循环水模拟动态

1、河南能信热电有限公司2210MW机组阻垢缓蚀剂动态实验郑州朗盛水处理技术有限公司 郑州大学2008.11.06试 验 内 容1. 试验用水分析2. 配方筛选实验3. 动态模拟试验4.材质缓蚀试验5. 循环水日常监控6. 公司简介及业绩前 言随着我国工业的发展，淡水耗量急速增加，我国面临严重的水源紧缺状况。据报道我国人均拥有水量为2400吨，而北方地区的人均拥有水量为240吨。在城市用水中，工业用水约占总用水量的6080，而工业冷却水用量占整个工业用水量的7080。然而，有关资料显示我国的工业用水重复利用率平均为4050。我国城市工业万元产值耗水量达340立方米，是发达国家的1020倍，耗水量高

2、，重复利用率低，是我国工业系统水资源利用的突出问题。采用清洁生产工艺，发展新型的节水技术，是缓解淡水不足的一个重大举措。因此，节约工业冷却水，使有限的水源得到最大限度的利用，是工业领域节水工作的重中之重。采用循环冷却水技术是工业领域节水的主要方法，我国工业循环冷却水处理化学品及相关应用技术近期取得了可喜的成绩.浓缩倍数是判定系统状态的一个重要技术指标。提高循环冷却水的浓缩倍数可以大量减少补充水量和排污水量，节水效果十分显著，具有明显的经济效益和社会效益。据计算，采用循环冷却水处理技术后，当浓缩倍数达到2.0倍时与直流水相比，可节约淡水95以上，如果将浓缩倍数从2.0倍提高至3.0倍时，在此基础

3、上又可节约淡水25-30左右。因此实现高浓缩倍数运行是循环冷却水处理的发展方向。近年来，美国、日本等水处理技术发达的国家在冷却水处理化学品及应用技术研究方面，已趋向适用于高浓缩倍数，环境友好及易于在线监控的成套技术研究。国内高浓缩倍数冷却水处理技术的开发也成为企业关注的热点，希望借此提高水的重复利用率，提高企业的经济效益。但是，过多地提高浓缩倍数，会使循环冷却水中的碱度、硬度和浊度升得太高，水的结垢倾向增大很多，从而使结垢控制的难度变得太大；还会使循环冷却水中的腐蚀性离子和腐蚀性物质的含量增加，水的腐蚀性增强，从而使腐蚀控制的难度增加；同时过多地提高浓缩倍数还使药剂在循环冷却水中的停留时间增长

4、而水解。因此循环冷却水的浓缩倍数并不是愈高愈好。本公司循环水处理采用添加缓蚀阻垢剂的方式，为了使循环冷却水在较高浓缩倍率下安全运行，我们根据多年的工作实践，并结合本公司循环补充水的水质特点，进行了静态试验、旋转挂片腐蚀试验和动态模拟性能试验，结果表明：添加15mg/L水质稳定剂可使循环水浓缩倍率提高到3.5倍左右，试验TP304不锈钢腐蚀速率均达到循环冷却水侧冷凝管的腐蚀速率宜小于0.005mm/a的要求，年污垢热阻值满足国标GB50050-95中污垢热阻值为1.7210-43.4410-4 m2 k/w的要求，与现在运行情况相比可以达到节水、节约缓蚀阻垢剂的目的。1 试验用水分析用干净的新塑

5、料桶从电厂取补充水。随机从10桶中取等体积水样混合后，测定了有关水质指标，结果见表1-1。表1-1 水质分析项目Ca2+mg/LMg2+mg/L硬度mmol/L碱度mmol/LCl-mg/LpH SO42mg/L SiO2 mg/L数值118.6553.735.402.151266.3109.0759.82 配方筛选实验冷却水处理方案的确定思路：系统补充水为中高碱度结垢型水质，且水中存在一定的腐蚀性离子，随着水温、pH值的上升以及浓缩倍数的提高，结垢趋势将更加严重，腐蚀在一定程度上将受到阻垢效果的影响，因此在确定水处理药剂及配套控制条件上一定要严格控制结垢，同时兼顾缓蚀，另外也要控制菌藻的滋生

