CN113848173A - 一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无磷阻垢缓蚀剂试验方法技术领域，具体涉及是一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，在特定水质条件下的阻垢、缓蚀性能模拟试验方法，同时为现场正常运行方案控制提供参考，通过对目标工业循环冷却水系统中循环水极限浓缩倍数的阻垢和腐蚀试验，并根据试验结果进行动态模拟实验完成无磷阻垢缓蚀剂有效性能的评估。
Description
技术领域
本发明涉及无磷阻垢缓蚀剂试验方法技术领域，具体涉及是一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法。
背景技术
在工业循环冷却水系统中,加入阻垢缓蚀剂是广泛采用的控制阻垢和腐蚀主要手段，阻垢缓蚀剂的化学物质种类广泛,从有机物到无机物,从合成物质到天然物质，同时由于协同效应的存在,一些单独使用并没有缓蚀效果的物质经过复配后,也会有一定的增效作用,进一步扩大了阻垢缓蚀剂的选择范围.阻垢缓蚀剂的分类方法很多,可以按化学组成、电化学机理或者物理化学机理等进行分类,当按照是否含磷元素分类时,阻垢缓蚀剂可以分为磷系阻垢缓蚀剂和无阻垢磷缓蚀剂。缓蚀剂的应用先后经历了铬酸盐代和聚磷酸盐时代,现正处于以有机膦缓蚀剂为主的时期.磷系缓蚀剂的过量使用会引起“富营养化”问题,而且对铜或铜合金还具有一定侵蚀性,因此无磷缓蚀剂的研究和开发日益得到了研究者的重视。
目前还没有针对无磷阻垢缓蚀剂在特定水质条件下的阻垢、缓蚀性能，同时为现场正常运行方案控制提供参考的方法。
发明内容
本发明针对以上问题，提供一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法。
采用的技术方案是，一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，其中包括以下步骤：
S1.选取待使用无磷阻垢缓蚀剂的工业循环冷却水系统中的循环水作为试验用水，并对试验用水进行水质分析；
S2.对无磷阻垢缓蚀剂样品进行理化性能检测；
S3.以试验用水作为补充水，在补充水中添加无磷阻垢缓蚀剂样品，并进行极限浓缩倍数试验，得到水质运行的极限碳酸盐硬度等水质指标；
S4.对无磷阻垢缓蚀剂进行凝汽器管材的缓蚀性能测试；
S5.通过全自动循环水动态模拟实验装置，模拟工业循环冷却水系统中的水温、流速等参数，对无磷阻垢缓蚀剂进行循环水动态模拟试验。
可选的，S2中，基于DL/T806-2013对无磷阻垢缓蚀剂样品进行理化性能检测。
进一步的，S3中，基于HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》进行极限浓缩倍数试验。
可选的，S4中，基于参考GB/T 18175-2014《水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》对无磷阻垢缓蚀剂进行凝汽器管材的缓蚀性能测试。
本申请还提供了一种与方法适配的全自动循环水动态模拟实验装置，其中全自动循环水动态模拟实验装置包括水箱、第一水泵、第一控制阀、入口挂片桶、入口测温器、模拟换热结构、出口测温器、出口挂片桶和冷却塔，所述冷却塔设于水箱上，并与水箱连通，且水箱内液体在第一水泵带动下在输送水管内，沿着第一水泵、第一控制阀、入口挂片桶、入口测温器、模拟换热结构、出口测温器、出口挂片桶和冷却塔的顺序循环流动，所述水箱通过补液管还与补液箱连通，所述输送水管上设置有排液口，且排液口上连接有循环水管，所述循环水管上设置有循环过滤结构和第二控制阀，循环水管另一端与补液箱连通，且循环水管能将输送水管排出的液体经循环过滤结构处理后输送至补液箱中。
可选的，循环水管上设置有第二控制阀，循环过滤结构包括第二水泵和过滤箱，沿循环水管输送方向所述过滤箱位于第二控制阀和第二水泵间，所述第二控制阀靠近循环水管与输送水管连接处，所述第二水泵靠近补液箱。
