CN104502556A - 电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置和方法 - Google Patents

电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置和方法 Download PDF

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CN104502556A CN201410722865.9A CN201410722865A CN104502556A CN 104502556 A CN104502556 A CN 104502556A CN 201410722865 A CN201410722865 A CN 201410722865A CN 104502556 A CN104502556 A CN 104502556A
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侯相钰
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崔振东
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Abstract

本发明涉及海水循环冷却水处理技术领域，具体涉及一种电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置和方法，该装置包括补水单元、热交换单元、冷却塔单元、排污单元、加药单元和监控单元，其特征在于，所述监控单元包括设置于热交换单元循环水管线上的腐蚀监控单元，所述热交换单元包括内部设置有电加热元件的模拟凝汽器(15)。整套装置可实现海水循环水处理工艺多参数(温度、流量、压力、pH值、电导率、腐蚀速率、污垢热阻等)在线监测、多任务(加药、排污、补水、液位、水平衡等)的自动化控制，为新型海水循环冷却水处理技术的研发与工业应用提供了更为有效的硬件支撑平台。

Description

电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置和方法
技术领域
本发明涉及海水循环冷却水处理技术领域，主要涉及一种电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置和方法，具体为一种针对电力***，在模拟工程实际工况条件下，对海水循环冷却水处理药剂进行综合评定的装置和评价方法。
背景技术
海水循环冷却技术作为一项环保型节水技术，已成为沿海企业解决工业冷却水紧缺的高新技术之一。我国海水循环冷却技术经过多年研究，已成功完成千吨级到10万吨级工程示范，形成了电力行业应用海水循环冷却的成套技术，具备大规模推广条件。
电力***的海水循环冷却往往是规模较大的复杂体系，实验室研究成果推广应用到工程应用，需要一个恰当的过渡。根据已投入运行示范工程，采用循环冷却动态模拟试验的方法，可以在实验室条件下有效模拟实际运行工况，对循环冷却水处理技术方案进行综合评定。检验海水循环冷却水处理技术方案从基础研究过渡到工程应用的可行性。
发明内容
本发明解决的技术问题是：在现有的试验装置中，多数是适合以淡水作为循环介质的电力***，目前还没有一套针对电力***以海水为循环介质的模拟试验装置。
相对于淡水，海水是一种高盐、高氯且富含多种微生物的复杂体系，以海水作为循环介质具有更强的腐蚀性和更大的积垢趋势，因此，对模拟试验装置的防腐要求更高，对监测分析设备的材质和性能指标也有更高的要求，监测和控制的参数指标也与淡水有明显的差异。同时，相对于化工***，电力***的循环冷却体系具有换热点少、换热量大且比较集中的特点，冷却塔需要具有较大的布水面积，换热器要有更大的换热面积和更长的换热时间。
本发明的目的是针对电力***海水循环冷却特性，提供一种在模拟工程实际工况条件下，研究海水循环冷却试验，检测海水水处理药剂性能的动态模拟试验装置及方法。
针对上述技术问题，本发明提供一种针对电力***研制综合评价海水循环冷却水处理药剂性能的装置及试验方法，可以在实验室条件下，更真实有效地模拟实际运行工况，对腐蚀、污垢和微生物控制等方面进行综合评定，检验海水循环冷却水处理技术方案的可行性。为科研成果快速、安全转化成为工程应用生产力提供基础和有力保障。
具体来说，针对现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置，包括补水单元、热交换单元、冷却塔单元、排污单元、加药单元和监控单元，其特征在于，所述监控单元包括设置于热交换单元循环水管线上的腐蚀监控单元，所述热交换单元包括内部设置有电加热元件的模拟凝汽器15；
其中，补水单元包括补水池3和集水池6；
其中，所述监控单元还包括流量监控单元、温度监控单元和液位监控单元；
