CN110980972A

CN110980972A - 一种阻垢分散剂及其循环冷却水通用极限浓缩倍数的计算方法和应用

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Publication number: CN110980972A
Application number: CN201911306437.7A
Authority: CN
Inventors: 牛犇; 孙勇; 汪永威; 徐华伟
Original assignee: Huazhong Electric Power Test Research Institute China of Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: Huazhong Electric Power Test Research Institute China of Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2039-12-18
Also published as: CN110980972B

Abstract

本发明提供一种循环冷却水通用极限浓缩倍数(K_Lim)的计算方法，适用于黄河水系的阻垢分散剂成分与K_Lim的关系式和最优成分下影响循环水结碳酸盐结垢的Ca²⁺浓度、碱度、pH、温度、阻垢剂剂量五个主要因素与K_Lim的关系式。阻垢分散剂成分与K_Lim的关系式，用于确认阻垢分散剂成分的最佳配比。阻垢分散剂成分由有机膦系阻垢剂、均聚合物分散剂、共聚物分散剂组成。该计算方法可替代原有复杂的试验方法，简单可靠，能最大限度地减少人力资源浪费，节省试验费用，提高工作效率。

Description

一种阻垢分散剂及其循环冷却水通用极限浓缩倍数的计算方法和应用

技术领域

本发明涉及循环冷却水极限浓缩倍数的计算方法，属于循环冷却水处理工艺领域。

背景技术

循环水浓缩倍数反映了循环水因蒸发作用而导致的浓缩程度，一般用循环水Cl^-浓缩倍数表示。循环冷却水极限浓缩倍数(K_Lim)是控制循环冷却水质的重要参数，迄今尚无计算公式。目前，通常是试验测定某特定条件下循环水Cl^-浓缩倍数和碱度的浓缩倍数差值(ΔA)或循环水Cl^-浓缩倍数和Ca²⁺浓缩倍数差值(ΔB)，当ΔA＝0.2或ΔB＝0.2时，循环水Cl^-浓缩倍数为该特定条件下的极限浓缩倍数(K_Lim)。循环水Cl^-浓缩倍数和碱度的浓缩倍数差值(ΔA)公式为

式中c(Cl^-，X)表示循环水的Cl^-浓度，mmol/L；c(Cl^-，Bu)表示补充水的Cl^-浓度，mmol/L；c(JD,X)表示循环水的碱度，mmol/L；c(JD,Bu)表示补充水的碱度，mmol/L。循环水Cl^-浓缩倍数和Ca²⁺浓缩倍数差值(ΔB)公式为

式中c(Cl-,X)表示循环水的Cl-浓度，mmol/L；c(Cl-,Bu)表示补充水的Cl^-浓度，mmol/L；c(Ca²⁺,X)表示循环水的Ca²⁺浓度，mmol/L；c(Ca²⁺,Bu)表示补充水的Ca²⁺浓度，mmol/L。

我国水域辽阔，水质差别非常明显，例如黄河水系在上、中、下游及各支流水质差异明显，因此，其他条件用户不能直接采用特定条件下的浓缩倍数K_Lim，必须重新试验测试浓缩倍数K_Lim。如果能够建立该水系各种水质通用的浓缩倍数公式K_Lim，则能彻底解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种由有机膦系阻垢剂、均聚合物分散剂和共聚物分散剂组合的阻垢分散剂；

还提供了一种利用阻垢分散剂计算循环冷却水通用极限浓缩倍数K_Lim的方法，该计算方法可最大限度地减少人力资源的浪费，节省试验费用，提高工作效率。

本发明的技术方案：

一种阻垢分散剂，以重量百分比记，由有机膦系阻垢剂A30％～65％、均聚合物分散剂B25％～45％和共聚物分散剂C10％～25％。

所述有机膦系阻垢剂A优选1-羧基亚乙基-1,1二膦酸(HEDP)，均聚合物分散剂B优选聚丙烯酸(PAA)，共聚物分散剂C优选丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)。

一种利用所述的阻垢分散剂计算循环冷却水通用极限浓缩倍数的方法，计算公式为：

式中x₁、x₂分别为阻垢分散剂A、B的重量百分含量。

公式中，当K_Lim最大时阻垢分散剂的成分为：有机膦系阻垢剂A为61.2％，均聚合物分散剂B为25.1％，共聚物分散剂C为13.7％。

本发明还涉及该方法在黄河水系循环水***中的应用。

本发明的通用极限浓缩倍数K_Lim公式包括适用于黄河水系的阻垢分散剂成分与K_Lim的关系式和最优成分下影响循环水结碳酸盐结垢的Ca²⁺浓度、碱度、pH、温度、阻垢剂剂量五个主要因素与K_Lim的关系式。

