循环冷却水用阻垢剂性能的评定方法分析.pdf

'循环冷却水用阻垢剂性能的评定方法分析冯小丽(神华神东电力有限责任公司，陕西榆林719300)摘要：在工业生产作业中，循环冷却水系统属于重要的部分。然而工业循环冷却水系统结垢问题较为突出，成为了干扰系统正常运行的重要难题。应用阻垢剂进行结垢控制。是确保循环冷却水系统正常运行的有效措施。为确保阻垢剂应用性能，需要采取一定的评定方法，准确而快速的实现阻垢性能评价。本文从多层次重点对循环冷却水用阻垢剂性能评定方法进行分析。关键词：循环冷却水；阻垢剂；性能；评定方法在工业循环冷却水系统运行过程中，受水质、温度及材质等条件综合影响，结垢问题较为突出，成为了影响循环冷却水系统安全稳定运行的重要因素。为有效解决该问题，采取阻垢剂成为了当前所面临的重要选择。引入阻垢剂进行循环冷却水结垢控制。阻垢剂研发及应用的合理性是解决问题的关键，为此，需要采取一定的方法，对阻垢剂所具备的实际足够性能进行准确快速评定，从而确保阻垢剂应用的整体效果，保障循环冷却水系统运行的安全性。l循环冷却水用常见阻垢剂类型认知在工业生产作业过程中，循环冷却水不断循环与浓缩，水中所含有的矿物质含量会不断增加，从而引起管道结垢问题与腐蚀问题，其问题的存在对传热效率造成严重影响。为切实确保循环冷却系统运行稳定性与效益，需采取措施进行循环水防垢处理。应用阻垢剂是实现循环冷却防垢处理的重要方式。在工业生产领域，阻垢剂主要包括两种形式，分别为阻垢缓蚀剂及阻垢分散剂。其中阻垢缓蚀剂包括无机聚合磷酸盐、葡萄酸盐、单宁酸及有机多元磷酸等，在循环冷却水系统中有机多元磷酸应用较为广泛。阻垢分散剂主要包括均聚物与共聚物，属于中低相对分子质量的水溶性聚合物。如以水解聚马来酸酐、钠盐、聚丙烯酸为代表的均聚物，以丙烯酸系、马来酸系为代表的共聚物。以有机多元磷酸阻垢缓蚀剂为例，有机磷酸其作为一种阴极型缓蚀剂，存在着较为显著的溶限效应。当其阻垢剂与其他水处理剂结合应用时，具备一定的协同效应。多元磷酸阻垢缓蚀剂其对钙、镁、铜等金属离子存在着较好的螯合作用，甚至对硅酸镁、硅酸钙等无机盐类存在较好活化作用，属于一种应用较为广泛的阻垢剂。水溶性聚合物阻垢分散剂，以水溶性均聚物为例，其主要包括聚天冬氨酸及聚环氧琥珀酸两种产品，聚环氧琥珀酸所具备的生物降解性突出，毒性较低，容易被环境所接受。作为阻垢剂聚环氧琥珀酸主要应用于冷却水处理中，在高硬、高温及高碱环境中应用效果较好。聚天冬氨酸存在着良好的缓蚀阻垢性能，可以对CaCO。、CaSO。等垢的形成产生较好的抑制作用，具备良好的热稳定性与耐高温特性，是未来阻垢剂研发的重要方向。2循环冷却水用阻垢剂性能评定的主要方法2．1静态阻垢评定法在循环冷却水用阻垢剂性能评定时采取静态阻垢法，其多是通过测定一段时间内前后溶液之中钙离子的具体浓度进行阻垢剂阻垢性能的计算与评定，其阻垢效果以阻垢率进行表示。静态阻垢评定法应用的原理为：对掺入阻垢剂与未掺入阻垢剂的水样进行加热及浓缩处理，测定水样之中所存留的Ca2+含量的具体变化，以阻垢率进行公式表达，则有：阻垢率=(V：一V。)／(V，一V。)x100％在上公式中，V：代表的是溶液之中掺入阻垢剂时，滴定所消耗的EDTA标准溶液的具体体积参数，其单位为mL，V。代表的是溶液未掺入阻垢剂时，滴定所消耗的EDTA标准溶液的具体体积参数，V，代表的是滴定总钙时所消耗的EDTA标准溶液的具体体积参数，即不掺入阻垢剂，也不采取加热处理措施时所消耗的EDTA标准溶液的具体体积参数。