6、。目前循环冷却水处理阻垢方法大概有加酸处理、炉烟处理、软化处理、阻垢剂处理、电磁防垢处理等。结合处理效果、经济性、实用性以及适应系统高浓缩倍数运行特点，我们选择阻垢剂处理，通过试验筛选阻垢方法。阻垢剂处理是通过加入循环冷却水中的阻垢剂对污垢的晶格歪曲畸变、分散和螯合等作用，阻止和减缓污垢的形成，阻垢剂间普遍存在着协同效应，一般是多种阻垢剂复配使用。循环冷却水缓蚀方法大概有外加电流阴极保护，牺牲阳极阴极保护、涂刷防腐涂料、采用耐蚀材质和投加缓蚀剂等，以投加缓蚀剂应用最为广泛且效果好，尤其对一些水流程复杂或换热设备陈旧的系统，缓蚀剂可随着水的流动到达任何需要提供保护的地方；另外投加缓蚀剂一般剂量不

7、大，相对于其他方法而言，经济实用。我们也采用投加缓蚀剂的处理方法，同时考虑缓蚀剂的协同效应。至于杀菌灭藻方法目的是抑制循环水系统中的微生物繁殖以消除微生物污垢和微生物腐蚀，投加杀菌灭藻剂是控制循环冷却水系统微生物生长繁殖的最有效方法之一。考虑到细菌藻类的抗药性、粘泥剥离的需要以及特殊处理，同时根据系统情况决定使用粘泥剥离剂和微生物分散剂。筛选缓蚀阻垢剂配方产品原则：第一、要保证产品具有优良的阻垢性能和缓蚀性能，选定的阻垢分散剂不仅对碳酸钙垢、磷酸钙垢、硫酸钙垢、硅垢具有优异的阻垢性能，而且对氧化铁、粘泥及水中浊度物质也有良好的分散作用；选定的缓蚀阻垢剂容易在金属表面形成一层薄而致密的防腐膜。第

8、二、要保证产品在循环水中的稳定性，适应高浓缩倍数要求产品在水中停留时间长的特点。第三，尽量选用低磷环保型产品，随着工业的发展环境问题日益引起人们的重视。2.1缓蚀阻垢剂配方筛选实验试验条件： 温度：601 浓缩倍率K=3.5、4.0 试验水:电厂补充水实验方法简述： 在实验水中加入缓蚀阻垢剂，置于601的水浴锅内，恒液位恒温浓缩，在浓缩中补水保持水位，至所需浓缩倍率时冷却，测定其游离钙的含量算出阻垢率，按式（2-1）计算阻垢率。 （2-1）式中，h为阻垢率，%；Ce为保温后有药剂水样滤液中的Ca2+浓度，；C0为保温后空白水样滤液中的Ca2+浓度，；Cb为保温前水样滤液中的Ca2+浓度乘浓缩倍

9、数K，单位：mg/L或mmol/L。依据单体实验的结果，进行优化组合，复配成缓蚀阻垢剂，复配出A，B，C，D四种缓蚀阻垢剂，将A，B，C，D四种缓蚀阻垢剂进行快速筛选阻垢对比试验实验。2.2.快速筛选试验结果目前，普遍采用阻垢剂性能快速试验法对于阻垢剂进行初步筛选，以阻垢率作为评价的依据。阻垢率的测定步骤大致如下：取一定体积试验用水，投加阻垢剂，加热至一定温度60后保温一段时间。过滤保温后的试验用水，测定滤液Ca2+浓度，按式（2-1）计算阻垢率。 （2-1）式中，h为阻垢率，%；Ce为保温后有药剂水样滤液中的Ca2+浓度，；C0为保温后空白水样滤液中的Ca2+浓度，；Cb为保温前水样滤液中的

10、Ca2+浓度乘浓缩倍数K，单位：mg/L或mmol/L。221 阻垢率阻垢剂A、B、C、D等四种药剂的阻垢率见表2-1。浓缩至3.5倍观察实验效果表2-1 阻垢剂A、B、C、D的阻垢能力对比阻垢剂Ca2+阻垢率%种类剂量/mgL-1mmolL-1平均值空白08.17阻垢剂A510.1789.89%93.261010.2292.13%1510.2995.28%2010.3095.73%阻垢剂B59.8374.61%84.20109.9981.80%1510.1689.44%2010.1890.93%阻垢剂C59.7972.81%80.67109.8876.85%1510.0383.59%2010

