冷卻水動態(tài)模擬試驗(yàn)

1．0主題內(nèi)容與適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了敞開式循環(huán)冷卻水動態(tài)模擬試驗(yàn)的適用范圍、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，金屬材質(zhì)（包括黑色、有色金屬）間壁式換熱設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行小型動態(tài)模擬試驗(yàn)，也適用于中型動態(tài)模擬試驗(yàn)。現(xiàn)場監(jiān)測換熱器試驗(yàn)亦可參照使用。

1． 0引用標(biāo)準(zhǔn)

GB J 50     工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范

GB 5776    金屬材料在表面海水中常規(guī)暴露腐蝕試驗(yàn)方法

GB 6903     鍋爐用水和冷卻水分析方法   通則

GB 6904.1   鍋爐用水和冷卻水分析方法   PH測定  玻璃電極法

GB 6905.1   鍋爐用水和冷卻水分析方法   氯化物的測定  摩爾法

GB 6905.3   鍋爐用水和冷卻水分析方法   氯化物的測定  汞鹽滴定法

GB 6907    鍋爐用水和冷卻水分析方法   水樣的采集方法

GB 6908    鍋爐用水和冷卻水分析方法   電導(dǎo)率的測定法

GB 6909.1   鍋爐用水和冷卻水分析方法   硬度的測定   高硬水

GB 6910    鍋爐用水和冷卻水分析方法   鈣的測定  絡(luò)合滴定法

GB 6911.1   鍋爐用水和冷卻水分析方法   硫酸鹽的測定  重量法

GB 6911.2   鍋爐用水和冷卻水分析方法   硫酸鹽的測定  鉻酸鋇光度法

GB 6911.3   鍋爐用水和冷卻水分析方法   硫酸鹽的測定  電位滴定法

GB 6912.1   鍋爐用水和冷卻水分析方法   硝酸鹽和亞硝酸鹽的測定  硝酸鹽紫外光度法

GB 6912.2   鍋爐用水和冷卻水分析方法   硝酸鹽和亞硝酸鹽的測定   亞硝酸鹽紫外光度法

GB 6912.3  鍋爐用水和冷卻水分析方法   硝酸鹽和亞硝酸鹽的測定   α-萘胺鹽酸鹽光度法

GB 6913.1   鍋爐用水和冷卻水分析方法   磷酸鹽的測定   正磷酸鹽

GB 6913.2   鍋爐用水和冷卻水分析方法   磷酸鹽的測定   總無機(jī)磷酸鹽

GB 6913.3   鍋爐用水和冷卻水分析方法   磷酸鹽的測定   總磷酸鹽

GB 10539    鍋爐用水和冷卻水分析方法   鉀離子的測定   火焰光光度法

HG 5-1502   工業(yè)循環(huán)冷卻水中堿度測定方法

HG 5-1526   冷卻水化學(xué)處理標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試片技術(shù)條件

HG 5-1600   工業(yè)循環(huán)冷卻水水污垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法規(guī)則

HG 5-1601   工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物試樣的調(diào)查、采取和制備

HG 5-1602   工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中水份含量測定方法

HG 5-1603   工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中硫化亞鐵含量測定方法

HG 5-1604   工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中灼燒失重測定方法

HG 5-1605   工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中酸不溶物、磷、鐵、鋁、鈣、鎂、鋅、銅含量測定方法

HG 5-1606   工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中硫酸鹽含量測定方法

HG 5-1607   工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中二氧化碳含量測定方法

2． 0方法提要

冷卻水動態(tài)模擬試驗(yàn)方法是在實(shí)驗(yàn)室給定條件下，用常壓下飽和水蒸汽或熱水加熱換熱器，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場的流速、流態(tài)、水質(zhì)、金屬材質(zhì)、換熱強(qiáng)度和冷卻水進(jìn)出口溫度等主要參數(shù)，以評定水處理劑的緩蝕和阻垢性能。

3． 0試驗(yàn)裝置

4．1換熱器系統(tǒng)