阻垢分散剂成分与K_Lim的关系式，用于确认阻垢分散剂成分的最佳配比。阻垢分散剂成分由有机膦系阻垢剂(记作单体A，根据经验含量应在30％～65％)、均聚合物分散剂(记作单体B，根据经验含量应在25％～45％)、共聚物分散剂(记作单体C，根据经验含量应在10％～25％)组成，A、B、C含量总和为100％。

有机膦系阻垢剂优选1-羧基亚乙基-1,1二膦酸(HEDP)，均聚合物分散剂优选聚丙烯酸(PAA)，共聚物分散剂优选丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)。

阻垢分散剂成分与K_Lim的关系按以下公式计算：

式中x₁为单体A的含量；x₂为单体B的含量。

由阻垢分散剂成分与K_Lim的关系式求得在约束条件下K_Lim最大时的阻垢分散剂配方为：单体A含量61.2％；单体B含量25.1％；单体C含量13.7％。

最优成分下影响循环水结碳酸盐结垢的Ca²⁺浓度、碱度、pH、温度、阻垢剂剂量五个主要因素与极限浓缩倍数(K_Lim)的关系式中，1/2Ca²⁺浓度的取值范围应在2.0～4.5mmol/L，碱度取值范围应在1.5～5.0mmol/L，pH取值范围应在7.65～8.45，温度取值范围应在35～50℃，阻垢剂剂量(A、B、C剂量之和)取值范围应在2～10mg/L。

最优成分下影响循环水结碳酸盐结垢的Ca²⁺浓度、碱度、pH、温度、阻垢剂剂量五个主要因素与极限浓缩倍数(K_Lim)的关系按下列公式计算：

式中，x₁为1/2Ca²⁺浓度，mmol/L；x₂为碱度，mmol/L；x₃为pH；T为温度，℃；d为阻垢剂剂量，mg/L。

本发明具有以下特点：

(1)本发明提供一种由有机膦系阻垢剂、均聚合物分散剂和共聚物分散剂组合的阻垢分散剂，还提供了利用该阻垢分散剂计算循环冷却水通用极限浓缩倍数K_Lim的计算公式，该公式以计算代替试验测定K_Lim，可最大限度地减少人力资源浪费，节省试验费用，提高工作效率。

(2)本发明的极限浓缩倍数K_Lim的计算公式适用于补充水为黄河水系的循环水***，且循环水***的结垢主要为碳酸盐垢。阻垢分散剂成分与K_Lim的关系式，主要用于求解在约束条件下的K_Lim最大时配方，即最优配方，但阻垢分散剂成分与K_Lim的数值关系仅针对黄河干流主要离子浓度的算术平均值相同或接近的补充水。

(3)本发明的最优成分下影响循环水结碳酸盐结垢的Ca²⁺浓度、碱度、pH、温度、阻垢剂剂量五个主要因素与K_Lim的关系式的使用，需满足阻垢分散剂成分为最优配方。

(4)本发明的极限浓缩倍数K_Lim的计算公式适用于补充水水质稳定的情况。试验表明，本发明的K_Lim公式的计算值和原来的实际试验值比较误差较小(在4％以内)，实际应用效果较好，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1循环水Cl^-浓缩倍数和碱度的浓缩倍数差值ΔA与浓缩倍数K的关系曲线。

具体实施方式

实施例1：现有的试验法测定极限浓缩倍数

由于我国水域辽阔，水质差别非常明显，例如黄河水系在上、中、下游及各支流水质差异明显。因此，对于有循环冷却水***的发电企业循环冷却水的补水水质差异明显，若想得到循环冷却水***控制的极限浓缩倍数(K_Lim)只能通过试验得到，通常是试验测定某特定条件下循环水Cl^-浓缩倍数和碱度的浓缩倍数差值(ΔA)，或循环水Cl^-浓缩倍数和Ca²⁺浓缩倍数差值(ΔB)，当ΔA＝0.2或ΔB＝0.2时，循环水Cl^-浓缩倍数为该特定条件下的极限浓缩倍数(K_Lim)。

试验原理是循环冷却水在循环过程中不断被浓缩，若水中没有沉淀析出，循环冷却水的总碱度与补充水的总碱度应呈直线关系。

但随着浓缩倍数的增大，CO₂不断溢出，溶液的碳酸盐平衡被破坏，水中碳酸钙沉淀析出，循环冷却水的浓缩倍数与碱度浓缩倍数出现差值。ΔA值定义为冷却水的浓缩倍数(K)与碱度浓缩倍数的差值。

循环水Cl^-浓缩倍数和碱度的浓缩倍数差值(ΔA)公式为

式中，c(Cl^-,X)表示循环水的Cl^-浓度，mmol/L；c(Cl^-,Bu)表示补充水的Cl^-浓度，mmol/L；c(JD,X)表示循环水的碱度，mmol/L；c(JD,Bu)表示补充水的碱度，mmol/L。

