地表水、地下水、海水等都可以作为冷却水水源，但作为循环冷却水，不同的工业、不同的生产设备、产品、不同的换热器等，对循环冷却水的水质要求也有所不同，不论哪种水源，都应进行净化处理，达到水质的基本要求。各类水体的水质标准见《地表水环境质量标准》。为避免与城镇供水、渔业用水等争水，循环冷却水的水源应取自Ⅳ类水体。......
2023-06-30
动态模拟实验法对工业循环冷却水的研究
【摘要】：为此，对实验装置进行改进，采用动态模拟现场运行条件的方法进行实验。可以说，动态模拟实验是一种最接近实际的实验方法，实验结果具有很好的参考价值。双通道工业循环冷却水动态模拟实验台流程图，如图9-5所示。
静态法的缺点：一是距工业实际运行的循环冷却水系统差距较大，二是缺少冷却塔充分曝气的条件，三是浓缩时间过长。为此，对实验装置进行改进，采用动态模拟现场运行条件的方法进行实验。
可以说，动态模拟实验是一种最接近实际的实验方法，实验结果具有很好的参考价值。对于敞开式循环冷却系统，最主要的是模拟以下条件应尽量与现场条件相符：
②铜管内水流速。
③换热器进出口水温。
④加热侧温度。
⑤系统水容积/循环水量之比。
⑥浓缩倍率。
为了缩短实验时间，同时也尽可能地模拟工业循环冷却水运行系统实际运行工况，可采用双通道工业循环冷却水动态模拟实验台进行实验。一次实验，同时获得实验组与对照组的两组实验数据，便于实时对比、检测阻垢、缓蚀和杀菌效果。
双通道工业循环冷却水动态模拟实验台流程图，如图9-5所示。
图9-5 双通道工业循环冷却水动态模拟实验台结构图
1—轴流风机 2—冷却塔 3—填料 4—集水池 5—喷头 6—自动补水系统 7—换热器 8—挂片筒 9—恒温水油槽加热器 10—电热棒 11—加热循环水泵 12—循环冷却水泵
实验台由两个通道、五大主要部分组成：循环冷却水系统、加热水系统、自动补水系统、补药系统和数据采集系统。两个通道在结构、材质、水量、运行时间等方面完全相同，实验中可将一组设置为实验组，另一组设置为对照组。
由于图9-5中的两个通道完全相同，以其中一组通道为例，说明实验台的结构及循环冷却水的运行流程。图9-5中，循环冷却水经水泵12，通过流量计后进入换热器7内与加热介质进行热量交换。换热器7内装有换热铜管，循环冷却水经换热铜管后进入冷却塔2，经喷头5喷入填料层3与冷空气进行对流换热后，回到集水池4中完成一次循环。
冷却塔2上部装有轴流风机1用以调节循环冷却水温度，集水池4装有加热棒10用以对循环冷却水加温，保证循环冷却水温度在实验过程中的基本恒定。
加热介质由恒温水油槽加热器9加热后，流经换热器7换热后回到恒温水油槽中，加热介质与循环冷却水以逆流方式热量交换。实验过程中由于蒸发所减少的循环冷却水由自动补水系统6补充。
实验中，通过Pt100一体化温度传感器分别测得加热端进出口与冷却端进出口水温，经控制器和采集器输送至电脑后，利用温度分析软件分别记录上述各温度值，再经软件计算后转变为水垢的热阻值，可进行实验数据的采集、存储，并实时显示污垢热阻曲线和阻垢率曲线。
双通道工业循环冷却水动态模拟实验台具有以下功能：
（1）按照国家发改委颁布的《冷却水动态模拟试验方法》（HG/T2160—2008）标准设计，主要元器件如换热器、集水池、模拟冷却塔、测温元件、水路系统、控制电路及加热装置等符合标准。
（2）能够进行循环水的动态循环，不堵塞、不淤积、便于清洗和排放废水。
（3）便于更换换热铜管，可选用不同型号、材质的铜管。
（4）循环冷却水的温度：25～40℃，±1℃。加热介质温度：导热油：30～150℃，±1℃；高纯水：30～90℃，±1℃。
（5）便于采集水样、垢样测试、显示和控制。
（6）采用高精度流量计量，流量测量精度达到0.5%。
（7）采用两台蠕动泵供药，可提供0.0002～380mL/min的流量，供药的精确性和稳定性高。
（8）自动显示流量、温度、污垢热阻和阻垢率曲线，并能保存、调用、显示各组实验数据的功能，可实现自动运行、自动数据采集。数据采集系统可以随时保存、调用、显示各组实验数据。
双通道工业循环冷却水动态模拟实验台可以用于模拟电厂冷却水系统的运行工况，通过动态运行，测定污垢热阻值和污垢的附着速度，测定挂片和试验管的失重，直接观察垢样的形成及垢样的采集，从而得出传热状态下的腐蚀率和腐蚀速度等参数，并以扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和能谱（EDS）分析测试水垢的组成和晶体结构等。
2.实验室内动态模拟阻垢实验
（1）循环冷却水的动态模拟实验 利用双通道工业循环冷却水动态模拟实验台可以进行阻垢效果评价研究。可以采取两种方法进行阻垢效果评价。第一种方法，物理阻垢的阻垢效果评价；第二种方法，化学阻垢药剂的阻垢效果评价。