其中，所述温度监控单元包括分别设置于热交换单元循环水入口管线和出口管线上的进口测温筒14和出口测温筒18，以及设置于模拟凝汽器15上的测定电加热水温度的温度传感器。
其中，所述模拟凝汽器15内部设置有电加热元件，用来产生电加热水，与锅炉功能一致，可用锅炉代替。
优选的，上述性能评价装置中，所述模拟凝汽器外管线上设置有使凝汽器15内电加热水形成回路的流量开关17和热水循环泵16。
优选的，上述性能评价装置中，所述腐蚀监控单元包括设置于热交换单元循环水入口管线上的进口挂片盒10和进口腐蚀探头13、设置于热交换单元循环水出口管线上的出口腐蚀探头19，出口挂片盒20和与所述腐蚀探头连接的电化学在线腐蚀测试仪。
优选的，上述性能评价装置中，所述补水***包括用管线依次连接的海水槽1、补水泵2、补水池3和集水池6，所述集水池内设置有浮球阀5。
优选的，上述性能评价装置中，所述冷却塔单元包括呈自然通风双曲线型的自然冷却塔22和填料，所述自然冷却塔22冷却水出口与所述集水池6相通。
优选的，上述性能评价装置中，所述监控单元还包括pH监控单元和电导监控单元。
优选的，上述性能评价装置中，所述流量监控单元包括设置于热交换单元入口管线上的循环泵8、转子流量计9、流量变送器11和流量调节阀12。
优选的，上述性能评价装置中，所述液位监控单元包括设置于补水池3内的液位传感器4；所述pH监控单元包括设置于集水池6内的pH传感器7a；所述电导监控单元包括设置于集水池6内的电导传感器7b。
优选的，上述性能评价装置中,所述监控单元还包括压力监测单元，包括在热交换单元循环水进出管线上的进口压力表和出口压力表。
优选的，上述性能评价装置中，所述排污单元包括设置于热交换单元循环水出口管线上的电动排污阀21和设置于集水池上部的溢流口6a。
优选的，上述评价装置中，所述加药单元包括与补水池3连接的第一计量泵23、与集水池连接的第二计量泵24和加药箱。
优选的，上述评价装置中，所述模拟凝汽器15有效长度为1200mm-2000mm，模拟凝汽器15内包含4-10根传热管串联，传热管外径选自19mm、25mm或32mm，单根传热管长度为1000mm-1800mm，单根传热管有效传热长度为700mm-1500mm。
优选的，上述评价装置中，所述自然冷却塔22塔径为450mm-800mm，塔高为1200mm-1450mm，填料为PVC波形填料，冷却塔22冷却幅度为6℃～10℃。
优选的，上述评价装置中，所述各单元中与海水、浓缩海水或药剂直接接触的部件的材质为耐海水腐蚀材料或耐酸碱材料。
本发明还提供一种电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置的评价方法，其特征在于，包括下述步骤：开启上述药剂性能评价装置，使得海水循环经由流量监控单元、腐蚀监控单元、温度监控单元和模拟凝汽器后，进入冷却塔单元，冷却后的海水再循环回补水单元中的集水池6中；
其中，通过流量监控单元和温度监控单元进行检测，使***稳定的条件下，即在分别使循环海水流量、循环水出口温度和模拟凝汽器15中的电加热水温度处于目标范围内的条件下，检测、采集腐蚀数据、污垢热阻数据和/或水质检测数据，以评价药剂控制海水腐蚀、结垢和/或菌藻生长性能；
其中，通过液位监控单元来选择性补水。
优选的，上述评价方法中，所述腐蚀监控单元包括设置于热交换单元循环水入口管线上的进口挂片盒10和进口腐蚀探头13、设置于热交换单元循环水出口管线上的出口腐蚀探头19和出口挂片盒20和与所述腐蚀探头连接的电化学在线腐蚀测试仪；
所述腐蚀性能检测通过腐蚀监控单元和模拟凝汽器15中的传热管实现，包括下述两种方法中的任一种或两种的组合：
(1)将热交换单元循环水管线上的进口腐蚀探头13和出口腐蚀探头19与电化学在线腐蚀检测仪连接，实现电化学在线检测；
(2)检测模拟凝汽器15中传热管、热交换单元循环水管线上的进口挂片盒10和出口挂片盒20中试片的失重情况，实现腐蚀失重检测。
优选的，上述评价方法中，所述集水池6中安装有腐蚀试样，所述腐蚀性能检测还包括下述方法：检测集水池6中腐蚀试样的失重情况，实现腐蚀失重检测。
优选的，上述评价方法中，所述冷却塔单元包括呈自然通风双曲线型的自然冷却塔22和填料，所述自然冷却塔冷却水出口与所述集水池6相通；
优选的，上述评价方法中，所述流量监控单元包括设置于热交换单元入口管线上的转子流量计9、流量变送器11和流量调节阀12；
所述使循环海水流量、循环水出口温度和模拟凝汽器15中的电加热水温度处于目标范围内通过包括下述步骤的方法进行：
(1)通过安装于模拟凝汽器15上的温度传感器实现电加热水温度的监控；
(2)通过转子流量计9和流量变送器11监测循环水流量，通过流量调节阀12自动控制阀门开度，实现冷却水流量的控制；
(3)通过出口测温筒18测得的循环水出口温度实现循环水出口温度的控制。
优选的，上述评价方法中，所述电加热水的温度控制在40℃～85℃；所述冷却水流量按选择传热管规格，保持管内海水流速为0.6m/s～2m/s设定控制；所述循环水出口温度被控制在40℃～50℃。
