CN114620845A - 一种极限碳酸盐硬度法测评有机磷酸类阻垢剂耐硬度耐碱度装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极限碳酸盐硬度法测评有机磷酸类阻垢剂耐硬度耐碱度装置。包括循环冷却水储罐、阻垢剂储罐、夹套反应釜、冷凝器、硬度分析仪、氯离子分析仪、流量控制器和泵。该装置可以连续测试有机磷酸类阻垢剂在高硬度高碱度水中阻垢效能：通过氯离子分析仪检测高硬度高碱度循环冷却水的氯离子浓缩倍数，通过硬度检测仪检测对应的钙离子的浓缩倍数，进而分析一系列阻垢剂用量的极限浓缩倍数，判定阻垢剂的阻垢效果及用量。

Description

一种极限碳酸盐硬度法测评有机磷酸类阻垢剂耐硬度耐碱度 装置

技术领域

本发明属于阻垢剂分析测试领域，具体涉及阻垢剂耐硬度耐碱度性能测评定方法。

背景技术

近年来，由于工业化进程的加快和水资源的过度开采，造成水资源的短缺和水质的日益恶化，水硬度越来越高。在用水量极大的工业水处理系统中，地下水被大量用于工业循环冷却水的补充用水。

黄河流域地下水质属于高硬度、高碱度水质，作为循环水补充水使用时，由于超高硬度、超高碱度，水的腐蚀性较弱，结垢性较强。还有我国华北地区具有代表性的高硬度高碱度地下水作为工业循环冷却水，其结垢及对设备的腐蚀较为严重。据中原油田石油化工总厂、天然气产销总厂气体处理厂所在的柳屯地下水为厂补充水分分析，在常温下属腐蚀性，在高温下属结垢型。

由于地下水超高硬度、超高碱度，水的腐蚀性较弱，结垢性较强，造成换热器壁上结垢严重，降低换热器的传热效率，阻碍换热介质的流动，并产生垢下腐蚀，同时增加了设备的清洗频率。因此，有效抑制结垢是维持冷却水系统正常运行的关键。

目前国内外循环冷却水系统普遍采用加入阻垢剂，以延缓无机垢的生成。常用的阻垢剂有：聚丙烯酸类、膦酸类、膦羧酸类和有机磷酸脂类等。阻垢剂的阻垢机理比较复杂，随着沉淀过程动力学、成垢预测模型和各种阻垢技术的大量研究，使成垢机理的研究和结垢的控制有了很大的进展。主要有：螯合作用、分散作用、晶格畸变作用、再生——自解脱膜假说、双电层作用机理等。本发明专利采用极限碳酸盐硬度法评价有机磷酸类阻垢剂性能。其原理如下：

极限碳酸盐硬度法采用恒温恒容浓缩法，模拟动态循环冷却水。循环冷却水中无机垢的形成过程是水溶液中难溶盐结晶析出的过程。该过程主要包括以下几个步骤：(1)水分蒸发浓缩形成难溶盐的过饱和溶液；(2)晶核的形成；(3)晶核长大为宏观晶体。从晶体生长理论可知，由于成核能障的存在。溶液必须在达到相当高的过饱和度后才能形成晶核。而晶核一旦形成，能障即被越过。就会发生晶体的自动长大。也就是说晶核的形成是成核过程的速度控制步骤。

若以KCa2+(=[Ca2+]循环水/[Ca2+]补水)表示硬度的浓缩倍数，KCl-(=[Cl-]循环水/[Cl-]补水)表示氯离子的浓缩倍数，在理想状况下(无垢生成)，两种浓缩倍数应同步增长，ΔA=KCl--KCa2+=0。实际浓缩过程中，在晶核形成之前，条件△A≈0符合，但随着浓缩过程的进行，KCl-继续增大，成垢盐(如碳酸盐)开始成核甚至析出，此时，条件ΔA=KCl--KCa2+=0已经不满足，当ΔA= KCl--KCa2+>a(实验精度)时表明成垢已经发生。在实际评定中，a值常定为0.2。当△A=0.2时，对应的浓缩倍数K(KCl-)称极限浓缩倍数K。此时，所对应的硬度称为极限碳酸盐硬度。若向水中投加阻垢剂，尽管阻垢剂解离出的负离子螯合吸附、分散、晶格扭曲等作用使CaCO3处于游离分散状态。但浓缩倍数K继续增大到一定值，CaCO3达到临界过饱和度，晶核形成，之后高速进行的晶体长大导致溶液成垢加快。显然，找出系统的结垢点是控制结垢的关键。加入阻垢剂后，评定得到的极限浓缩倍数越大，说明该阻垢剂对钙离子的配位效果就越好，其阻垢性能越好。

阻垢剂的耐硬度、耐碱度对阻垢剂阻垢性能有重要影响，研究阻垢剂耐硬度耐碱度性能有利于筛查合适阻垢剂及阻垢剂的准确用量，保证阻垢效果和生产的正常运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速筛查阻垢剂耐硬度耐碱度性能测评定的方法，同时也可用于快速测量新研发阻垢剂的耐硬度耐碱度性能。

本发明是将生产企业工业用高硬度高碱度循环冷却水通过泵打入连接反应釜的管路，经流量计计量后打入夹套反应釜，然后在夹套釜中加入有机磷酸类阻垢剂，夹套中用电加热维持釜温80℃，使反应釜内循环冷却水蒸发浓缩。定时补充循环冷却水至反应釜维持原液位后，打开反应釜底部阀门，由氯离子分析仪测定氯离子浓缩倍数，由钙离子分析仪测定钙离子浓缩倍数，由极限碳酸盐硬度法求出极限浓缩倍数，进而确定同种阻垢剂的用量和不同种阻垢剂的性能。