如测试过程中发现水样之中残留的ca2‘含量值越高，则证明生成的钙垢越少，阻垢剂所应用的阻垢性能越佳。然而采取静态阻垢法缺乏统一的标准，在溶液的具体配置、加热时间、加热温度与滴定措施等处理方法存在着一定的差异，且该方法的重复性较低，无法实现阻垢剂对溶液中析晶全过程的影响全程了解与研究，试验操作较为繁琐，具体监测时间花费较多。由于该方法设备操作简单，实验周期短，能对阻垢剂大批量初步筛选，被广泛使用。2．2极限碳酸盐法循环冷却水系统中，如冷却水在循环过程中不断被浓缩，如水中没有析出沉淀，则循环水中所具备的总碱度参数M勰与原水之中的总碱度M原水之间所具备的关系用公式来表达为：M循环与=KxM原水在上公式之中，K代表的是冷却水在循环过程中的浓缩倍数，M循环与K值之间存在着直线关系，然而在循环水不断浓缩的过程之中，水体之中的二氧化碳不断溢出，循环水之中的pH值则不断增加，从而导致以下公式的平衡被破坏：Ca(HC03)：与CaC03+C02+H20公式平衡破坏，则析出CaCO，。当循环水刚出现沉淀时，其所相应的循环水的碱度被称之为极限碳酸盐碱度。掺入阻垢剂之后，碳酸钙晶粒在阻垢剂的作用及影响下，则不容易生成，K值则会呈现出增加趋势。由此可见，极限盐酸盐碱度值越高，其循环冷却水所具备的浓缩倍数则越高，阻垢剂所应用的实际阻垢效果越好。极限碳酸盐碱度法的应用，虽然可以实现对不同阻垢剂或同一种阻垢剂不同浓度的阻垢性能进行评定，但不能实现对循环冷却水的实际水质结垢状况的准确描述，因为极限碳酸盐碱度只能进行沉淀析出状况的反映，然而析出沉淀在水循环的过程中可能会被水流冲走，为此，在一些时候，极限碳酸盐碱度较低时，也不能表示阻垢剂的实际阻垢效果较差。2．3称重法称重法进行循环冷去睡用阻垢剂性能评定，主要是进行传热面上的沉淀垢层实际重量称量，依据垢重量的变化情况进行阻垢剂应用的阻垢效率评定，采取公式来表达，则有：阻垢效率=(G，一G：)／G．×100％在以上公式中，GI代表的是空白水样之中的垢所具备的质量，Gz代表的是掺入阻垢剂后垢的实际重量，应用沉重法进行阻垢剂性能评定，主要适用于传热管表面不产生腐蚀的环境中，如其他环境条件，则其称取的重量可能包括腐蚀增重，从而失去了阻垢效果评定的真实性。2．4临界pH值法依据晶体生长理论，针对微溶性盐，如碳酸钙等，如析出沉118l化j哲鳄201S年6N 淀，必须以一定的过饱和度为前提。沉淀析出时，与过饱和度相对应的pH值则称之为临界pH值，其以pHc进行表示。当循环冷却水实际pH值超出了pile值时，则会出现结垢问题，当循环冷却水pH值低于pHc值时则不会出现结垢问题。临界pH值法的应用，其工作原理为：阻垢剂能够与溶液之中的钙离子形成水溶性螯合物，从而能够将更多的钙离子在水溶液中稳定，即增加了微溶性钙盐在水体之中的溶解度，从从而降低了水体生成过饱和溶液的可能性，其整个过程即为络和增溶。采取除去二氧化碳的去离子水进行pHc值的测定工作，其中掺入定量的ca2+与HCO’，则此时，溶液之中的具体反应如下：H++OH一每H20H2C03与H++HC03一HC03一与H++C032一Ca2++C032’与CaCO，当溶液之中掺入一定量的NaOH时，让水溶液按照以上公式进行反应，溶液之中的C0，2一实际浓度则会增加，从而促使碳酸钙表现为饱和状态，继续增加NaOH，则碳酸钙会过饱和度增加，当其增加到一定程度时，在溶液中析出碳酸钙沉淀。