优选的，上述评价方法中，通过所述流量监控单元和温度监控单元实现污垢热阻监测，包括下述步骤：
(1)***稳定时，通过进口测温筒14和出口测温筒18分别测量清洁管时冷却海水进口温度t’进和清洁管时冷却海水出口温度t’出；通过流量变送器11测量循环水流量G；通过模拟凝汽器15上安装的温度传感器测量电热水温度T；
(2)***稳定后，每隔2h，通过进口测温筒14和出口测温筒18分别测量冷却海水瞬时进口温度t进和冷却海水瞬时出口温度t出，用下述公式计算污垢热阻：
式中，di为模拟凝汽器15中传热管内径，n为传热管的根数，l为模拟凝汽器15中单根传热管的有效长度。
优选的，上述评价方法中，所述评价装置还包括排污单元，其包括设置于热交换单元循环水出口管线上的电动排污阀21和设置于集水池上部的溢流口6a；所述监控单元还包括pH监控单元和电导监控单元。
优选的，上述评价方法中，该评价方法还包括通过排污单元和监控单元中的电导检测单元实现排污工序，其包括下述步骤：通过电导监控单元控制循环海水电导率为(30～100)ms/cm±(50～500)us/cm，控制电动排污阀(21)的开启状态，以实现排污。
优选的，上述评价方法中，所述排污工序包括下述步骤：
控制循环海水电导率为(30～100)ms/cm±(50～500)us/cm实现排污控制补水量、排污量和浓缩倍数，包括下列步骤：
(1)外接净化海水由海水槽1，经补水泵2输送到补水池3，海水再通过补水管到集水池6实现补水。其中补水池3上设置有液位传感器4，当监测海水液位到低限时，补水泵自动开启补水，当监测海水液位到高限时，补水泵自动关闭停补水；并通过集水池上设置的浮球阀5稳定控制集水池6液位和补水，当浮球阀出现故障导致集水池液位上升超过正常控制限时，通过集水池溢流口6a排水，此时集水池的液位变化超过正常水平发出报警信号；
(2)根据实验室水处理方案和工程设计要求，设定海水浓缩倍数N，控制浓缩倍数N±0.2或N±0.05，对应设定循环海水的电导率控制上下限，当浓缩倍数或电导率超过上限时，电动排污阀21自动打开，当浓缩倍数或电导率到达下限时，电动排污阀21自动关闭，实现自动排污和浓缩倍数的稳定控制。
优选的，上述评价方法中，所述评价装置还包括加药单元，其包括与补水池3连接的第一计量泵23、与集水池连接的第二计量泵24和加药箱；
优选的，上述评价方法中，所述液位监控单元包括设置于补水池3内的液位传感器4；所述pH监控单元包括设置于集水池6内的pH传感器7a；所述电导监控单元包括设置于集水池6内的电导传感器7b。
优选的，上述评价方法中，该评价方法还包括加药工序，其通过加药单元、补水单元中的补水池3、以及监控单元中的液位监控单元和pH监控单元实现，包括下述步骤：
(1)在补水池3海水液位从低限到高限自动补水过程中，第一计量泵23按海水补水量自动成比例投加海水缓蚀阻垢剂；
(2)根据海水、循环水水质情况和水处理方案实施需求，设定循环海水控制pH值±0.1或pH值±0.05，当检测循环水pH值超过上限或下限时，第二计量泵24自动投加酸或碱；
(3)海水菌藻杀生剂通过人工或自动投加设备，定期按循环水***容积成比例投加到集水池6中。
优选的，上述评价方法中，还包括水质监测工序，其包括下述任一种或者两种以上的步骤：
(1)试验过程中，用所述pH监控单元和电导监控单元分别监测循环海水的pH值和电导率；
(2)试验过程中，实验室同步检测海水、循环海水的pH值、电导率、浊度、碱度、氯离子、钙离子、镁离子或铁离子含量；
(3)试验过程中，定期检测海水、循环海水中微生物的含量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实现了海水循环水处理工艺多参数在线监测、多任务自动化控制功能及腐蚀、污垢和微生物控制等方面综合评定，是目前国内首台针对电力***研制的以海水作为循环介质的循环冷却技术专用综合评价装置。可有力服务于海水循环冷却水处方案的优化设计，为大力推动海水循环冷却技术在电力***快速健康发展提供支撑。
附图说明
图1为电力***海水循环冷却动态模拟试验装置。
图中，1.海水槽、2.补水泵、3.补水池、4.液位传感器、5.浮球阀、6.集水池、6a.集水池的溢流口、7a.pH传感器、7b.电导传感器、8.循环泵、9.转子流量计、10.进口挂片盒、11.流量变送器、12.流量调节阀、13.进口腐蚀探头、14.进口测温筒、15.模拟凝汽器、16.热水循环泵、17.流量开关、18.出口测温筒、19.出口腐蚀探头、20.出口挂片盒、21.电动排污阀、22.自然冷却塔、23.第一计量泵、24.第二计量泵。
具体实施方式
鉴于目前还没有一套针对电力***以海水为循环介质的模拟试验装置，本发明人在锐意研究后，提出本发明的实施方案，在一种优选的实施方式中：本发明中提到的装置(试验装置示意图如图1所示)主要包括：模拟凝汽器(热水)、模拟自然通风海水冷却塔、集水池、海水泵、管路，以及自动加药***、自动补水***、自动排污***、工艺参数监控***和微机管理控制***等部分。在数据采集和处理方面，实现了自动监测温度、流量、电导率、浓缩倍数、pH、浊度、补水量、加药量、腐蚀速率、污垢热阻、清洁度等参数和试验数据的自动记录、处理功能。