11、.1689.44%阻垢剂D59.8173.71%84.161010.0182.70%1510.1588.99%2010.2091.24%注：（1）试验用水：电厂补充水；（2）试验温度：60。23阻垢的快速筛选结论 （1）阻垢率由大到小顺序（括号中数据为平均阻垢率）：阻垢剂A（93.26%）阻垢剂B（84.67%）阻垢剂D（84.20%）阻垢剂C（80.67%）（2）在4种阻垢剂中，阻垢剂A的阻垢效果最佳，（3）从阻垢剂用量（简称剂量）与阻垢率的关系看，当剂量达到15mg/L时，阻垢效果即已达到较好水平，再继续增加剂量，并不能明显增强防垢效果，还有可能造成阻垢效果下降，以及造成药剂的浪费。（4）

12、为了保证循环冷却水系统在浓缩倍数3.5条件下不结垢，若使用阻垢剂A，则剂量应控制在10mg/L左右。2.4. A缓蚀阻垢剂对实验水的阻垢效果平行：试验条件：同2111# 空白 2# 10mg/LA缓蚀阻垢剂 3# 同2# 4# 同2# 名称Ca2（mmol/L） 阻垢率（%）3.54.03.54.0原水2.971#8.179.332#10.2911.6295.28%89.80%3#10.3311.6697.08%91.37%4#10.3011.6595.73%90.98%经多次试验，试验结果表明：加入A缓蚀阻垢剂复合药剂能够明显提高循环水的浓缩倍率，其阻垢和分散效果优良，生成的附着物可以随水流

13、带走，不会沉积在加热管表面，根据试验现象和结果，可初步确定河南能信热电有限公司循环水使用A缓蚀阻垢剂复合药剂在使用剂量为10mg/L时，能很好的满足浓缩倍率3.5的要求，其现场指标控制可通过动态模拟试验进一步验证。 3. 动态模拟试验3.1试验方法依据中华人民共和国化工行业标准HG/T2160-1991 冷却水动态模拟试验方法。A的测定方法动态模拟试验。蒸发浓缩过程中，监测浓缩倍数的变化，取每4小时监测一组数据点，测定浓缩水的碱度，氯离子的量，Ca2+的量。于浓缩倍数3.03.5的范围内，接近平衡时每2小时监测一组数据点。平衡稳定后每8小时监测一组数据点。A值定义为冷却水的浓缩倍数K与碱度浓缩

14、倍数的差值，即： (3-1)式中，为循环冷却水浓缩倍数；A循和A碱分别为浓缩水和补充水的碱度，mmol/L。A越大，表明循环冷却水系统中沉积碳酸盐垢的可能性越大。K按公式(2-3)计算：K=Cr/Cm (3-2)式中，Cr循环水氯离子的量，Cm为补充水氯离子的量。根据有关循环冷却水的运行控制经验，一般要求循环冷却水系统在A小于0.2范围内运行。这里，定义：A等于0.2所对应的浓缩倍数为极限浓缩倍数。 3.3.2试验方案a.试验装置：动态模拟试验仪b.工艺条件冷却水进口温度321冷却水进出口温差101系统贮水量60 L循环水量360 L/h试管内流速2 m/s药剂名称试验管规格10mm1mm60

15、0mm，TP304无缝不锈钢管，外表镀铬浓缩倍率控制在3.5，10 ppm的动态实验时间（hr）Cl- mg/LCa2+ mmol/LKA备注4131.923.111.0470.0008138.223.221.0970.01312153.223.511.2160.03416171.863.861.3640.06420182.954.101.4520.07224195.554.351.5520.08728210.044.661.6670.09832226.805.041.8000.10336246.465.461.9560.11840298.496.612.3690.14344314.876.9

16、92.4990.14548330.627.352.6240.14952346.377.722.7490.15054362.258.082.8750.15456378.138.443.0010.15958393.758.783.1250.16960409.639.163.2510.16764425.509.523.3770.172#68439.119.823.4850.179注释172426.139.593.3820.15974429.289.623.4070.16876447.5510.023.5520.17880439.249.833.4860.17684467.7110.503.7120.

17、17788437.099.783.4690.17692440.379.873.4950.17296444.659.963.5290.175100451.5810.123.5840.177104443.149.913.5170.180108429.929.623.4120.173112439.499.843.4880.175116460.4010.323.6540.179120456.5010.243.6230.175128444.659.963.5290.175134442.269.893.5100.179142440.249.863.4940.174148455.6210.213.6160.