此时，溶液之中的CO，：-实际浓度会降低，按照HCO。---与-H++CO，2-公式向右运行，从而产生一定量的H+，促使水体溶液pH值降低，pH值下降的点即属于pHc点。在循环冷却水中应用阻垢剂，会在一定程度上提高溶液的pHc值，不同阻垢剂的应用，其对pile值的增幅不同。投入相同剂量的阻垢剂，阻垢性能与阻垢效果越突出，其pHc值越高，应用临界pH值法，还可以对各种阻垢分散剂的应用效果进行评定。虽然临界pH值法应用效果较好，但其应用仍存在着时间较长，操作过程复杂等相关问题。2．5鼓泡试验法应用鼓泡试验法进行循环冷却水用阻垢剂性能评定，是将含有Ca(HCO，)：的配置水与水处理剂制备为试验溶液，采取温度升高处理，向溶液之中鼓入一定量的空气，从而带走Ca(HCO，)：一-CaCO，+CO：+HzO公式之中的二氧化碳，促使反应平衡向右侧移动，让碳酸氢钙加速分解，并获取碳酸钙，水样迅速达到自然平衡的pH值，此时试验溶液之中的钙离子浓度在短时间内可以达到稳定浓度。应用鼓泡试验法，是以测定水样之中的钙离子稳定浓度作为阻垢剂阻垢性能评定的重要指标，钙离子的稳定浓度越高，则说明残留在水体之中不析出钙离子浓度值越高，说明阻垢剂实际阻垢性能越好。鼓泡法操作的试验条件具体为：温度设计在60+0．2℃，空气流量值则设定为80L／h，Ca-"+则设定为600mg／L，HCOa-设定为1200mg／L，温度恒定应保持6h。通过该方法的试验条件可以看出，该方法存在着检测时间较长，重复性较差与稳定性要求高等问题。适用于对阻垢剂的初选，不适用于评价低剂量阻垢剂的阻垢性能。2．6pH位移法有学者提出，采取pH位移法进行循环冷却水用阻垢剂性能评定，即在一定的pH范围内，通过测定掺入阻垢剂后的Ca(HCO，)：过饱和溶液的初始时的pH值，并测定一定时间稳定后的pH值，计算出两个pH值之间的差值，依据差值变化，进行阻垢剂阻垢性能评定。如选择Ca"+与HC03-两种标准溶液作为基础，按照一定比例，进行过饱和试验水样比例配置，向试验水样之中掺入一定量的阻垢剂，溶液则会存在着以下两种平衡：Ca“+HC03-与CaC03+H+Ca2+++nL一与CaL．2一“在以上公式中，L一代表的是阻垢剂离子。针对不含有阻垢剂的试验溶液，则其只进行Ca2++HC03-与CaCO，+H+反应，随着CaCO，沉淀生成，氢离子所具备的浓度越大，则pH值降低。在掺入阻垢剂后，则会同时存在以上两种平衡，钙离子需要与碳酸氢根离子反应，从而生成钙沉淀，此外，钙离子还需要与阻垢剂产生作用，形成可溶性稳定络合物。如阻垢剂的络合能力较差，则溶液之中所具备的自由钙离子浓度较高，其钙离子会与碳酸氢根生成沉淀，从而降低溶液之中的pH值，如阻垢剂所具备的络合能力较为突出，则溶液之中的钙离子浓度较低，碳酸钙固体则会溶解，溶液之中所具备的pH值则会升高，为此，可通过掺入一定量的阻垢剂，对溶液之中的pH值变化进行分析来评定阻垢剂实际性能。其方法具备操作简单，重现性良好与可信度较高等优势。2．7电导率测定法循环冷却水其垢的形成过程，需要经过盐的结晶、聚合与沉积三个过程，如碳酸钙离子积超出溶解度时，则会禅定一定的碳酸钙沉淀。然而在工业循环冷却水系统之中，物质结晶受多种因素的综合影响，多存在着过饱和度，在超出一定过饱和度时方会出现沉淀，其过饱和值即过饱和度，CaCO，+过饱和度则可以通过以下公式来表达：s=唼磐』■SP“：d1．)