4．1．1換熱器

4．1．1．1由耐蝕的金屬材質(zhì)制造，外壁有良好的保溫層。

4．1．1．2熱介質(zhì)為常壓下飽和水蒸汽，對于換熱強(qiáng)度小的試驗(yàn)，熱水也可參照使用。

4．1．1．3換熱器的有效長度根據(jù)試驗(yàn)管長度而定，一般不小于500mm。

4．1．2試驗(yàn)管

4．1．2．1尺寸：直徑為10mm×1mm無縫金屬管多根組成（亦可根據(jù)需要選用其它尺寸），每根長度在150-230mm不等。

4．1．2．2材質(zhì)：20號上等碳素鋼（GB699），亦可選用與所模擬現(xiàn)場設(shè)備相同的金屬材料。

4．1．2．3內(nèi)壁要求無明顯的缺陷，如麻點(diǎn)、裂紋、銹蝕等，兩端有正反扣螺紋（亦可采用其它聯(lián)接方法），外壁鍍硬鉻。

4．1．3聯(lián)接接頭

4．1．3．1尺寸：外徑不小于23mm，內(nèi)孔兩頭有正反扣螺紋。

4．1．3．2材質(zhì)：耐磨填充聚四氟乙烯。

4．2冷卻塔系統(tǒng)

4．2．1集水池

4．2．1．1容積：一般按循環(huán)冷卻水每小時用水量的1/2-1/5計(jì)算。

4．2．1．2材質(zhì)：硬質(zhì)塑料。

4．2．1．3液位應(yīng)恒定，并能自動控制和加入補(bǔ)充水。

4．2．2冷卻塔

4．2．2．1尺寸：應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁亍穸群凸に嚿蠝夭顩Q定。通常直徑為220mm、高150mm，填料高度為其塔身的3/4左右，冷卻幅度可達(dá)10-15℃。

4．2．2．2材質(zhì)：硬質(zhì)塑料。

4．2．2．3填料：聚丙烯鮑爾環(huán)，尺寸20mm ×20mm（或冷卻效果相近的填料也可）。

4．2．3風(fēng)機(jī)：全封閉軸流風(fēng)機(jī)，一般功率約大于100W。

4．2．4水泵：一般采用揚(yáng)程4m，流量1.32m³/h。

4．3儀表系統(tǒng)

4．3．1測溫元件：鉑電阻（BA₂）或其它材質(zhì)的測溫電阻，能自動打印或數(shù)字顯示（分辨率在0.1℃）。

4．3．2流量計(jì)：可用手控轉(zhuǎn)子流量計(jì)，*小分度值小于控制值±2%，其手控閥采用針形閥，安裝時就考慮便于拆卸清洗。亦可用自動調(diào)節(jié)流量計(jì)。

4．3．3過程控制和進(jìn)口溫度控制：試驗(yàn)過程中可用單征機(jī)控制和處理數(shù)據(jù)。進(jìn)口水溫波動不大于±0.2℃。

4．4管路系統(tǒng)

4．4．1管道：用耐蝕管材，并有良好保溫。

4．4．2排污：用流量計(jì)或其它方式控制。

4． 0試驗(yàn)水質(zhì)

5．1試驗(yàn)水質(zhì)采用實(shí)際工況用水，若無法采用時，可根據(jù)其水中主要成分自行配水。

5．2配制水應(yīng)對其主要萬分含量進(jìn)行分析，與原水相比相對誤差±2.5%。

5． 0試驗(yàn)準(zhǔn)備

6．1試驗(yàn)管前處理

6．1．1選管：每組試驗(yàn)選擇三根不同長度的試驗(yàn)管（4.1.2）和相應(yīng)的聯(lián)接接頭（4.1.3）。聯(lián)接好后的管其總長度不得大于換熱器的長度。

6．1．2表面處理：先用粗砂紙[通常粒度為60（2號）]將試驗(yàn)管內(nèi)坑蝕、點(diǎn)蝕磨平，再用細(xì)砂紙[通常粒度為150（2/0號）]進(jìn)一步打磨，然后按GB5776附錄A對試驗(yàn)管進(jìn)行清洗。

6．1．3稱重：碳鋼及低合金鋼稱準(zhǔn)至1mg，耐蝕材料稱準(zhǔn)至0.5mg。如用大口徑試驗(yàn)管時，可稱準(zhǔn)至5mg。

6．1．4裝管和測量尺寸：將已稱重過的不同長度試驗(yàn)管（4.1.2）與接頭（4.1.3）聯(lián)接。嚴(yán)格檢查聯(lián)接處是否漏水，然后測量其有效傳熱長度t（m），準(zhǔn)確至1mm。

計(jì)算有效傳熱長度公式：

 t=t₁-t₂………………………………………..(1)

式中：     t—試驗(yàn)管有效傳熱長度，m；

t₁—換熱器有效長度，m；

t₂—聯(lián)接接頭總長度，m。

6．1．5記錄：將各試驗(yàn)管的重量、長度、腐蝕面積、傳熱面積和排列位置等分別記錄在附錄A表A₂的表格中。

6．2儀表校正

應(yīng)事先對流量、溫度、PH值等計(jì)量儀表進(jìn)行校正。

6．3清洗

每次試驗(yàn)前用自來水進(jìn)行系統(tǒng)清洗。需要時亦可用5%鹽酸溶液（含水1%六次甲基四胺）進(jìn)行清洗，若管道材質(zhì)是不銹鋼，可用硫酸或硝酸溶液清洗。