循环水Cl^-浓缩倍数和Ca²⁺浓缩倍数差值(ΔB)公式为

式中c(Cl^-,X)表示循环水的Cl^-浓度，mmol/L；c(Cl^-,Bu)表示补充水的Cl^-浓度，mmol/L；c(Ca²⁺,X)表示循环水的Ca²⁺浓度，mmol/L；c(Ca²⁺,Bu)表示补充水的Ca²⁺浓度，mmol/L。

例如，某应用于循环冷却水***的阻垢分散剂，循环冷却水运行温度40℃，补充水水质指标见表1，阻垢分散剂剂量为6mg/L。若想得到该循环冷却水***控制的极限浓缩倍数(K_Lim)只能先通过试验得到ΔA～K关系表，如表2所示。试验方法采用HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》。

表1补充水水质指标

补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	1/2Mg<sup>2+</sup>	碱度	Cl<sup>-</sup>	pH
						浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	3.211	2.732	3.098	2.455	8.16

表2ΔA～K关系表

然后根据表1数据，通过数学软件Excel绘制散点图并拟合ΔA～K关系曲线，如图1所示。

再求解拟合曲线y＝0.0215x²-0.0946x+0.2091，当y＝0.2时，x＝4.302或0.098，最后观察ΔA～K关系曲线变化趋势，确定该条件下的K_Lim为4.30。

实施例2：循环冷却水***阻垢分散剂成分的确定和通用浓缩倍数K_Lim公式的建立为节省试验费用，本申请提出通用浓缩倍数K_Lim公式，以计算法代替上述例1试验法。

1.发明原理：

基于试验数据，采用数学统计分析的方法，建立K_Lim的经验公式，即：

K_Lim＝f(x,y,t) (3)

式中K_Lim为碳酸盐不结垢的极限浓缩倍数；x为水质变量，y为阻垢分散剂变量；t为水温变量。

水质变量x包括影响碳酸盐结垢的主要水质参数和次要水质参数，即x₁、……x_n，主要水质指标有Ca²⁺、碱度、pH，次要水质指标有Mg²⁺、SiO₂、COD_Mn、SO₄ ^2-等。

阻垢分散剂变量y包括：有机膦系阻垢剂成分、均聚物分散剂成分、共聚物分散剂成分、剂量、协同因子等，即y₁、……y_m。

有机膦系阻垢剂中典型产品有：氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP)，1-羧基亚乙基-1,1二膦酸(HEDP)等，综合经济和阻垢效果优选HEDP。

均聚物分散剂中典型产品有：聚丙烯酸(PAA)、聚马来酸酐(HPMA)、聚环氧琥珀酸(PESA)、聚天冬氨酸(PASP)等，综合经济和阻垢效果优选PAA。

共聚物分散剂中典型产品有：马来酸-丙烯酸共聚物(MA/AA)、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)等，综合经济和阻垢效果优选AA/AMPS。

协同因子是指不同成分复配后对阻垢率的增加程度，通常阻垢分散剂为有机膦系阻垢剂、均聚物分散剂和共聚物分散剂的复配。

根据经验有机膦系阻垢剂(记作单体A)，含量应在30％～65％；均聚合物分散剂(记作单体B)含量应在25％～45％；共聚物分散剂(记作单体C)含量应在10％～25％；单体A、单体B、单体C重量百分含量总和为100％。

y中阻垢分散剂的成分，即单体A、单体B、单体C各自的含量，对K_Lim的影响很大，且两两之间存在较大的交互作用(y中的协同因子)，且根据生产实际情况，循环冷却水***所用阻垢分散剂的成分一旦确定，往往不会轻易改变，因而需首先确定。黄河水系水质指标数据的收集与整理，见表3。

表3黄河干流、支流主要离子浓度

表3所有数值为1958-2000年的算术平均值；支流数据均以该支流最下游站点代表。数据来源为以黄河水为补充水的火力发电厂补充水化验报表或当地的水文监测站。

2.确定有约束条件的混料均匀设计方案

有约束条件的混料均匀设计方案通过均匀试验表U_n(q^s)或

得出，其中“U”表示均匀设计，“n”表示要做n次试验，“q”表示每个因素有q个水平，“s”表示该表有s列，右上角加“*”和不加“*”代表两种不同类型的均匀设计表。根据试验条件的允许和精度的要求，查找均匀试验表

对于两因素，

推荐选用均匀试验表

中第一列和第五列，构造

见表4，偏差D＝0.0677，D表示刻划均匀度的偏差，偏差值越小，表示均匀度越好，由

给出。

表4

试验表

No.	1	2
			1	1	9
2	2	18
			3	3	4
4	4	13
			5	5	22
6	6	8
			7	7	17
8	8	3
			9	9	12
10	10	21
			11	11	7
12	12	16
			13	13	2
14	14	11
			15	15	20
16	16	6
			17	17	15
18	18	1
			19	19	10
20	20	19
			21	21	5
22	22	14