上述装置的操作流程为：通过将循环海水从冷却集水池经循环水泵进入模拟凝汽器，换热后回到冷却塔顶部，通过冷却塔(内装有PVC波纹填料)冷却后回到水池。在此过程中利用腐蚀探头和挂片测试循环海水的腐蚀特性，通过进出口温差评价循环海水的结垢情况，通过随时取水样分析微生物控制情况，并通过对腐蚀、污垢和微生物控制等方面综合评定评价水处理方案的优劣。
在本发明的另一种实施方式中，本发明提供一种电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置及方法，其特征是：装置在实验室条件下，模拟电力循环冷却***的流速、水质、金属材质、换热强度和温度等参数条件下，评定海水水处理剂的缓蚀、阻垢和杀生性能，评价确定最佳水处理方案。
其中，上述电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置的特征是：整个装置运行流程为：
集水池6中海水经过循环泵8依次进入转子流量计9、进口挂片盒10、流量变送器11、流量调节阀12、进口腐蚀探头13、进口测温筒14后进入模拟凝汽器15传热管，传热管与的模拟凝汽器15的电加热水进行热交换，海水升温后流出模拟凝汽器15进入出口测温筒18、出口腐蚀探头19、出口挂片盒20后进入海水自然冷却塔22，热海水流过海水自然冷却塔24填料发生传热传质交换冷却降温后流回集水池6，所述的模拟凝汽器15的电加热水，经旁路流量开关17、热水泵16循环流入模拟凝汽器15；集水池6中的补水由补水池3进行补给，海水槽1通过补水泵2对补水池3进行补水。
其中，电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置包括补水***、热交换***、冷却塔***、排污***、加药***、流量控制***和温度控制***，其特征是：
(1)补水***：由海水槽1、补水泵2、补水池3、液位传感器4浮球阀5、集水池6和补水管线等构成，控制补水池3和集水池6液位，实现自动补水；
(2)热交换***：模拟凝汽器(或锅炉)15产生电加热水，热水温度控制在40℃～85℃；模拟凝汽器15有效长度1200mm～2000mm；模拟凝汽器15的多根传热管按φ19、φ25、φ32设计，每次试验选择一种规格，4～10根传热管串联，单根传热管长1000mm～1800mm，单根传热管有效传热长700mm～1500mm；模拟凝汽器(或锅炉)15外壁用优良保温材料保温。
(3)冷却塔***：自然冷却塔22采用自然通风双曲线型，塔体由玻璃钢、PVC制作，塔径450mm～800mm，塔高1200mm～1450mm，塔底设置pH传感器7a、电导传感器7b，塔内喷淋式布水器的喷淋头用工程塑料管件打小孔均匀分布加工制成，填料采用PVC波形填料，填料支架用316L不锈钢；冷却塔冷却幅度6℃～10℃；
(4)排污***：由海水电导传感器7b及仪表、电动排污阀21、集水池6的溢流口和管线等组成，随着自然蒸发***海水浓缩后电导率升高，通过监测循环海水电导率自动控制电动排污阀21开启状态，实现排污控制补水量、排污量和浓缩倍数；
(5)加药***：由海水槽1、补水泵2、补水池3、液位传感器4、pH传感器7a、第一计量泵(23)、第二计量泵(24)、加药箱和管线等构成，控制补水池3液位和循环水pH值，实现药剂自动投加；
(6)流量控制***：由循环泵8、转子流量计9、流量变送器11、流量调节阀12等组成，设定试验流量，通过转子流量计9、流量变送器11监测循环水流量，流量调节阀12自动控制阀门开度，流量控制误差在±(1％～2％)内；
(7)温度控制***：由出口测温筒18和模拟凝汽器(或锅炉)15的温度传感器及仪表、电热元件等构成，设定循环水出口温度为40℃～50℃范围的某值，控制误差在±0.2℃内，监测比对循环水出口温度和设定值，自动调节电热元件功率，实现循环水出口温度稳定控制。
其中，电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置包括补水***、热交换***、冷却塔***、排污***、加药***、流量控制***和温度控制***，其特征是，所述的各***中与海水、浓缩海水、药剂直接接触部件均选用耐海水腐蚀材料、耐酸碱材料；所述的各***连接PLC和微机管理控制***，实现***运行管理集成控制。
上述电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置可通过模拟实际海水循环冷却***工况，监测控制工艺运行过程，评价海水水处理药剂控制海水腐蚀、结垢、菌藻生长的性能，综合评价水处理方案；