在上公式中，[ca2+]代表的是钙离子浓度值，C032-代表的是碳酸根离子浓度值，Ksr(CaCO，)碳酸钙溶度积常数。电导率属于测定水体中溶解盐类多少的一种指标，能够溶于水体的盐类都可以电离出具备导电能力的离子，溶解电导率与浓度存在着关系。测定水的电导率可以进行水中溶解盐类多少的描述。当溶液之中出现沉淀析出时，电导率会出现较为显著的下降趋势，由此可以进行碳酸钙过饱和度参数的计算，过饱和度参数值越大，则阻垢剂应用的阻垢性能越突出。采取试验方法进行阻垢剂性能探究。选择装有一定浓度CaCI：水样烧杯，并将烧杯放置于恒温槽之中，采取电磁搅拌器，设定恒定速率进行溶液搅拌作业，其试验温度设定为25℃，选择一定浓度Na2CO，进行CaCIz溶液滴定，搅拌滴定溶液并待液体稳定后，进行溶液电导率值参数的获取。可依据试验数据构建坐标系，如以NazCO。体积参数为坐标系横坐标，以电导率参数为坐标系纵坐标，进行作图以表示未掺入阻垢剂与掺入阻垢剂后Na2CO，实际体积参数与电导率之间所具备的关联性，计算出电导率急剧下降点值，并获取碳酸钙过饱和度，从而对阻垢剂实际应用的效果进行综合分析。试验数据显示，当NazCO，体积参数为3mL时，溶液电导率出现较为显著的下降。将掺入阻垢剂后的CaCO，过饱和度与相同条件下未掺入阻垢剂的CaCO痘￡饱和度比值设定为相对过饱和度。通过研究发现，通过相对过饱和度参数值的大小，能够进行阻垢剂应用效果的有效评定，其参数值越大，则说明阻垢剂增加CaCO，溶解度所发挥的作用越强，阻垢剂阻垢实际效果越发突出。下图反映的是溶液中CaC03相对过饱和度与三种有机磷酸之间的关系：制，暮蝈捌’麓年阻垢剂的浓度，(tool·L’)图1：溶液中CaC03相对过饱和度与三种有机磷酸之间的关系折线图通过上图可以看出，EDTMP阻垢效果要明显优于PMPP及PBTC阻垢效果。伴随着溶液阻垢剂浓度增加，溶液过饱和度(下转第122页)2ms年6N化工虿卵1119 喷油螺杆1100．0411．139．K-001元／加加仑／10111．56216元／445，570压缩机一仑hr加仑兀维修费用4，556，整个压缩45元／N／A1人N／A11．56952机单元hr—7E71243，803，合计192兀A_f段设某地工业用电电费为0．80元一度；B．f段设压缩机所需的润滑油为110元一加仑；C．此案例不考虑除电和润滑油外的其他公用工程消耗量；D．维修费用应与业主进行商榷。3．3．4生命周期成本评估分析操作维护费用后，结合压缩机制造厂的报价进行比较和评估。设备数生命周期总位号描述设备购买费用操作费用量费用方案一56，708，125，255，990K-001液环压缩机168，547，590元400元兀第一阶段后空包含在整个压缩56，708，E—001156，708，400元冷器机单元内400元无油螺杆压缩包含在整个压缩K-0021907，335元机机单元内第二阶段后空包含在整个压缩16，202，E一002l16，202，400元冷器机单元内400元密封液补充费N／A506，328元用6，075，936维修费用N／A6，075，936元兀81，307，149，855，324合计68，547，590元734元兀方案二喷油螺杆压缩36，455，K-001143，400，000元79，855，400元机400元包含在整个压缩3，078，456E001后空冷器l3，078，456元机单元内7t；包含在整个压缩2，430，360E-002润滑油空冷器12，430，360元机单元内75包含在整个压缩E-003润滑油加热器1486，072元机单元内包含在整个压缩P-001A润滑油循环泵l453，667元机单元内包含在整个压缩P-001B润滑油循环泵1453，667元机单元内润滑油补充费N／A445，570元用4，556，952维修费用N／A4，556，952元兀43，803，87．