进一步的，循环水管包括进液管和排液管，所述进液管与过滤箱的进液端连通，并将输送水管排出的液体经由且第二控制阀输送至过滤箱，所述过滤箱内设置有纳滤膜过滤组件，所述排液管与纳滤膜过滤组件连通，并将过滤箱内液体经由纳滤膜过滤组件过滤后输送至第二水泵。
可选的，循环水管上设置有第二控制阀，循环过滤结构包括第二水泵、加热器和冷凝器，沿循环水管输送方向，从输送水管排出的液体经由第二控制阀后，先经过加热器加热蒸发后进入冷凝器冷凝，并在第二水泵的作用下沿着循环水管输送至补液箱。
本发明的有益效果至少包括以下之一；
1、提供了一种无磷阻垢缓蚀剂在特定水质条件下的阻垢、缓蚀性能模拟试验方法，同时为现场正常运行方案控制提供参考，通过对目标工业循环冷却水系统中循环水极限浓缩倍数的阻垢和腐蚀试验，并根据试验结果进行动态模拟实验完成无磷阻垢缓蚀剂有效性能的评估。
附图说明
图1为一种全自动循环水动态模拟实验装置结构示意图；
图2为另一种全自动循环水动态模拟实验装置结构示意图；
图3为过滤箱的结构示意图；
图中标记为：1为水箱、2为冷却塔、3为第一水泵、4为第一控制阀、5为流量计、6为入口挂片桶、7为入口测温器、8为试验管、9为加热机构、10为制冷机构、11为出口测温器、12为出口挂片桶、13为第二控制阀、14为过滤箱、15为第二水泵、16为循环过滤结构、17为补液箱、18为输送水管、19为循环水管、20为补液管、21为加液管、22为加热器、23为冷凝器、24为进液管、25为排液管、26为纳滤膜过滤组件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点能够更加清晰明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明保护内容。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，其中包括以下步骤：
S1.选取待使用无磷阻垢缓蚀剂的工业循环冷却水系统中的循环水作为试验用水，并对试验用水进行水质分析；
S2.对无磷阻垢缓蚀剂样品进行理化性能检测；
S3.以试验用水作为补充水，在补充水中添加无磷阻垢缓蚀剂样品，并进行极限浓缩倍数试验，得到水质运行的极限碳酸盐硬度等水质指标；
S4.对无磷阻垢缓蚀剂进行凝汽器管材的缓蚀性能测试；
S5.通过全自动循环水动态模拟实验装置，模拟工业循环冷却水系统中的水温、流速等参数，对无磷阻垢缓蚀剂进行循环水动态模拟试验。
同时，在具体实验时，采用了DL/T 806-2013《火力发电厂循环冷却水用阻垢缓蚀剂》、GB/T 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》、DL/T 712-2010《发电厂凝汽器及辅机冷却器管选材导则》、HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》和DL/T 18175-2014《水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》等等。
以某发电公司工业循环冷却水系统中的循环水为例，其水质分析结果如下：
基于以上可以判断，循环水为普通自然水如河水，从取回的循环水观察，水质清澈透亮，无悬浮物，该循环水硬度2.8(1/2)mmol/L，总碱度1.8mmol/L，电导率328μs/cm，属低碱度软水易腐蚀水质，但是在要求的高浓缩倍数运行时，结垢倾向也不能忽略，因此无磷阻垢缓蚀剂要具备阻垢和缓蚀双重功效。根据提供的循环水的主要指标按自然pH值碱性运行工艺，循环水钙硬度+总碱度≤1100mg/L判断，循环水碱性运行时浓缩倍数应＜5.5倍。要求在＜7倍浓缩倍数下运行，因此需采用加阻垢缓蚀剂、适当加酸方案运行可达到高浓缩倍数的要求。根据浓缩倍数和补充水水质情况等进行药剂筛选评定试验。