上述电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置中，海水水处理药剂性能评价***包括腐蚀监测***、污垢热阻(或清洁度)监测***和水质检测，具体特征：
(1)腐蚀监测***由进出口挂片盒(10和20)和集水池6中的腐蚀试样(试片)、模拟凝汽器15中的传热管、进出口腐蚀探头(13和19)和电化学在线腐蚀测试仪等组成，通过腐蚀失重和电化学在线监测技术评价海水水处理药剂控制海水腐蚀的性能；
(2)污垢热阻(或清洁度)监测***由进出口测温筒(14和18)和模拟凝汽器15上的温度传感器及仪表、流量变送器11和流量调节阀12等组成，通过稳定控制循环水出口温度、凝汽器或锅炉的15热水或蒸汽温度、循环水流量等参数，计算得出污垢热阻(或清洁度)评价海水水处理药剂控制海水结垢的性能，其中污垢热阻的计算公式：
式中：
rsj——瞬时污垢热阻，单位为平方米摄氏度每瓦(m2·℃/W)；
G——冷却海水流量，单位为千克每小时(kg/h)；
t进——冷却海水瞬时进口温度，单位为摄氏度(℃)；
t出——冷却海水瞬时出口温度，单位为摄氏度(℃)；
t'进——清洁管时冷却海水进口温度，单位为摄氏度(℃)；
t'出——清洁管时冷却海水出口温度，单位为摄氏度(℃)；
T——热水(或蒸汽)温度，单位为摄氏度(℃)；
di——传热管内径，单位为米(m)；
n——传热管的根数；
l——单根传热管有效传热长度，单位为米(m)。
(3)水质检测包括pH值、电导率、浊度、碱度、氯离子、钙离子、镁离子、铁离子等项目和微生物取样检测，通过海水和循环水水质检测与监测，以判断评价海水水处理药剂控制海水腐蚀、结垢和菌藻生长性能。
此外，本发明所述电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置可用于实际监测，也可作为模拟装置，模拟不同的电力***中海水循环冷却水的冷却***工况，检测控制工艺运行过程，评价海水水处理药剂性能。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明所述电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置及方法。
在下面的实施例中，所用的各试剂和仪器的型号和来源如表1和表2所示。
表1 实施例中所用试剂及型号信息表
表2 实施例中所用设备信息表
实施例一
电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置如图1所示，所述装置包括下述单元：
(1)补水单元：包括海水槽1、补水泵2、补水池3、浮球阀5、集水池6和补水管线。补水管线依次连接海水槽、补水泵、补水池和集水池，浮球阀安装于集水池内。控制补水池和集水池液位，实现自动补水。
所述补水池材质为PVC，支架及面板材质为304不锈钢，并做喷塑处理；所述集水池材质为PVC，所述集水池6、实验平台的有关金属支承结构采用304不锈钢；支承结构材料用304不锈钢，厚度为1.2的三角钢或方管。
(2)热交换单元：包括锅炉或模拟凝汽器15、热水循环泵16和流量开关17。所述模拟凝汽器15内部设置有电加热元件，用以产生电加热水，与锅炉功能一致，可用锅炉代替。
所述凝汽器(1300mm×630mm×500mm，304不锈钢)中安装6根传热管串联，传热管直径为25mm，单根传热管长度为1200mm，单根传热管有效传热长度为1000mm。
(3)冷却塔单元：包括自然冷却塔22和填料。冷却塔采用自然通风双曲线型，塔体由PVC聚氯乙烯和玻璃钢制作，冷却塔的冷凝水出口与集水池相通，在塔底设置电导传感器、pH传感器。
冷却塔的塔径600mm，塔高1200mm，塔内喷淋头材质PVC，打小孔均匀分布加工制成，填料采用PVC聚氯乙烯波形填料，填料支架用316L不锈钢；冷却塔冷却幅度6℃～10℃；
(4)排污单元：包括电导传感器7b及仪表、电动排污阀21、集水池上的溢流口6a和管线。
(5)加药单元：包括第一计量泵(23)、第二计量泵(24)、加药箱和管线。所述第一计量泵和第二计量泵入口与加药箱连接，第一计量泵出口通入补水池，第二计量泵出口通入冷却塔集水池。控制补水池液位和循环水pH值，实现药剂自动投加。
(6)监控单元：包括流量监控单元、温度监控单元、腐蚀监控单元、液位监控单元、pH监控单元和电导监控单元。
(i)流量监控单元：包括循环泵8、转子流量计9、流量变送器11、流量调节阀12。其中，所述循环泵与集水池连接，所述转子流量计、流量变送器和流量调节阀依次安装在换热单元循环水入口的管线上。
设定试验流量，通过转子流量计9、流量变送器11检测循环水流量，流量调节阀12自动控制阀门开度，流量控制误差在±(1％～2％)内。
(ii)温度监控单元：包括分别设置于热交换单元循环水入口管线和出口管线包括进口测温筒14、出口测温筒18、安装于模拟凝汽器上的温度传感器及仪表、电热元件等构成。
