条件；
通过迭代地改变至少一个化学过程模型输入变量来预测所述空气冷却式冷凝器的已变化的条件；以及
基于对所述已变化的条件的评估来标识优化的腐蚀保护系统。
11.根据权利要求10所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，所述方法包括接收与所述空气冷却式冷凝器的至少一个物理性质或至少一个化学性质相关联的测试数据。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，所述化学过程模型输入变量包括下者中的至少一个：与所述空气冷却式冷凝器相关联的过程流体的pH值、传导率、化学物质、化学浓度、化学配料、氧化还原电位和/或碱度。
13.根据权利要求10至权利要求12中的任一项所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，所述化学过程模型输入变量包括下者中的至少一个：温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、流速、化学配料时间选择、化学配料注射点、化学注射喷嘴类型、喷嘴尺寸、喷嘴位置、化学注射套管类型、套管尺寸和/或套管位置。
14.根据权利要求10至权利要求13中的任一项所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，标识优化的腐蚀保护系统包括选择化学物质、化学输送装置、化学输送位置和/或化学输送时间选择中的两个或更多个的组合。
15.根据权利要求14所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，所述化学物质包括下者中的至少一种：成膜化学制品、钝化剂、还原/氧化电位改性剂和/或调节pH值的化学制品、除氧剂及其组合。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，所述方法包括：
基于接收到的所述物理性质和所述化学过程条件的数据来生成计算流体动力学(CFD)建模构件；
利用所述CFD建模构件来确定与所述空气冷却式冷凝器相关联的初始流体流；
通过迭代地改变至少一个CFD模型输入变量来模拟所述空气冷却式冷凝器的已改变的流体流；
基于对所述已改变的流体流的评估来标识优化的输入变量组合；以及
将所述优化的输入变量组合作为化学过程模型输入来提供给所述化学过程建模构件。
17.根据权利要求16所述的用于建立用于空气冷却式冷凝器的腐蚀保护系统的计算机实施的方法，其特征在于，作为化学过程模型输入来提供给所述化学过程建模构件的所述优化的输入变量组合包括下者中的至少一个：温度、压力、风扇使用率、风扇速度、有效冷凝器面积、流速、化学物质、化学浓度、化学配料、化学表面浓度、化学配料时间选择、化学配料注射点、化学注射输送装置类型、化学注射喷嘴类型、喷嘴尺寸、喷嘴位置、化学注射套管类型、套管尺寸、套管位置，和/或与所述空气冷却式冷凝器相关联的过程流体的pH值、传导率、氧化还原电位和碱度。
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