在完成试验用水进行水质分析后，对无磷阻垢缓蚀剂样品进行理化性能检测，其中检测结果如下：
然后进行极限浓缩倍数试验，其具体内容为，在循环水模拟试验条件下，含有阻垢缓蚀剂的试验水样持续蒸发不断浓缩，水中Ca2+、Mg2+、Cl-、SO4 2-、NO3 -、HCO3 -等离子浓度不断升高。与此用时，水中HCO3 -热分解出的CO2在填料表面与空气充分接触时逸出，使反应式向右进行。
随着蒸发浓缩不断进行，水中Ca2+和CO3 2-浓度不断增加。当Ca2+和CO3 2-浓度达到CaCO3析出浓度时，会生成不溶于水的CaCO3结晶体，即结垢，导致水体中CO3 2-、Ca2+、HCO3 -浓度迅速降低，试验到达终点。此时循环水的浓缩倍数即为该阻垢缓蚀剂在试验条件下所能达到的极限浓缩倍数。
在极限浓缩倍数实验中，试验用水中添加10mg/L阻垢缓蚀剂时，试验用水极限碳酸盐硬度为7.78mmol/L，极限浓缩倍数为7.76倍。
在第四步腐蚀试验中，缓蚀试验用现场补水加药剂，采用旋转挂片腐蚀试验方法进行，以判断药剂的缓蚀性能。旋转挂片腐蚀试验方法(GB/T18175-2014)是在实验室即定条件下，用试片的质量损失计算出腐蚀率和缓蚀率来评定各阻垢缓蚀剂的缓蚀性能。模拟现场开工初期原水的浓缩蒸发过程，试验当中不再补水自然浓缩。为强化腐蚀试验条件，试片在试验水没有浓缩时就挂上。试验用水加不同配方相同浓度药剂后挂上不锈钢试片和易腐蚀的20#碳钢试片，在同等试验条件下经72h恒温和旋转试验，试验结束取出试验用试片观察试片表面腐蚀情况并记录，将试片冲洗干净酸洗后置于干燥器中称至恒重。同时做试片的酸洗空白试验以校正酸洗失重，并计算缓蚀率。
通过GB/T 18175-2014《水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》进行缓蚀试验，并根据一下公式计算出腐蚀试片的均匀腐蚀速率：
式中：V—试片的腐蚀速率(mm/a)
m—试片质量损失(g)；
m0—试片酸洗空白试验的质量算是平均值(g)；
S—试片表面积(28cm2)；
ρ—试片的材质密度(g/cm3)；
t—试验时间(h)；
8760—与年相对的小时数(h/a)；
10—与1cm相当毫米数(单位mm/cm)。
在试验时包含以下步骤：
1)试片前处理：按GB/T 18175-2014要求执行。
2)试验水样：为了模拟现场循环水的开工步骤，试验用水开始用原水做补充水，因初始试验用水未经浓缩在碳钢表面没形成保护膜，腐蚀倾向大易于判断药剂缓蚀性能。
3)试液：取2000ml烧杯加试验用水，再加药剂混匀，将试杯置于恒温水水温中(水浴应提前开电升温)。
4)待试液达到45±5℃时挂入试片启动旋转系统。模拟现场开工初期的浓缩过程，试验当中不补水自然浓缩。试片一直浸在试液中。确保各配方药剂在同等条件下进行。
5)达到指定时间停止恒温和旋转试验，取出试验用试片并进行外观观察和记录。试片无蚀或轻微腐蚀用流水冲洗或擦洗干净，试片腐蚀用酸洗液清洗后用流水冲洗干净后置于干燥器中称至恒重。同时做试片的酸洗空白试验以校正酸洗失重。
6)酸洗后的试片观察并记录。
腐蚀试验结果显示，TP316L不锈钢试片均匀腐蚀速率为0.0018mm/a，20#碳钢试片均匀腐蚀速率为0.0111mm/a。
在完成第五步后，即通过全自动循环水动态模拟实验装置进行模拟试验，其中全自动循环水动态模拟实验装置，包括水箱1、第一水泵3、第一控制阀4、入口挂片桶6、入口测温器7、模拟换热结构、出口测温器11、出口挂片桶12和冷却塔2，冷却塔2设于水箱1上，并与水箱1连通，且水箱1内液体在第一水泵3带动下在输送水管18内，沿着第一水泵3、第一控制阀4、入口挂片桶6、入口测温器7、模拟换热结构、出口测温器11、出口挂片桶12和冷却塔2的顺序循环流动，其中水箱1通过补液管20还与补液箱17连通，输送水管18上设置有排液口，且排液口上连接有循环水管19，循环水管19上设置有循环过滤结构16和第二控制阀13，循环水管19另一端与补液箱17连通，且循环水管19能将输送水管18排出的液体经循环过滤结构16处理后输送至补液箱17中。
