冷卻水動(dòng)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(kāi)式循環(huán)冷卻水動(dòng)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(kāi)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(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，也適用于中型動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)定  摩爾法

GB 6905.3   鍋爐用水和冷卻水分析方法   氯化物的測(cè)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(cè)定法

GB 6909.1   鍋爐用水和冷卻水分析方法   硬度的測(cè)定   高硬水

GB 6910    鍋爐用水和冷卻水分析方法   鈣的測(cè)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(cè)定  重量法

GB 6911.2   鍋爐用水和冷卻水分析方法   硫酸鹽的測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定   總無(wú)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(cè)定   總磷酸鹽

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

HG 5-1502   工業(yè)循環(huán)冷卻水中堿度測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定方法

2． 0方法提要

冷卻水動(dòng)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(chǎng)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(píng)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(duì)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(zhǎng)度根據(jù)試驗(yàn)管長(zhǎng)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(wú)縫金屬管多根組成（亦可根據(jù)需要選用其它尺寸），每根長(zhǎng)度在150-230mm不等。

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

4．1．2．3內(nèi)壁要求無(wú)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(shí)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(dòng)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(cè)溫元件：鉑電阻（BA₂）或其它材質(zhì)的測(cè)溫電阻，能自動(dòng)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(shí)就考慮便于拆卸清洗。亦可用自動(dòng)調(diào)節(jié)流量計(jì)。

4．3．3過(guò)程控制和進(jìn)口溫度控制：試驗(yàn)過(guò)程中可用單征機(jī)控制和處理數(shù)據(jù)。進(jìn)口水溫波動(dòng)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(wú)法采用時(shí)，可根據(jù)其水中主要成分自行配水。

5．2配制水應(yīng)對(duì)其主要萬(wàn)分含量進(jìn)行分析，與原水相比相對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)度不得大于換熱器的長(zhǎng)度。

6．1．2表面處理：先用粗砂紙[通常粒度為60（2號(hào)）]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(hào)）]進(jìn)一步打磨，然后按GB5776附錄A對(duì)試驗(yàn)管進(jìn)行清洗。

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

6．1．4裝管和測(cè)量尺寸：將已稱(chēng)重過(guò)的不同長(zhǎng)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(cè)量其有效傳熱長(zhǎng)度t（m），準(zhǔn)確至1mm。

計(jì)算有效傳熱長(zhǎng)度公式：

 t=t₁-t₂………………………………………..(1)

式中：     t—試驗(yàn)管有效傳熱長(zhǎng)度，m；

t₁—換熱器有效長(zhǎng)度，m；

t₂—聯(lián)接接頭總長(zhǎng)度，m。

6．1．5記錄：將各試驗(yàn)管的重量、長(zhǎng)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(duì)流量、溫度、PH值等計(jì)量?jī)x表進(jìn)行校正。

6．3清洗

每次試驗(yàn)前用自來(lái)水進(jìn)行系統(tǒng)清洗。需要時(shí)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(shí)，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(shí)，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(kāi)機(jī)

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

7．2清潔管熱阻測(cè)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(shí)后，可每隔15-30min測(cè)量冷卻水進(jìn)出口溫度和蒸汽溫度共8次。測(cè)量時(shí)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(zhǎng)度,m; 

3600—從小時(shí)換算為秒的數(shù)值.

7．3瞬時(shí)污垢熱阻測(cè)定

測(cè)定清潔管熱阻r后，可每隔2小時(shí)按7.2方法測(cè)定以m²．℃/w表示的瞬時(shí)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(shí)進(jìn)口溫度，℃；

t_出—冷卻水瞬時(shí)出口溫度，℃；

t^/_出—清潔管時(shí)冷卻水出口溫度，℃；

t^/_進(jìn)—清潔管時(shí)冷卻水進(jìn)口溫度，℃； 

t—試驗(yàn)管有效換熱長(zhǎng)度,m。.

7．4濃縮倍數(shù)、極限碳酸鹽硬度和蒸發(fā)量的測(cè)定

在不排污情況下，每隔2小時(shí)按GB6905氯化物的測(cè)定、GB10539鉀離子的測(cè)定和HG5-1502堿度測(cè)定：

a． 總堿度（M）；b、鉀離子（無(wú)藥劑干擾時(shí)，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(shí)的濃縮倍數(shù);

M^/_循—循環(huán)冷卻水瞬時(shí)的總堿度,mg/L;

M^/_補(bǔ)—補(bǔ)充水瞬時(shí)的總堿度,mg/L。

當(dāng)M^/_循值符合式（5）時(shí)，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(cè)定項(xiàng)目

除鉀離子、氯化物和堿度必須測(cè)定外，其余化學(xué)分析測(cè)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(guò)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(shí)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(cè)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(cè)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(chēng)重，其體積和質(zhì)量分別為V₂和C₃。

8．6將試驗(yàn)管剖開(kāi)，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(shí)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(cè)定方法見(jiàn)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(shí)間，d。

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

a、曲線法：按7.3測(cè)出的瞬時(shí)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(shí)間（d）為橫座標(biāo)，用微機(jī)或人工繪制污垢熱阻—時(shí)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(cè)曲線的兩個(gè)點(diǎn)。這兩個(gè)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(shí)間的瞬時(shí)污垢熱阻，m²．℃/w；

r_s1（d₃）—運(yùn)行d₃時(shí)間的瞬時(shí)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(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定。

10．0允許差

       兩次平行測(cè)定結(jié)果的允許差如下列表：

表1   腐蝕率測(cè)定的允許差            mm/年

表2   污垢沉積率測(cè)定的允許差         mg/cm².月

表3   平均垢厚測(cè)定的允許差            mm

表4   垢密度測(cè)定的允許差           g/cm²

表5  年污垢熱阻測(cè)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(hào)、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。