本发明的技术方案如下：

一种极限碳酸盐硬度法测评有机磷酸类阻垢剂耐硬度耐碱度装置。包括循环冷却水储罐、阻垢剂储罐、夹套反应釜、冷凝器、硬度分析仪、氯离子分析仪、流量控制器和泵。该装置可以连续测试有机磷酸类阻垢剂在高硬度高碱度水中阻垢效能：通过氯离子分析仪检测高硬度高碱度循环冷却水的氯离子浓缩倍数，通过硬度检测仪检测对应的钙离子的浓缩倍数，进而分析一系列阻垢剂用量的极限浓缩倍数，判定阻垢剂的阻垢效果及用量。

其中，反应器为夹套釜式反应器；循环冷却水储罐、反应釜、硬度分析仪、氯离子分析仪管路相连，循环冷却水精准计量并由泵打入反应釜，在夹套反应釜中蒸发浓缩；阻垢剂储罐加药量和加药方式可以是依次性加入，也可以由阀门和流量计控制连续加药量；在线氯离子、钙离子检测数据测量、采集、存储的数据由计算机端直接输出。

有益效果：

1.该装置可以模拟动态循环冷却水快速测试阻垢剂的阻垢性能，并连续得到阻垢剂在高硬度高碱度循环冷却水中的极限浓缩倍数，找出系统结垢点，直观得到阻垢剂的耐硬度和碱度性能及指导阻垢剂的有效用量。

2.该装置操作简便，自动化程度高。

3.该装置还可以用于新研制阻垢剂的耐耐硬度耐碱度性能测定。

附图说明

图1为本发明的装置流程简图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施方式。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。

一种极限碳酸盐硬度法测评有机磷酸类阻垢剂耐硬度耐碱度装置。包括循环冷却水储罐、阻垢剂储罐、夹套反应釜、冷凝器、硬度分析仪、氯离子分析仪、流量控制器和泵。该装置可以连续测试有机磷酸类阻垢剂在高硬度高碱度水中阻垢效能：通过氯离子分析仪检测高硬度高碱度循环冷却水的氯离子浓缩倍数，通过硬度检测仪检测对应的钙离子的浓缩倍数，进而分析一系列阻垢剂用量的极限浓缩倍数，判定阻垢剂的阻垢效果及用量。

其中，反应器为夹套釜式反应器；循环冷却水储罐、反应釜、硬度分析仪、氯离子分析仪管路相连，循环冷却水精准计量并由泵打入反应釜，在夹套反应釜中蒸发浓缩；阻垢剂储罐加药量和加药方式可以是依次性加入，也可以由阀门和流量计控制连续加药量；在线氯离子、钙离子检测数据测量、采集、存储的数据由计算机端直接输出。

该装置的具体工作过程如下：

将高硬度高碱度循环冷却水用泵打入反应釜，釜内液位达到70%关闭进口阀门及泵，通过电加热使釜温升到80℃,并设置成恒温加热，让釜体内循环冷却水升温挥发浓缩，水蒸气蒸发后从釜顶部经冷凝器分离后连接大气；附体内加入一定量有机磷酸类阻垢缓蚀剂，蒸发浓缩一段时间后，打开反应釜底部出口阀门取样分析，由氯离子分析仪测定氯离子浓缩倍数KCl-，由硬度分析仪测定钙离子浓缩倍数KCa2+。关闭釜底阀门，打开阻垢剂储罐阀门补充取走阻垢剂，同时再次打开循环冷却水储罐与反应釜间的阀门和泵补充至原液位（动态模拟企业循环冷却水），调整反应釜内阻垢剂的有效浓度不变。每次取样后重复操作，测量一系列氯离子和钙离子浓缩倍数，作图后，通过ΔA= KCl--KCa2+>0.2找出投加阻垢剂后，一系列极限浓缩倍数K。极限浓缩倍数越大，说明该阻垢剂对钙离子的配位效果就越好，其阻垢性能越好。

Claims (5)

1.一种极限碳酸盐硬度法测评有机磷酸类阻垢剂耐硬度耐碱度装置，其特征在于，包括循环冷却水储罐、阻垢剂储罐、夹套反应釜、冷凝器、硬度分析仪、氯离子分析仪、流量控制器和泵通过管路连接。

2.根据权利要求1所述极限碳酸盐硬度法测评有机磷酸类阻垢剂耐硬度耐碱度装置，其特征在于，反应器为夹套釜式反应器，控制反应温度为80℃，并与碱度分析仪、氯离子分析仪连通。

3.根据权利要求1所述极限碳酸盐硬度法测评有机磷酸类阻垢剂耐硬度耐碱度装置，其特征在于，循环水储罐中的水为硬度碱度比较高的工业用水，定时补入反应釜，维持原始液位。

4.根据权利要求1所述极限碳酸盐硬度法测评有机磷酸类阻垢剂耐硬度耐碱度装置，其特征在于，阻垢剂储罐与反应釜由管道连通，阻垢剂用量可以由流量计精准计量后滴入反应釜。

5.根据权利要求1所述极限碳酸盐硬度法测评有机磷酸类阻垢剂耐硬度耐碱度装置，其特征在于，氯离子分析仪、钙离子分析仪直接与反应釜由管路联通，直接测出数据，运用极限碳酸盐法测定阻垢剂的性能及用量。

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