这样设计的目的在于，通过增设一个循环过滤结构，其能够将由循环水管排出的循环液进行过滤处理后再次导入至补液箱中，同时补液箱中的液体能够流入水箱进行补液，即将待实验的试剂溶液持续补充至水箱中，此时整个循环水动态模拟实验装置中存在两个循环，一个是由输送水管上各个部件组成的内循环，另一个是由循环水管和补液管上各个部件组成的外循环，降低了补液管中补入液体带来的测试结果波动，同时在一定程度上降低了循环液的消耗。解决了现有的循环水动态模拟实验装置，主要依托泵体等实现单一的循环，在循环时会测量循环液体中的电导率，将电导率过高的液体进行排放，然后进行内循环，虽然部分循环水动态模拟实验装置会使用到补液结构进行补液，但是仅通过内循环整体数据变动较大不够精确，同时也会造成循环液一定程度上的浪费的问题。
需要指出的是，通常情况下循环水动态模拟实验装置采用氯离子浓度为指标，因此在水箱及相应管道内设置有传感器，当循环水中氯离子浓度升高时，输送水管中的循环液从第二控制阀中排出进入循环水管中，由于氯离子浓度传感器为现有设备，且本领域技术人员理应知晓因此此处不再赘述。
还需要指出的是，本申请主要是在物理结构上对现有的循环水动态模拟实验装置进行改进，而需要实现全自动功能，则需要基于相应的传感器、控制器等电器元件配合，本领域技术人员在本申请提供的技术方案前提下能够自行完成相应电器元件的组装使用。
本实施例中，如图1和图3所示提供了一种具体的循环水动态模拟实验装置，其中循环水管19上设置有第二控制阀13，循环过滤结构16包括第二水泵15和过滤箱14，沿循环水管19输送方向过滤箱14位于第二控制阀13和第二水泵15间，第二控制阀13靠近循环水管19与输送水管18连接处，第二水泵15靠近补液箱17，循环水管19包括进液管24和排液管25，进液管24与过滤箱14的进液端连通，并将输送水管18排出的液体经由且第二控制阀13输送至过滤箱14，过滤箱14内设置有纳滤膜过滤组件26，排液管25与纳滤膜过滤组件26连通，并将过滤箱14内液体经由纳滤膜过滤组件26过滤后输送至第二水泵15。
这样设计的目的在于，通过设置包含第二水泵和过滤箱的循环过滤结构，其中过滤箱内设置有纳滤膜组件，通过纳滤膜组件完成过滤，其中纳滤膜组件能够将循环液中的导电离子和其他杂质进行过滤，然后导入补液箱中，同时补液箱中通过加液管持续加入待实验溶剂，如无磷阻垢缓蚀剂等等。
本实施例中，如图2所示所示，提供了另一种具体的循环水动态模拟实验装置循环水管19上设置有第二控制阀13，循环过滤结构16包括第二水泵15、加热器22和冷凝器23，沿循环水管19输送方向，从输送水管18排出的液体经由第二控制阀13后，先经过加热器22加热蒸发后进入冷凝器23冷凝，并在第二水泵15的作用下沿着循环水管19输送至补液箱17。
这样设计的目的在于，提供了一种基于加热器、冷凝器和第二水泵组成的循环过滤结构，与上面一个方案不同点在于通过加热使得循环液汽化，然后冷凝得到几乎不含有导电离子的循环液，分别适用于不同的场景。
需要指出的是，通常情况下模拟换热结构包括试验管、加热机构和制冷机构，循环液从试验管通过，加热机构和制冷机构能够模拟不同现场环境。
本实施例中，补液箱17的进液口上连接有加液管21，输送水管18上设置有流量计5，且流量计5位于第一控制阀4和入口挂片桶6间。
Claims (8)
1.一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.选取待使用无磷阻垢缓蚀剂的工业循环冷却水系统中的循环水作为试验用水，并对试验用水进行水质分析；
S2.对无磷阻垢缓蚀剂样品进行理化性能检测；
S3.以试验用水作为补充水，在补充水中添加无磷阻垢缓蚀剂样品，并进行极限浓缩倍数试验，得到水质运行的极限碳酸盐硬度等水质指标；
S4.对无磷阻垢缓蚀剂进行凝汽器管材的缓蚀性能测试；