表4中的第一列为试验点编号，用{q_ki}记

中的元素，k的取值为1～22，i的取值为1～2，如第10行、第1列的元素记为q₁₀₁，第8行、第2列的元素记为q₈₂，令

求得c_k1和c_k2，那么{(c_k1,c_k2)}为一组[0,1]²分散均匀的点集。

令

式中A_k、B_k、C_k分别为第k次试验中单体A、单体B、单体C各自在阻垢分散剂中的含量。

{(c_k1,c_k2)}应满足约束，即

即

由公式(7)所决定的区域E落于矩形R＝[0.1225，0.49]×[2/11，0.5]中，因此，若在矩形R之中给出一个均匀设计，其中落在E的点可以视为在E上的一个均匀设计。

将变换后的点{(c_k1，c_k2)}通过线性变换到矩形R上去，其变换为

{(c′_k1，c′_k2)}为矩形R中的点，落在区域E之内的点记为

并在试验点编号上加了“*”，未加“*”的表示落在E之外，例如表4中试验点1的(c_k1，c_k2)为(1/44，17/44)，对应的(c′_k1，c′_k2)为(0.1309，0.3048)，(0.1309，0.3048)在区域E中，试验点1编号上加“*”，最终得到有约束条件的配方设计表，见表5。

表5有约束条件的配方设计表

No.	q<sub>k1</sub>	q<sub>k2</sub>	c<sub>k1</sub>	c<sub>k2</sub>	c′<sub>k1</sub>	c′<sub>k2</sub>
							1*	1	9	1/44	17/44	0.1309	0.3048
2	2	18	3/44	35/44	0.1476	0.4349
							3	3	4	5/44	7/44	0.1643	0.2324
4*	4	13	7/44	25/44	0.1810	0.3626
							5	5	22	9/44	43/44	0.1977	0.4928
6*	6	8	1/4	15/44	0.2144	0.2903
							7*	7	17	13/44	3/4	0.2311	0.4205
8*	8	3	15/44	5/44	0.2478	0.2180
							9*	9	12	17/44	23/44	0.2645	0.3481
10	10	21	19/44	41/44	0.2812	0.4783
							11*	11	7	21/44	13/44	0.2979	0.2758
12*	12	16	23/44	31/44	0.3146	0.4060
							13	13	2	25/44	3/44	0.3313	0.2035
14*	14	11	27/44	21/44	0.3480	0.3337
							15	15	20	29/44	39/44	0.3647	0.4638
16	16	6	31/44	11/44	0.3814	0.2614
							17*	17	15	3/4	29/44	0.3981	0.3915
18	18	1	35/44	1/44	0.4148	0.1890
							19*	19	10	37/44	19/44	0.4315	0.3192
20	20	19	39/44	37/44	0.4482	0.4494
							21	21	5	41/44	9/44	0.4649	0.2469
22	22	14	43/44	27/44	0.4816	0.3771

由表3知，编号为1，4，6，7，8，9，11，12，14，17，19的点落在E内。由这些点通过公式(5)变换获得落在公式(7)所决定的区域E所规定区域的11个试验点，它们列在表6之中，见表6。

表6试验方案

No.	单体A含量	单体B含量	单体C含量
				1	63.8％	25.1％	11.0％
2	57.5％	27.1％	15.4％
				3	53.7％	32.9％	13.4％
4	51.9％	27.9％	20.2％
				5	50.2％	38.9％	10.9％
6	48.6％	33.5％	17.9％
				7	45.4％	39.5％	15.1％
8	43.9％	33.3％	22.8％
				9	41.0％	39.3％	19.7％
10	36.9％	38.4％	24.7％
				11	34.3％	44.7％	21.0％

根据表3中黄河干流主要离子浓度的算术平均值配制试验水，试验水水质指标见表7。

表7有约束条件的混料均匀设计试验水水质指标

补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	1/2Mg<sup>2+</sup>	碱度	Cl<sup>-</sup>	pH
						浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	2.585	1.983	3.337	1.833	8.12

有约束条件的混料均匀设计试验试验方法采用HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》，根据火力发电厂循环冷却水***实际的运行条件和经验总结，有约束条件的混料均匀设计试验，试验水水温为40℃，阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)为6mg/L。

采用实施例1现有试验法求出表6中试验点的K_Lim，试验结果见表8。

表8有约束条件的混料均匀设计试验蒸发试验结果

No.	单体A含量	单体B含量	单体C含量	K<sub>Lim</sub>
					1	63.8％	25.1％	11.0％	4.892
2	57.5％	27.1％	15.4％	4.881
					3	53.7％	32.9％	13.4％	4.971
4	51.9％	27.9％	20.2％	3.952
					5	50.2％	38.9％	10.9％	4.741
6	48.6％	33.5％	17.9％	4.816
					7	45.4％	39.5％	15.1％	5.227
8	43.9％	33.3％	22.8％	4.443
					9	41.0％	39.3％	19.7％	4.953
10	36.9％	38.4％	24.7％	4.467
					11	34.3％	44.7％	21.0％	3.516