(iii)腐蚀监控单元：在转子流量计9和流量变送器11之间设置有进口挂片盒10，在流量调节阀12和进口测温筒14之间设置有进口腐蚀探头13，出口测温筒18和冷却塔顶端入口之间依次设置有出口腐蚀探头19和出口挂片盒20。
(iv)液位监控单元：包括设置于补水池3内的液位传感器4。
(v)pH监控单元：包括设置于集水池6内的pH传感器7a。
(vi)电导监控单元：包括设置于集水池6内的电导传感器7b。
电力***评价装置的试验过程为：集水池6中海水经过循环泵8依次进入转子流量计9、进口挂片盒10、流量变送器11、流量调节阀12、进口腐蚀探头13、进口测温筒14后进入模拟凝汽器15的传热管，传热管与模拟凝汽器的电加热水进行热交换，海水升温后流程模拟凝汽器进入出口测温筒18，出口腐蚀探头19、出口挂片盒20后进入海水自然冷却塔，热海水流过海水冷却塔24填料发生传热传质交换冷却降温后流回集水池，所述的模拟凝汽器的电加热水，经旁路流量开关17、热水泵16循环流入模拟凝汽器。其中，集水池6中的补水由补水池3进行补给，海水槽1通过补水泵对补水池进行补水。
实施例二
用实施例一所述电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置可进行腐蚀检测，具体步骤为：
(1)进口挂片盒和出口挂片盒分别放置铝黄铜6片(50mm×25mm×2mm)，选取天津塘沽海水净化厂海水(水质见表3)进行补水，先开启循环水泵，再开启模拟凝汽器；
表3 天津塘沽海水净化厂海水水质数据
分析项目 pH值 电导率(μs/cm) M碱度(mg/L) 浊度(mg/L)
数值 7.70 3.87×104 140 5
分析项目 Ca2+(mg/L) Mg2+(mg/L) SO4 2－(mg/L) Cl－(mg/L)
数值 360 1204 2340 17100
(2)控制热水温度达到(75±0.5)℃、冷却水流量达到(1000±10)kg/h和出口水温达到(45±0.2)℃范围从而使***稳定；
(3)集水池容积为1000L,试验***容积500L，控制补水池和集水池液位，实现自动补水。随着自然蒸发***海水浓缩后电导率升高，通过检测循环海水电导率自动控制电动排污阀开启状态，实现排污控制补水量、排污量和浓缩倍数。试验设计浓缩倍数为2.0±0.2，控制循环海水电导率为80ms/cm±200us/cm实现排污控制补水量、排污量和浓缩倍数。补水池每次自动补水为180L，累积达到500L，循环水浓缩倍数基本达到2.0，***进入正常运行阶段。从原海水到浓缩稳定运行过程中，其他监控装置的数据如表4所示：
表4 实施例二 电力***稳定时的工艺参数
测定项目 浓缩运行开始 达到浓缩倍数
pH值(7a) 7.70 8.30
电导率(7b) 38.7ms/cm 76ms/cm
转子流量计9测定值 1000kg/h 1006kg/h
流量变送器11测定值 1003kg/h 998kg/h
进口腐蚀探头13测定值 <0.003mm/a <0.003mm/a
进口测温筒14测定值 37.00 37.02
出口测温筒19测定值 45.10 45.02
出口腐蚀探头20测定值 <0.004mm/a <0.004mm/a
浓缩倍数 1.00 1.97
热水温度 75.2℃ 75.0℃
(4)试验过程中，控制补水池液位和循环水pH值，实现药剂自动投加。在补水池海水液位从低限到高限自动补水过程中，第一计量泵每次按海水补水量180L自动成比例投加180ml SW201(表1)；设定控制循环海水pH值为8.3±0.1，当检测循环水pH值超过8.4第二计量泵自动投加酸，当检测循环水pH值低于8.2第二计量泵自动关闭。待***稳定运行15天后，腐蚀失重测得进口挂片盒和出口挂片盒中铝黄铜试片的腐蚀率均<0.003mm/a。
实施例三
用实施例一所述电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置进行污垢热阻监测，具体步骤为：
(1)在模拟凝汽器安装6根直径为25mm，壁厚0.5mm的钛合金管，有效传热长度为1000mm，选取天津塘沽净化厂海水(水质见表3)进行补水，开启循环水泵，进行阻垢缓蚀剂基础投加，再开启锅炉和蒸汽冷凝器；
(2)控制蒸汽温度达到(80±0.2)℃、冷却水流量达到(1000±10)kg/h和出口水温达到(45±0.2)℃范围从而使***稳定；
(3)试验***容积500L，控制补水池和集水池液位，实现自动补水。随着自然蒸发***海水浓缩后电导率升高，通过检测循环海水电导率自动控制电动排污阀开启状态，实现排污控制补水量、排污量和浓缩倍数。试验设计浓缩倍数为2.0±0.2，控制循环海水电导率为80ms/cm±200us/cm实现排污控制补水量、排污量和浓缩倍数。补水池每次自动补水为180L，累积达到500L，循环水浓缩倍数基本达到2.0，***进入正常运行阶段。从原海水到浓缩稳定运行过程中，其他监控装置的数据如表5所示：
表5 实施例三 电力***稳定时的工艺参数
测定项目 浓缩运行开始 达到浓缩倍数