S5.通过全自动循环水动态模拟实验装置，模拟工业循环冷却水系统中的水温、流速等参数，对无磷阻垢缓蚀剂进行循环水动态模拟试验。
2.根据权利要求1所述的一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，其特征在于：S2中，基于DL/T806-2013对无磷阻垢缓蚀剂样品进行理化性能检测。
3.根据权利要求2所述的一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，其特征在于：S3中，基于HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》进行极限浓缩倍数试验。
4.根据权利要求3所述的一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，其特征在于：S4中，基于参考GB/T 18175-2014《水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》对无磷阻垢缓蚀剂进行凝汽器管材的缓蚀性能测试。
5.根据权利要求4所述的一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，其特征在于：S5中，所述全自动循环水动态模拟实验装置包括水箱(1)、第一水泵(3)、第一控制阀(4)、入口挂片桶(6)、入口测温器(7)、模拟换热结构、出口测温器(11)、出口挂片桶(12)和冷却塔(2)，所述冷却塔(2)设于水箱(1)上，并与水箱(1)连通，且水箱(1)内液体在第一水泵(3)带动下在输送水管(18)内，沿着第一水泵(3)、第一控制阀(4)、入口挂片桶(6)、入口测温器(7)、模拟换热结构、出口测温器(11)、出口挂片桶(12)和冷却塔(2)的顺序循环流动，所述水箱(1)通过补液管(20)还与补液箱(17)连通，所述输送水管(18)上设置有排液口，且排液口上连接有循环水管(19)，所述循环水管(19)上设置有循环过滤结构(16)和第二控制阀(13)，循环水管(19)另一端与补液箱(17)连通，且循环水管(19)能将输送水管(18)排出的液体经循环过滤结构(16)处理后输送至补液箱(17)中。
6.根据权利要求5所述的一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，其特征在于：所述循环水管(19)上设置有第二控制阀(13)，循环过滤结构(16)包括第二水泵(15)和过滤箱(14)，沿循环水管(19)输送方向所述过滤箱(14)位于第二控制阀(13)和第二水泵(15)间，所述第二控制阀(13)靠近循环水管(19)与输送水管(18)连接处，所述第二水泵(15)靠近补液箱(17)。
7.根据权利要求5所述的一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，其特征在于：所述循环水管(19)包括进液管(24)和排液管(25)，所述进液管(24)与过滤箱(14)的进液端连通，并将输送水管(18)排出的液体经由且第二控制阀(13)输送至过滤箱(14)，所述过滤箱(14)内设置有纳滤膜过滤组件(26)，所述排液管(25)与纳滤膜过滤组件(26)连通，并将过滤箱(14)内液体经由纳滤膜过滤组件(26)过滤后输送至第二水泵(15)。
8.根据权利要求5所述的一种无磷阻垢缓蚀剂循环水动态模拟试验方法，其特征在于：所述循环水管(19)上设置有第二控制阀(13)，循环过滤结构(16)包括第二水泵(15)、加热器(22)和冷凝器(23)，沿循环水管(19)输送方向，从输送水管(18)排出的液体经由第二控制阀(13)后，先经过加热器(22)加热蒸发后进入冷凝器(23)冷凝，并在第二水泵(15)的作用下沿着循环水管(19)输送至补液箱(17)。
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