3.方程K_Lim的建立

根据经验总结，构建如下模型：

式中，α、β为待定系数；x₁为单体A的含量；x₂为B的含量；y为极限浓缩倍数K_Lim。

通过数理统计计算软件，选择向后选择法，向后选择法的基本思想是：从所有变量一次加入回归方程开始，然后按顺序剔除对回归方程影响不显著的变量。一个备选变量如果与因变量的偏相关系数是最小的，且其F值小于“剔出标准”，则被剔出模型。下一个被剔出模型的自变量是在剩余的自变量中偏相关系数最小，且其F值小于“剔出标准”的备选变量。这种迭代过程一直进行下去，直到再也没有备选自变量符合“剔出标准”为止。一旦一个变量被从模型中剔出，它就不能在下一步再重新进入模型。

显著性水平α取0.1，F_in＝0.05，F_out＝0.1进行回归分析，回归方程如下：

回归方程系数、模型汇总、回归方程显著性检验均由数理统计计算软件给出，用于反映回归方程拟合效果和是否有统计学意义，分别见表9、表10、表11。

表9回归方程(10)的回归方程系数

表10回归方程(10)模型汇总

模型	R	R<sup>2</sup>	标准估计的误差
				1	0.949	0.900	0.22473

表11回归方程(10)回归方程显著性检验

模型	平方和	d<sub>f</sub>	均方	F	sig
						回归	2.265	5	0.454	8.869	0.015
残差	0.253	5	0.051	\	\
						总计	2.517	10	\	\	\

回归方程(10)的验证试验，试验方法及条件采用HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》。单体A、单体B、单体C含量随机给出，总和为1，即100％，但单体A、单体B、单体C含量均应在约束条件以内，即单体A 30％～65％、单体B 25％～45％和单体C10％～25％，见表12。

表12验证试验单体A、单体B、单体C含量表

序号	单体A含量	单体B含量	单体C含量
				1	0.567	0.312	0.121
2	0.504	0.298	0.198
				3	0.486	0.321	0.193
4	0.356	0.409	0.235
				5	0.379	0.425	0.196
6	0.404	0.423	0.173

采用实施例1现有试验法求出表12中试验点的K_Lim，试验结果见表13。

表13验证试验K_Lim由回归方程(10)得到的计算值和试验值比较表

序号	A	B	C	试验值	计算值	相对误差％
							1	0.567	0.312	0.121	4.706	4.803	2.1
2	0.504	0.298	0.198	4.235	4.378	3.4
							3	0.486	0.321	0.193	4.910	4.790	-2.4
4	0.356	0.409	0.235	4.520	4.403	-2.6
							5	0.379	0.425	0.196	4.353	4.382	0.7
6	0.404	0.423	0.173	4.462	4.430	-0.7

由表13可看出，K_Lim由回归方程(10)计算的计算值和试验值比较接近，误差较小，达到4％以内，说明了回归方程(10)用于计算K_Lim的普遍适用性(补充水的水质指标为黄河干流主要离子浓度的算术平均值)，为得到K_Lim最大时，单体A、单体B、单体C的最佳含量提供理论依据。

通过数学计算软件计算回归方程(10)在单体A含量在30％～65％、单体B含量在25％～45％、单体C含量在10％～25％下的最大值。

回归方程(10)在约束条件下取得最大时的单体A含量61.2％、单体B含量25.1％、单体C含量13.7％，因此最优配比为：单体A含量61.2％、单体B含量25.1％、单体C含量13.7％。

将单体A含量＝61.2％，单体B含量＝25.1％，单体C含量＝13.7％代入回归方程(10)，得K_Lim的计算值为5.162。

最优配比的验证试验，试验方法及条件采用HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》。其中单体A含量61.2％、单体B含量25.1％、单体C含量13.7％。

采用实施例1现有试验法求出最优配比下的K_Lim，K_Lim的试验值为5.235，与计算值相对误差为-1.4％。

4.确水质变量x的选取以及相应K_Lim方程的建立

根据经验水质变量x中的次要水质指标有Mg²⁺、SiO₂、COD_Mn、SO₄ ^2-等，与主要主要水质指标有Ca²⁺、碱度、pH相比，影响较小，因而在最优成分下影响循环水结碳酸盐结垢的主要因素与K_Lim的关系式推导过程中舍弃。

由表1知黄河干流、支流主要离子中1/2Ca²⁺浓度的取值范围大部分在2.0～4.5mmol/L，碱度取值范围大部分在1.5～5.0mmol/L，pH的取值范围大部分在7.65～8.45。因而1/2Ca²⁺浓度取值范围：2.0～4.5mmol/L，碱度取值范围：1.5～5.0mmol/L，pH取值范围：7.65～8.45。