203．192合计43，400，000元192元7亡通过比较上述表各类数据，可以明显地知道“方案二”无论在一次购买的费用上，还是长期操作维护的费用上，均优胜于“方案一”。加上喷油螺杆压缩机固有的可靠性高、运转平稳、占地紧凑等优点，再配合制造厂抗酸性气体选材和高效的吸附脱油技术，可以推断出喷油螺杆压缩机是本工况最佳的选择。4结语在石油化工工程设计过程中，把常规的压缩机选型原则和生命周期成本分析方法结合在一起，从设计理论、工程经济两个不同的角度上作充分的考虑，无疑可以筛选出可靠、安全、经济性好的合理方案。参考文献：[1]《工程经济学(第9版)》清华大学出版社．(上接第119页)速度增加趋势越发缓慢。应用电导率方法可以实现不同阻垢剂阻垢性能及阻垢效果的评定，并对不同水样最佳阻垢剂浓度进行确定。应用电导率测定法进行循环冷却水用阻垢剂性能评定，其方法具备仪器、操作简单方便，重现性良好等优势，但该方法由于适用温度不高，广泛使用受到局限。3利用电子技术的评价方法随着现代信息技术的发展，电子技术在微观层面的测试手段被广泛利用。利用电子计算机不但可以从微观上给出阻垢机理解释，也可以用于预测阻垢剂的实际应用效能。基于图像技术、基于分子动力学模型、基于测试软件等多种阻垢剂性能评价方法；利用扫描电子显微镜观察晶体的成核、生长、聚集及核吸附的过程；用原子显微镜研究观察阻垢剂对碳酸钙晶体生长的抑制作用；用x衍射法研究垢样的细碎程度、晶体畸变等；用粒径分析仪研究晶核生长动力学等是未来测试手段的发展趋势。4结语循环冷却水系统属于工业生产系统的重要部分，然而结构问题的存在，对循环冷却水系统的安全运行构成了威胁。为此，需要掺入一定量的阻垢剂进行循环冷却水系统结垢控制，从而确保整个循环冷却水系统运行的安全性与稳定性。为评定阻垢剂应用性能及实际效果，需要采取一定的科学方法，以多视角多层次，从静态阻垢评定法、极限碳酸盐法、称重法、临界pH值法、鼓泡试验法、pH位移法、电导率测定法及电子技术应用等方法综合研究了阻垢剂性能评定方法及其应用。相信随着工业的发展，会出现更为便捷、准确的阻垢剂性能评定方法，以确保循环冷却水系统运行的整体效益。参考文献：[1]梁琳琳，郑敏聪，李建华等．循环冷却水阻垢剂阻垢性能快速评价方法及阻垢机理研究[C]．中国电机工程学会电厂化学2013学术年会论文集．2013：464-468．[2]孙培蒂．新型工业循环冷却水阻垢剂的阻垢性能研究[J]．建筑工程技术与设计，2014，(30)：850—850，847．『3]张尔赤，刘延平，孔炎炎等．绿色环保型聚天冬氨酸阻垢剂合成与阻垢性能[J]．工业水处理，2012．32(6)：43—45．『4]刘润泉，姚立忱，刘伟等．无磷阻垢剂在云南解化循环水系统中的应用Ⅲ．广东化工，2014，41(8)：56—57．[5]曾娟，余侃萍，杨国超等．新型阻垢剂阻垢性能及其应用研究[J]．矿冶工程，2013，33(2)：56-58，62．122l托，虿卵2015ff-6,EJ'