6．4預(yù)膜及水處理劑投加方式

試驗(yàn)管若要預(yù)膜時，可待上述6.1-6.3工作完畢后，直接一次性投加預(yù)膜劑于集水池中正常運(yùn)行時，必須均勻地投加水處理劑于集水池中。

6． 0試驗(yàn)步驟

7． 1開機(jī)

每次開機(jī)時，必須先開水泵，然后再通入蒸汽或加熱產(chǎn)生的蒸汽。停機(jī)時應(yīng)先停止加熱（或蒸汽），30min后再停水泵。

7．2清潔管熱阻測定

待蒸汽溫度和冷卻水流量已達(dá)規(guī)定值，并穩(wěn)定2-6小時后，可每隔15-30min測量冷卻水進(jìn)出口溫度和蒸汽溫度共8次。測量時應(yīng)晉嚴(yán)格地將流量、進(jìn)口溫度，蒸汽溫度控制在規(guī)定值。用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法舍去其中異常值，求出其算術(shù)平均值，清潔管熱阻r按式（2）計(jì)算：

………………………………….(2)

式中:               r—清潔管熱阻,m²．℃/w； 

d₁—試驗(yàn)管內(nèi)徑，m；

G—冷卻水流量，kg/h；

T—蒸汽溫度；℃；

t^/_出—冷卻水出口溫度；℃；

t^/_進(jìn)—冷卻水進(jìn)口溫度；℃；

 4186.8—水的熱容,J/kg．℃;

l—試驗(yàn)管有效換熱長度,m; 

3600—從小時換算為秒的數(shù)值.

7．3瞬時污垢熱阻測定

測定清潔管熱阻r后，可每隔2小時按7.2方法測定以m²．℃/w表示的瞬時污垢熱阻，由式（3）計(jì)算：

……………….（3）

式中：               r—清潔管熱阻,m²．℃/w；

d₁—試驗(yàn)管內(nèi)徑，m；

G—冷卻水流量，kg/h；

T—蒸汽溫度，℃；

t_進(jìn)—冷卻水瞬時進(jìn)口溫度，℃；

t_出—冷卻水瞬時出口溫度，℃；

t^/_出—清潔管時冷卻水出口溫度，℃；

t^/_進(jìn)—清潔管時冷卻水進(jìn)口溫度，℃； 

t—試驗(yàn)管有效換熱長度,m。.

7．4濃縮倍數(shù)、極限碳酸鹽硬度和蒸發(fā)量的測定

在不排污情況下，每隔2小時按GB6905氯化物的測定、GB10539鉀離子的測定和HG5-1502堿度測定：

a． 總堿度（M）；b、鉀離子（無藥劑干擾時，亦可選用氯離子）。

7．4．1濃縮倍數(shù)的計(jì)算

N=K_循/K_{補(bǔ)…………………………………..}(4)

7．4．2極限碳酸鹽硬度的計(jì)算：以X10^-3mol/l表示的極限碳酸鹽硬度（M）按式（5）計(jì)算：

N^/=M^/_循/M^/_補(bǔ)＞0.2…………………..(5)

式中:        N^/—循環(huán)冷卻水瞬時的濃縮倍數(shù);

M^/_循—循環(huán)冷卻水瞬時的總堿度,mg/L;

M^/_補(bǔ)—補(bǔ)充水瞬時的總堿度,mg/L。

當(dāng)M^/_循值符合式（5）時，即為極限碳酸鹽硬度M。

7．4．3蒸發(fā)水量的計(jì)算：以m³/h表示的循環(huán)冷卻水蒸發(fā)水量（Q_e）可按附錄D₂計(jì)算。

7．5 排污水量和補(bǔ)充水量的計(jì)算

以m³/h表示的排污水量（Q_b）和補(bǔ)充水量（Q_m）可按附錄D₃計(jì)算。

3． 6分析測定項(xiàng)目

除鉀離子、氯化物和堿度必須測定外，其余化學(xué)分析測定項(xiàng)目可根據(jù)工藝要求自行決定。

7．7試驗(yàn)周期

連續(xù)試驗(yàn)周期不得少于15天。試驗(yàn)過程中若出現(xiàn)故障，冷卻水循環(huán)中斷次數(shù)不得大于2次，每次時間不得大于6h。