确定阻垢分散剂变量y中阻垢剂剂量的取值范围：根据经验，阻垢剂剂量(A、B、C剂量之和)取值范围为2～10mg/L。

确定t的取值范围：根据循环冷却水实际运行的水温情况和经验，t的取值范围为35～50℃。

确定建立最优配比(即单体A含量61.2％、单体B含量25.1％、单体C含量13.7％)下影响循环水结碳酸盐结垢的Ca²⁺浓度、碱度、pH、温度、阻垢剂剂量五个主要因素与K_Lim的关系式所需的均匀试验方案。

根据试验条件允许和精度要求，同时考虑不同因素对K_Lim的影响程度，水质变量x选择6个水平，水温变量t选择4个水平，阻垢分散剂变量y选择3个水平。查找并使用混合水平均匀试验表U₁₂(6¹×4¹×3¹)，见表14。

表14 U₁₂(6¹×4¹×3¹)

根据水质变量x中Ca²⁺、碱度、pH取值范围要求，选择6个以黄河水源为补充水的火力发电厂补充水水质参数作为水质变量x的6个水平，试验水水质参数见表15。

表15混合水平均匀试验方案试验水水质参数

根据水温变量t的取值范围要求，水温变量t的4个水平为35℃、40℃、45℃、50℃。

根据阻垢分散剂变量y中阻垢剂剂量取值范围的要求，阻垢剂剂量(A、B、C剂量之和)的3个水平为2mg/L、6mg/L、10mg/L。

由表14和水质变量x、阻垢分散剂变量y、水温变量t选择的水平值，得到了建立水质变量x、阻垢分散剂变量y、水温变量t与K_Lim的关系式所需的均匀试验表，见表16。

表16水质变量x、阻垢分散剂变量y、水温变量t与K_Lim的均匀试验表。

建立水质变量x、阻垢分散剂变量y、水温变量t与K_Lim的关系式所需要的蒸发浓缩试验的试验方法采用HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》，试验水的水质指标由表15给出，试验水的水温由表16给出，阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)由表16给出。

采用实施例1现有试验法求出表16中试验点的K_Lim，试验结果见表17。

表17水质变量x、阻垢分散剂变量y、水温变量t与K_Lim的蒸发浓缩试验结果

蒸发浓缩试验的试验结果处理，根据以往经验，构建如下模型：

式中，α、β为待定系数；x₁为1/2Ca²⁺浓度，mmol/L；x₂为碱度，mmol/L；x₃为pH；T为温度，℃；d为阻垢剂量，mg/L；y为极限浓缩倍数K_Lim。

通过数理统计计算软件，选择向后选择法，显著性水平α取0.1，F_in＝0.05，F_out＝0.1进行回归分析，回归方程如下：

回归方程系数、模型汇总、回归方程显著性检验均由数理统计计算软件给出，用于反映回归方程的拟合效果和是否有统计学意义，分别见表18、表19、表20。

表18回归方程(12)的回归方程系数

表19回归方程(12)模型汇总

模型	R	R<sup>2</sup>	标准估计的误差
				1	0.949	0.900	0.22473

表20回归方程(12)回归方程显著性检验

模型	平方和	d<sub>f</sub>	均方	F	sig
						回归	3.337	5	0.667	16.871	0.002
残差	0.237	6	0.040	\	\
						总计	3.574	11	\	\	\

回归方程(12)的验证试验，试验方法采用HG/T4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》，试验水的水质指标随机给出，但需满足水质变量x中Ca²⁺、碱度、pH取值范围要求，试验水的水温随机给出，但需满足水温变量t的取值范围要求，阻垢剂剂量的剂量随机给出，但需满足阻垢分散剂变量y中阻垢剂剂量的取值范围的要求，回归方程(12)的验证试验中水质变量x、水温变量t、阻垢分散剂变量y中阻垢剂剂量的取值见表21。

表21回归方程(12)验证试验的试验表

采用实施例1现有试验法求出表21中试验点的K_Lim，试验结果见表22。

表22验证试验K_Lim由回归方程(12)计算的计算值和试验值比较表

由表22可看出，K_Lim由回归方程(12)计算的计算值和试验值比较接近，误差较小，达到4％以内，说明了回归方程(12)用于计算K_Lim的普遍适用性(阻垢分散剂成分应为最优配方，即单体A含量61.2％、单体B含量25.1％、单体C含量13.7％)。

下面通过实际的应用例对本发明的公式进一步说明。

应用例1

某火力发电厂循环冷却水***的补充水为黄河水，补充水水质指标见表23。

表23补充水水质指标

补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	1/2Mg<sup>2+</sup>	碱度	Cl<sup>-</sup>	pH
						浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	2.590	2.014	3.340	3.453	8.13