18、178156459.1410.313.6440.173164439.499.833.4880.177172450.5810.103.5760.175180444.659.973.5290.172188440.759.873.4980.175196455.6210.233.6160.172204460.4010.323.6540.179212444.659.963.5290.175220437.099.783.4690.176228429.289.623.4070.168236440.759.873.4980.175244439.499.833.4880.177252442.269.893.51

19、00.179260439.249.833.4860.176268444.659.963.5290.175276440.249.863.4940.174284439.499.843.4880.175292442.269.893.5100.179300447.5510.023.5520.178308450.5810.103.5760.175316440.249.863.4940.174324439.499.843.4880.175332450.5810.103.5760.175340439.249.833.4860.176348450.5810.103.5760.175356440.249.863

20、.4940.174364440.759.873.4980.175372439.499.833.4880.177380451.5810.123.5840.177388429.289.623.4070.168396440.379.873.4950.172404444.659.963.5290.175412451.5810.123.5840.177420440.759.873.4980.175428439.499.833.4880.177436437.099.783.4690.176444451.5810.123.5840.177452439.249.833.4860.176460429.289.6

21、23.4070.168468440.379.873.4950.172476444.659.963.5290.175484440.759.873.4980.175492439.499.833.4880.177450439.499.843.4880.175588440.249.863.4940.174注释2注释1：#68：开始排污并补充补充水注释2：由于加入的阻垢剂的主要成分也是螯合剂，所以阻垢剂对络合滴定分析水中钙有干扰，而且浓缩倍数越高，干扰越大。故本实验水中钙分析采用元素分析法。从上表中可以看出，使用浓度10mg/L时的阻垢效果均较好，试验管的各项指标均达到中石化标准的“好”级，优于国家标准

22、GB 50050-1995规定，我公司确定现场使用浓度为15mg/L.4. 腐蚀试验试验方法依据中华人民共和国国家标准GB/T 18175-2000水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法.腐蚀试片均符合中华人民共和国化学工业部标准HG 5-1526-1983 冷却水化学处理标准腐蚀试片技术条件型标准。试验条件试片材质：A3、不锈钢304、 试片表面积：28cm2药剂投加浓度：7 mg/L ，10mg/L ， 15mg/L 试验温度：451试验日期：72小时 转速：90r/min试片线速度：0.35m/s浸泡液：将试验用水装入烧杯中，加入阻垢剂，恒温（451）蒸发至浓缩倍数等于3.5时停止蒸发，此蒸发

23、残留水作为浸泡液试验结果材质7ppm10ppm15ppmA3腐蚀率（mm/a）0.13400.09360.0868不锈钢304腐蚀率（mm/a）0.00450.00350.0030试验结果表明：给定运行条件下药剂不同投加浓度时，得到以上结果。从以上结果可以看出A3、不锈钢304、腐蚀率在15ppm、10ppm条件下都优于国家标准。7ppm时，A3腐蚀率超标。考虑到运行费用问题，应选水处理剂浓度10ppm。试片表面没有发现点蚀现象。5 循环冷却水质监控技术假设选择阻垢剂A作为贵电厂的循环冷却水用药剂，可参考以下建议，实施循环冷却水质的监控。阻垢剂的验收确认阻垢剂的名称、型号、生产厂家和保质期符合

24、阻垢剂供货的技术协议要求。本试验用阻垢剂A的若干技术指标见表4-1，。表4-1 阻垢剂A的检测结果技术指标检测结果备注外观淡棕色透明液体密度(20)/g.mL-11.10pH(1水溶液)3.5膦酸盐(以PO4计)含量/%3.0-3.56.日常化学处理方案l 日常运行药剂：缓蚀阻垢剂：ZD-368 10mg/L 以补水计 杀菌灭藻剂： ZD-403 100mg/L (系统储水量)ZD-404 100mg/L (系统储水量)l 循环水控制指标：PH：自然pH浊度 ： 20 mg/L总磷：1.6-2.5g/L(为分析结果-补充水总磷浓缩倍数)浓缩倍数3.0-3.5l 药剂配制及投加方法： 阻垢缓蚀剂ZD-388的配制及投加：ZD-368必须连续加入循环水系统中，每天配药量按下式计算： 加药浓度补充水量m3/h24hZD-368 = =Kg/天 1000 l 配药方法：在配药罐中，先加入2/3补充水，再加入ZD-368 ，搅匀，然后开启加药泵，使之一天内加完。应通过分析监测，使每天配药