（2）实验方法为保持循环冷却水中影响水垢形成的两种主要离子Ca2+、
浓度不变，需要向水中补充分析纯CaCl2和NaHCO3化学药剂。首先进行离子损失速率测定实验，测出循环冷却水中影响水垢形成的两种主要离子Ca2+、
的损失率。
水中Ca2+、
离子的损失，主要是由于实验初始阶段，随着水垢的生成，循环冷却水中钙硬度Ca2+和碱度
离子大量粘附并沉积在管道、集水池内壁和填料层表面所致。随着实验的进行和循环冷却水的浓缩，水中的离子浓度会逐渐增大，故实验后期应逐渐减少离子的补充率。正确的办法是绘出离子损失率曲线，该曲线一般是非线性曲线，根据损失率曲线折算成分析纯CaCl2和NaHCO3的药量浓度，根据离子损失率曲线采用蠕动泵精确控制药量的补充率。每间隔一定时间调整蠕动泵的转速，逐步减少离子的补充量。
采用第一种方法进行阻垢效果评价究时，将阻垢处理器（如电磁场阻垢器、超声波阻垢器等）安装在实验组（通道Ⅰ）的循环冷却水管路中，对照组（通道Ⅱ）的循环冷却水管路中不安装阻垢处理器。
采用第二种方法进行阻垢效果评价研究时，可将阻垢化学药剂一次性或分时段多次定量投加到实验组（通道Ⅰ）的集水池中，对照组则不投加阻垢化学药剂。
（3）阻垢效果评价 为了观察阻垢效果，可采用两种方法进行阻垢效果评价。
①污垢热阻的计算和阻垢率：计算换热铜管的污垢热阻值，通过比较实验组（通道Ⅰ）和对照组（通道Ⅱ）的污垢热阻值的大小评价阻垢效果。也可利用实验组（通道Ⅰ）和对照组（通道Ⅱ）的污垢热阻计算得到阻垢率，通过阻垢率分析阻垢效果。
根据传热学的热平衡条件，当采用对流式热量交换时，实验组与对照组的污垢热阻值见式（9-6）、式（9-7）。
式（9-6）、式（9-7）中：
Rf，D——对照组的污垢热阻值，m2K/W
Rf，S——实验组的污垢热阻值，m2K/W
Tci，0，D——对照组零时刻冷却水进口端温度，℃
Tco，0，D——对照组零时刻冷却水出口端温度，℃
Thi，0，D——对照组零时刻加热水进口端温度，℃
Tho，0，D——对照组零时刻加热水出口端温度，℃
Tci，0，S——实验组零时刻冷却水进口端温度，℃
Tco，0，S——实验组零时刻冷却水出口端温度，℃
Thi，0，S——实验组零时刻加热水进口端温度，℃
Tho，0，S——实验组零时刻加热水出口端温度，℃
Tci，t，D——对照组t时刻冷却水进口端温度，℃
Tco，t，D——对照组t时刻冷却水出口端温度，℃
Thi，t，D——对照组t时刻加热水进口端温度，℃
Tho，t，D——对照组t时刻加热水出口端温度，℃
Tci，t，S——实验组t时刻冷却水进口端温度，℃
Tco，t，S——实验组t时刻冷却水出口端温度，℃
Thi，t，S——实验组t时刻加热水进口端温度，℃
Tho，t，S——实验组t时刻加热水出口端温度，℃
S——换热铜管的换热面积，m2
cpc——循环冷却水的定压比热容，J/kg·K
mc——循环冷却水的质量流量，kg/s
式（9-6）、式（9-7）中的S、cpc、mc均为常量。由一体化温度传感器测得换热器进、出口端的温度值，可得实验组的污垢热阻值Rf，S和对照组的污垢热阻值Rf，D。
根据污垢热阻值计算出任意时刻的阻垢率：
式中 η——任意时刻的阻垢率，%
在换热铜管的换热面积S、循环冷却水的定压比热容cpc、循环冷却水的质量流量mc确定的条件下，只要分别测出循环冷却水和加热水的进、出口端的温度，带入式（9-6）至式（9-8）中，可得到换热器的阻垢率值。
②重量法阻垢率：对换热铜管称重，利用实验前、后两个通道的换热铜管的质量差计算得到的阻垢率。重量法阻垢率的计算：
式中 η——重量法阻垢率，%
Δm2——对照组换热铜管的增量，g
Δm1——实验组换热铜管的增量，g
需要注意的是，称量换热铜管时，必须是干燥状态下的铜管重量。取出换热铜管后，放入95℃烘干箱烘干8h后，使用高精度的精密天平称量。
（4）极限碳酸盐硬度实验 在进行极限碳酸盐硬度的动态模拟阻垢实验时，一般要在达到要求的浓缩倍数后，再连续运行一个月，实验结束后，将换热管剖管检查，观察有无结垢腐蚀。
动态模拟实验开始后，定期补水，以保持系统水容积不变。当系统浓缩倍率达到要求时，此时系统开始排污，并调节排污量，以保持系统浓缩倍率稳定在要求的范围内，实验进入稳定工况运行阶段，实验期间，每天取循环水分析一次，分析项目为全碱度、全硬度、钙硬度、氯离子、电导率，并控制ΔA值＜0.2，当ΔA＞0.2时，应调整工况，使ΔA值＜0.2。
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2023-06-30
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