该厂循环冷却水***所用阻垢分散剂的成分为有机膦系阻垢剂(记作单体A)，含量55.6％；均聚合物分散剂(记作单体B)含量26.8％；共聚物分散剂(记作单体C)含量17.6％。

补充水水质中的Ca²⁺、碱度、pH与黄河干流主要离子浓度的算术平均值接近(Mg²⁺、Cl^-不是影响碳酸盐结垢的主要因素)，可利用公式(10)计算K_Lim。

采用实施例1现有试验法求出试验值K_Lim为4.567。试验方法采用HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》，试验水水温为40℃，阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)为6mg/L。

由公式(10)直接计算得到的计算值K_Lim为4.525。

计算值与试验值的相对误差为-0.9％。

应用例2

某火力发电厂循环冷却水***的补充水为黄河水，补充水水质指标见表24。

表24补充水水质指标

补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	1/2Mg<sup>2+</sup>	碱度	Cl<sup>-</sup>	pH
						浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	2.579	1.920	3.321	2.675	8.11

该厂循环冷却水***所用阻垢分散剂的成分为有机膦系阻垢剂(记作单体A)，含量62.1％；均聚合物分散剂(记作单体B)含量27.5％；共聚物分散剂(记作单体C)含量10.4％。

补充水水质中的Ca²⁺、碱度、pH与黄河干流主要离子浓度的算术平均值接近(Mg²⁺、Cl^-不是影响碳酸盐结垢的主要因素)，可利用公式(10)计算K_Lim。采用实施例1现有试验法求出试验值K_Lim为4.478。试验方法采用HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》，试验水水温为40℃，阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)为6mg/L。

由公式(10)直接计算得到的计算值K_Lim为4.411，计算值与试验值的相对误差为-1.5％。

应用例3

某火力发电厂循环冷却水***的补充水为黄河水，补充水水质指标见表25。

表25补充水水质指标

补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	1/2Mg<sup>2+</sup>	碱度	Cl<sup>-</sup>	pH
						浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	2.588	1.971	3.332	1.852	8.12

该厂循环冷却水***所用阻垢分散剂的成分为有机膦系阻垢剂(记作单体A)，含量60.3％；均聚合物分散剂(记作单体B)含量25.7％；共聚物分散剂(记作单体C)含量14.0％。

采用实施例1现有试验法求出试验值K_Lim为4.863。试验方法采用HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》，试验水水温为40℃，阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)为6mg/L。

由公式(10)直接计算得到的计算值K_Lim为4.905。计算值与试验值的相对误差为0.9％。

应用例4

应用例1中的火力发电厂的循环冷却水***所用阻垢分散剂的成分若更改为适用于黄河水系的阻垢分散剂成分最佳配比，即有机膦系阻垢剂(记作单体A)，含量61.2％；均聚合物分散剂(记作单体B)含量25.1％；共聚物分散剂(记作单体C)含量13.7％。

采用实施例1现有试验法求出试验值K_Lim为5.235。试验方法采用HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》。试验水水温为40℃，阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)为6mg/L。

试验值K_Lim由原来的4.567提升至5.235，说明了阻垢分散剂最佳配方相对于其它比例的优越性，即对K_Lim的提升。

应用例5

某火力发电厂循环冷却水***的补充水为黄河水，该厂循环冷却水***所用阻垢分散剂的成分选用适用于黄河水系的阻垢分散剂成分最佳配比，即有机膦系阻垢剂(记作单体A)，含量61.2％；均聚合物分散剂(记作单体B)含量25.1％；共聚物分散剂(记作单体C)含量13.7％。该厂原补充水水质指标见表26。

表26原补充水水质指标

原补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	碱度	pH
				浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	2.480	2.870	8.15

原循环水冷却水的运行温度为40℃，原循环水冷却水阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)为2mg/L。

采用实施例1现有试验法求出原循环冷却水***的试验值K_Lim为3.982。由公式(12)得到的计算值K_Lim为4.053，与试验值的相对误差1.8％。

由于补充水水质变化和运行工况改变，现补充水水质指标见表27。

表27现补充水水质指标

现补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	碱度	pH
				浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	3.911	4.723	8.25

现循环水冷却水的运行温度为45℃，现循环水冷却水阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)为6mg/L。

采用实施例1现有试验法求出现循环冷却水***的试验值K_Lim为4.421。试验方法采用HG/T 4541-2013《水处理剂阻垢性能的测定极限碳酸盐法》。

由公式(12)得到的计算值K_Lim为4.551，与试验值的相对误差2.9％。

可以看出，循环冷却水***的补充水质和运行工况改变前后，试验值K_Lim由3.982变为4.421，计算值K_Lim由4.053变为4.551，用计算值代替试验值的相对误差在±4％以内。