pH值(7a) 7.70 8.30
电导率(7b) 38.7ms/cm 77ms/cm
转子流量计9测定值 1000kg/h 1003kg/h
流量变送器11测定值 1003kg/h 999kg/h
进口腐蚀探头13测定值 <0.001mm/a <0.001mm/a
进口测温筒14测定值 37.00 37.02
出口测温筒19测定值 45.00 44.98
出口腐蚀探头20测定值 <0.001mm/a <0.001mm/a
浓缩倍数 1.00 1.99
热水温度 80.2℃ 80.0℃
(4)试验过程中，控制补水池液位和循环水pH值，实现药剂自动投加。在补水池海水液位从低限到高限自动补水过程中，第一计量泵每次按海水补水量180L自动成比例投加180ml SW203A海水阻垢缓蚀剂(表1)；设定控制循环海水pH值为8.3±0.1，当检测循环水pH值超过8.4第二计量泵自动投加酸，当检测循环水pH值低于8.2第二计量泵自动关闭。待***稳定运行后，每2h自动监测采集一次工艺参数，用上述污垢热阻的计算公式检测海水循环冷却水的瞬时污垢热阻随时间的变化，待污垢热阻和进出口温差没有明显变化超过2天后停止试验，测定年污垢热阻小于0.38×10-4m2·℃/W，清洁度大于90％以上。
实施例四
用实施例一所述电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置进行进行水质检测，具体步骤为：
(1)工艺操作和***运行参数同实施例三；
(2)试验过程中，控制补水池液位和循环水pH值，实现阻垢缓蚀剂的自动投加。在补水池海水液位从低限到高限自动补水过程中，第一计量泵每次按海水补水量180L自动成比例投加180ml SW203A(表1)；设定控制循环海水pH值为8.3±0.1，当检测循环水pH值超过8.4第二计量泵自动投加酸，当检测循环水pH值低于8.2第二计量泵自动关闭；杀生剂SW303在浓缩运行前的基础投加按***容积500L计，投加量15mg/L，到达浓缩倍数正常运行阶段，按***容积500L计，投加量15mg/L，每3天投加1次，不同阶段，杀生剂均直接投加到集水池中。
试验在浓缩运行前(原海水)和到达浓缩倍数(2.0±0.2)正常运行时的典型水质检测结果见表6。
表6 实施例四 电力***运行时典型水质检测结果
从上述实施例中发现，利用本发明装置和评价方法，投加海水水处理药剂，控制浓缩倍数在1.8～2.2，连续运行15天左右，结果为：铝黄铜试片的腐蚀速率小于0.003mm/a，钛合金几乎无腐蚀；传热管表面光滑，无任何附着物，；异养菌小于5×105cfu/ml。各项控制指标均达到GB/T 23248-2009《海水循环冷却水处理设计规范》中规定的技术指标。同时，经过大量的验证试验发现对腐蚀速率、污垢热阻和水质检测指标进行单项指标检测或同时全项指标检测，检测结果误差较小，具体如下：
(1)腐蚀速率检测误差：相同条件下，取三个以上试样平行测定结果的算术平均值作为测定结果，单个平行测定结果与算术平均值的相对偏差不超过算术平均值的±10％；单根试验管以三次称重、尺寸测量等数据计算测定结果，每次测定结果与三次算术平均值的相对偏差不超过算术平均值的±5％。
(2)污垢热阻检测误差：相同条件下，取三个以上对比验证试验结果的算术平均值作为测定结果，单个验证测定结果与算术平均值的相对偏差不超过算术平均值的±10％；用计算机***软件自动计算出的污垢热阻与利用人工采集数据计算的结果相比，绝对误差小于0.02m2·℃/W。
(3)水质检测误差：常规水质检测项目均可达到相应标准要求的误差范围。其中循环水的pH值连续在线监测结果与实验室水质分析结果误差小于0.1，电导率连续在线监测结果控制循环水浓缩倍数，误差小于0.05。
由此说明，本发明所述电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置检测灵敏，误差小，评价方法科学可行，具有广阔的应用前景。

Claims (15)

1.一种电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置，包括补水单元、热交换单元、冷却塔单元、排污单元、加药单元和监控单元，其特征在于，所述监控单元包括设置于热交换单元循环水管线上的腐蚀监控单元，所述热交换单元包括内部设置有电加热元件的模拟凝汽器(15)；
其中，补水单元包括补水池(3)和集水池(6)；
其中，所述监控单元还包括流量监控单元、温度监控单元和液位监控单元；
其中，所述温度监控单元包括分别设置于热交换单元循环水入口管线和出口管线上的进口测温筒(14)和出口测温筒(18)，以及设置于模拟凝汽器(15)上的测定电加热水温度的温度传感器。
2.根据权利要求1所述的性能评价装置，其中，所述模拟凝汽器(15)外管线上设置有使凝汽器(15)内电加热水形成回路的流量开关(17)和热水循环泵(16)。