8． 0試驗(yàn)后處理

8．1試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)管取下，觀腐蝕和結(jié)垢情況。分別測定污垢化學(xué)成分，所污垢熱阻r^*_s1，污垢沉積率mcm，平均垢厚X，垢層密度ρ和腐蝕率B，局部腐蝕深度。

8．2將試驗(yàn)管一端緊壓在橡皮膠板上，另一端用滴定管加入蒸汽機(jī)量取體積為V₁，將水放出后，試驗(yàn)管在105℃鼓風(fēng)烘箱中干燥至恒重，其質(zhì)量為G₂。

8． 3用不銹鋼匙輕刮烘干后管內(nèi)污垢，按HG 5-1600~1607方法測定污垢的成分。

8．4上述試驗(yàn)管再按附錄C的方法進(jìn)行處理。

8．5再按8.2方法量取體積和稱重，其體積和質(zhì)量分別為V₂和C₃。

8．6將試驗(yàn)管剖開，仔細(xì)觀察記錄腐蝕形貌，典型的試樣應(yīng)進(jìn)行拍照。

9． 0結(jié)果的表示和計(jì)算

9．1腐蝕：

9．1．1以mm/a表示的所腐蝕率（B）按式（6）計(jì)算： 

B=KG/ATD……………..(6)

式中:          K—3.65X10³;

G—試樣腐蝕后減少的質(zhì)量,g； 

                   T—試驗(yàn)時間，d； 

A—試樣腐蝕面積，cm²；

D—金屬密度，g/cm³，（碳鋼7.85,銅8.94,黃銅8.65，不銹鋼7.92）；

9．1．2以mm表示的局部腐蝕深度，包括平均深度及*大深度，其測定方法見附錄D1.3。

9．2污垢

9．2．1以mg/cm²．月表示的污垢沉積率（mcm）按式（7）計(jì)算：

                             …………(7)

式中：          G₂—試驗(yàn)管試驗(yàn)后的質(zhì)量，mg；

G₃—試驗(yàn)管去除污垢后的質(zhì)量，mg；

A—試驗(yàn)管內(nèi)表面的面積，cm²；

T—試驗(yàn)時間，d。

9．2．2以m²．℃/w表示的所污垢熱阻（r^*_s1）按下列方法測定和計(jì)算：

a、曲線法：按7.3測出的瞬時污垢熱阻r^*_s1用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法舍去異常值，以r^*_s1為縱座標(biāo)，相應(yīng)的時間（d）為橫座標(biāo)，用微機(jī)或人工繪制污垢熱阻—時間曲線。然后取圖中平滑曲線*高的r^*_s1值乘1.1即為年污垢熱阻（r^*_s1）。

b、兩點(diǎn)法：選擇既接**滑曲線又靠近實(shí)測曲線的兩個點(diǎn)。這兩個點(diǎn)必須符合

d₃（天數(shù)）=2d₁（天數(shù)），然后按下式計(jì)算年污垢熱阻r^*_s1：

r^*_s1=r²_s1（d₁）/[2r_s1（d₁）- r_s1（d₃）]………………（8）

式中：          r_s1（d₁）—運(yùn)行d₁時間的瞬時污垢熱阻，m²．℃/w；

r_s1（d₃）—運(yùn)行d₃時間的瞬時污垢熱阻，m²．℃/w。

9．2．3以mm表示的平均垢厚（X）按附錄D式（D1）計(jì)算。

9．2．4以g/cm²表示的垢密度（P）按附錄D式（D2）計(jì)算。

9．2．5以百分?jǐn)?shù)表示的污垢化學(xué)成分含量按HG5-1602~5-1607規(guī)定的測定方法進(jìn)行測定。

10．0允許差

       兩次平行測定結(jié)果的允許差如下列表：

表1   腐蝕率測定的允許差            mm/年

表2   污垢沉積率測定的允許差         mg/cm².月

表3   平均垢厚測定的允許差            mm

表4   垢密度測定的允許差           g/cm²

表5  年污垢熱阻測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差        m²．℃/w

11．0試驗(yàn)報(bào)告主要內(nèi)容

11．1試驗(yàn)管材質(zhì)、牌號、尺寸和處理方式等。

11．2工藝參數(shù)：如濃縮倍數(shù)，PH值范圍，水處理劑含量控制范圍，傳熱面積。

11．3冷卻水進(jìn)出口溫差，換熱強(qiáng)度等。

11．4水質(zhì)分析

11．5試驗(yàn)結(jié)果。