应用例6

某火力发电厂循环冷却水***的补充水为黄河水，该厂循环冷却水***所用阻垢分散剂的成分选用适用于黄河水系的阻垢分散剂成分最佳配比，即有机膦系阻垢剂(记作单体A)，含量61.2％；均聚合物分散剂(记作单体B)含量25.1％；共聚物分散剂(记作单体C)含量13.7％。该厂原补充水水质指标见表28。

表28原补充水水质指标

原补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	碱度	pH
				浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	2.912	3.672	8.17

原循环水冷却水的运行温度为40℃，原循环水冷却水阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)为4mg/L。

采用实施例1现有试验法求出原循环冷却水***的试验值K_Lim为4.123。由公式(12)直接计算得到的计算值K_Lim为4.185，与试验值的相对误差1.5％。

由于补充水水质变化和运行工况改变，现补充水水质指标见表29。

表29现补充水水质指标

现补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	碱度	pH
				浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	3.522	4.211	8.23

现循环水冷却水的运行温度为40℃，现循环水冷却水阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)为6mg/L。

采用实施例1现有试验法求出现循环冷却水***的试验值K_Lim为4.145。

由公式(12)直接计算得到的计算值K_Lim为4.176，与试验值的相对误差0.7％。

可以看出，循环冷却水***的补充水质和运行工况改变前后，试验值K_Lim由4.123变为4.145，计算值K_Lim由4.185变为4.176，用计算值代替试验值的相对误差在±4％以内。

应用例7

某火力发电厂循环冷却水***的补充水为黄河水，该厂循环冷却水***所用阻垢分散剂的成分选用适用于黄河水系的阻垢分散剂成分最佳配比，即有机膦系阻垢剂(记作单体A)，含量61.2％；均聚合物分散剂(记作单体B)含量25.1％；共聚物分散剂(记作单体C)含量13.7％。该厂原补充水水质指标见表30。

表30原补充水水质指标

原补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	碱度	pH
				浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	4.122	4.218	8.32

原循环水冷却水的运行温度为45℃，原循环水冷却水阻垢分散剂总剂量(A、B、C剂量之和)为10mg/L。

采用实施例1现有试验法求出原循环冷却水***的试验值K_Lim为4.469。由公式(12)直接计算得到的计算值K_Lim为4.558，与试验值的相对误差2.0％。

由于补充水水质变化和运行工况改变，现补充水水质指标见表31。

表31现补充水水质指标

现补充水水质	1/2Ca<sup>2+</sup>	碱度	pH
				浓度/mmol·L<sup>-1</sup>	2.873	3.528	8.19

采用实施例1现有试验法求出现循环冷却水***的试验值K_Lim为4.402。

由公式(12)直接计算得到的计算值K_Lim为4.382，与试验值的相对误差-0.5％。

可以看出，循环冷却水***的补充水质和运行工况改变前后，试验值K_Lim由4.469变为4.402，计算值K_Lim由4.558变为4.382，用计算值代替试验值的相对误差在±4％以内。

可以看出，应用例4用来说明根据公式(10)求出的阻垢分散剂最佳配方相对于其它比例的优越性。试验值可理论上认为是真实值，用来说明K_Lim的提升更有说服力。

公式(10)K_Lim公式控制了水质变量、温度、阻垢剂剂量这些变量，仅考虑阻垢分散剂成分对K_Lim的影响，因为水质采用黄河水的平均值，对整个黄河水系具有一定的代表性，也是最佳配方适用于整个黄河水系的理论基础，当补充水水质、阻垢剂剂量、温度与混料均匀设计试验中试验条件一致或相近时，可使用其计算K_Lim。

公式(12)K_Lim关系式将阻垢分散剂成分确定后(根据公式(10)得到的最优配方)，由Ca²⁺浓度、碱度、pH、温度、阻垢剂剂量五个主要因素，即可计算求出K_Lim。两公式可单独使用。

Claims

1.一种阻垢分散剂，其特征在于，以重量百分比记，由有机膦系阻垢剂A 30％～65％、均聚合物分散剂B 25％～45％和共聚物分散剂C 10％～25％。

2.根据权利要求1所述的阻垢分散剂，其特征在于，所述有机膦系阻垢剂A优选1-羧基亚乙基-1,1二膦酸(HEDP)，均聚合物分散剂B优选聚丙烯酸(PAA)，共聚物分散剂C优选丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)。

3.一种利用权利要求1或2所述的阻垢分散剂计算循环冷却水通用极限浓缩倍数的方法，其特征在于，所述通用极限浓缩倍数计算公式为：

式中x₁、x₂分别为阻垢分散剂A、B的重量百分含量。

4.根据权利要求3所述利用阻垢分散剂计算循环冷却水通用极限浓缩倍数的方法，其特征在于，当K_Lim最大时阻垢分散剂的成分为：有机膦系阻垢剂A为61.2％，均聚合物分散剂B为25.1％，共聚物分散剂C为13.7％。

5.权利要求3或4所述的方法在黄河水系循环水***中的应用。