3.根据权利要求1或2所述的性能评价装置，其中，所述腐蚀监控单元包括设置于热交换单元循环水入口管线上的进口挂片盒(10)和进口腐蚀探头(13)、设置于热交换单元循环水出口管线上的出口腐蚀探头(19)，出口挂片盒(20)和与所述腐蚀探头连接的电化学在线腐蚀测试仪。
4.根据权利要求1-3任一项所述的性能评价装置，其中，所述冷却塔单元包括呈自然通风双曲线型的自然冷却塔(22)和填料，所述自然冷却塔(22)冷却水出口与所述集水池(6)相通。
5.根据权利要求1-4任一项所述的性能评价装置，其中，所述流量监控单元包括设置于热交换单元入口管线上的循环泵(8)、转子流量计(9)、流量变送器(11)和流量调节阀(12)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的性能评价装置，其中，所述监控单元还包括pH监控单元和电导监控单元；所述液位监控单元包括设置于补水池(3)内的液位传感器(4)；所述pH监控单元包括设置于集水池(6)内的pH传感器(7a)；所述电导监控单元包括设置于集水池(6)内的电导传感器(7b)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的性能评价装置，其中，所述排污单元包括设置于热交换单元循环水出口管线上的电动排污阀(21)和设置于集水池上部的溢流口(6a)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的性能评价装置，其中，所述加药单元包括与补水池(3)连接的第一计量泵(23)、与集水池连接的第二计量泵(24)和加药箱。
9.根据权利要求1-8任一项所述的性能评价装置，其中，所述各单元中与海水、浓缩海水或药剂直接接触的部件的材质为耐海水腐蚀材料或耐酸碱材料。
10.权利要求1-9任一项所述电力***海水循环冷却水处理药剂性能评价装置的评价方法，其特征在于，包括下述步骤：开启权利要求1所述的药剂性能评价装置，使得海水循环经由流量监控单元、腐蚀监控单元、温度监控单元和模拟凝汽器后，进入冷却塔单元，冷却后的海水再循环回补水单元中的集水池(6)中；
其中，通过流量监控单元和温度监控单元进行检测，使***稳定的条件下，即在分别使循环海水流量、循环水出口温度和模拟凝汽器(15)中的电加热水温度处于目标范围内的条件下，监测、采集腐蚀数据、污垢热阻数据和/或水质检测数据，以评价药剂控制海水腐蚀、结垢和/或菌藻生长性能；
其中，通过液位监控单元来选择性补水。
11.根据权利要求10所述的评价方法，所述腐蚀性能监测通过腐蚀监控单元和模拟凝汽器(15)中的传热管实现，包括下述两种方法中的任一种或两种的组合：
(1)将热交换单元循环水管线上的进口腐蚀探头(13)和出口腐蚀探头(19)与电化学在线腐蚀检测仪连接，实现电化学在线检测；
(2)检测模拟凝汽器(15)中传热管、热交换单元循环水管线上的进口挂片盒(10)和出口挂片盒(20)中试片的失重情况，实现腐蚀失重检测。
12.根据权利要求10或11所述的评价方法，其中，使循环海水流量、循环水出口温度和模拟凝汽器(15)中的电加热水温度处于目标范围内通过包括下述步骤的方法进行：
(1)通过安装于模拟凝汽器(15)上的温度传感器实现电加热水温度的监控；
(2)通过转子流量计(9)和流量变送器(11)监测循环水流量，通过流量调节阀(12)自动控制阀门开度，实现冷却水流量的控制；
(3)通过出口测温筒(18)测得的循环水出口温度实现循环水出口温度的控制。
13.根据权利要求12所述的评价方法，其中，所述电加热水的温度控制在40℃～85℃；所述冷却水流量按选择传热管规格，保持管内海水流速为0.6m/s～2m/s设定控制；所述循环水出口温度被控制在40℃～50℃。
14.根据权利要求10-13任一项所述的评价方法，其中，通过所述流量监控单元和温度监控单元实现污垢热阻监测，包括下述步骤：
(1)***稳定时，通过进口测温筒(14)和出口测温筒(18)分别测量清洁管时冷却海水进口温度t’进和清洁管时冷却海水出口温度t’出；通过流量变送器(11)测量循环水流量G；通过模拟凝汽器(15)上安装的温度传感器测量电热水温度T；
(2)***稳定后，每隔2h，通过进口测温筒(14)和出口测温筒(18)分别测量冷却海水瞬时进口温度t进和冷却海水瞬时出口温度t出，用下述公式计算污垢热阻：
式中，di为模拟凝汽器(15)中传热管内径，n为传热管的根数，l为模拟凝汽器(15)中单根传热管的有效传热长度。
15.根据权利要求10-14任一项所述的评价方法，其中，该评价方法还包括水质监测工序，其包括下述任一种或者两种以上的步骤：
(1)试验过程中，用所述pH监控单元和电导监控单元分别监测循环海水的pH值和电导率；
(2)试验过程中，实验室同步检测海水、循环海水的浊度、碱度、氯离子、钙离子、镁离子或铁离子含量；
(3)试验过程中，定期检测海水、循环海水中微生物的含量。
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