適用於循環冷卻水系統管道結垢的動態實驗方法和裝置與流程

2023-04-26 11:50:11 1

本發明屬於循環冷卻水結垢分析方法及裝置
技術領域：
，具體涉及一種適用於循環冷卻水系統管道結垢的動態實驗方法及裝置。
背景技術：
：循環冷卻水用水是工業用水的主要組成部分。目前用於循環冷卻水系統的水源主要有地下水、地表水以及經過處理的城市汙水，但是城市汙水經二級生化處理後，水質較為簡單，仍然含有大量的無機離子和少量的有機物，如若回用於循環冷卻水系統，冷卻水在換熱並經降溫再循環使用過程中就會給系統帶來結垢的問題。設備表面結垢問題所帶來的直接後果是降低熱交換系統的工作效率，嚴重時影響工業生產，甚至使整個系統癱瘓。在循環冷卻水系統中添加阻垢劑是控制系統結垢的有效手段。然而，了解循環冷卻水系統的結垢過程及趨勢是更好的解決結垢問題的前提，大量研究側重點放在結垢成因及阻垢劑性能測定，也有研究分析測定了一些阻垢劑及水中各個離子對循環冷卻水結垢的影響，卻很少有關於有機物對循環冷卻水系統結垢行為的研究。進行結垢監測、研究成垢原因，無疑具有重要的意義。結垢測試技術按對沉積物的監測手段劃分包括熱方法和非傳熱量的汙垢監測法。熱方法中又可分為熱阻表示法和溫差表示法兩種，非傳熱量的汙垢監測法又有直接稱重法、厚度測量法、壓降測量法、放射性技術、時間推移電影法、顯微照相法、電解法和化學法等。汙垢熱阻表示即假定換熱面上汙垢的存在對壁面與流體的對流傳熱係數的影響可以忽略，換熱面的汙垢熱阻可以通過測量清潔狀態和結垢狀態下的壁溫和熱流而被間接測量出來。直接稱重法：結垢速率以質量通量進行表示，根據一段時間內結垢前後重量的變化表示結垢速率的大小。目前多用於實驗室模擬研究，特別是針對結垢誘導期的模擬研究常常使用此種方法進行結垢速率測量。而在循環冷卻水實際工況條件下，結垢過程包括由游離的鈣離子變成碳酸鈣的結晶過程，也包括晶體在設備表面的附著和生長過程。這些測試方法都屬於靜態測定法，只能評價前者，而不能有效的反映結垢行為。而動態測定方法能較好的評價結垢行為及結垢過程。動態法是在實驗室給定的條件下，模擬生產現場的工況條件，包括流速、流態、溫度、水質、金屬材質和換熱強度等，是一種較為理想的中和測試方法，能夠很好的反映實際工況條件下的阻垢劑性能。但是，通過該方法的測試時間較長（通常在10天以上），而且設備複雜、價格昂貴，不能簡單快捷的獲得實現結垢行為評價的結果。傳統的靜態法不能反映結垢行為的過程，同時存在靜態沉積法結垢不均勻的缺點，動態法存在設備複雜、測試時間長的缺點。技術實現要素：本發明為克服現有技術存在的缺陷而提供了一種適用於循環冷卻水系統管道結垢的動態實驗方法和裝置，使用循環水泵抽取置於恆溫水槽的循環冷卻水箱中的測試水樣，然後流經放有金屬試片的試片管，並用流量計控制流速，以模擬循環冷卻水系統管道結垢的工況條件，本發明通過金屬試片的增重來綜合研究結垢行為，有機結合了傳統靜態法和動態法的優勢，既貼近實際工況條件，又方便研究結垢行為，同時與傳統動態評價方法相比該方法不但操作簡單，應用領域廣，而且提供了有效、快速的評價循環冷卻水系統結垢行為的方法並為循環冷卻水系統結垢阻垢的研究提供參考。本發明為解決上述技術問題採用如下技術方案，適用於循環冷卻水系統管道結垢的動態實驗方法，其特徵在於具體過程為：（1）選取工業循環冷卻水系統中的實際用水、天然水源水樣、工業廢水水樣或城市汙水水樣作為測試水樣，測試之前對測試水樣進行分析，並具體分析致垢離子ca2+、mg2+、co32-及hco3-的濃度；（2）將金屬試片置於丙酮中超聲清洗5min，再用蒸餾水清洗後置於真空乾燥箱中乾燥，對金屬試片進行編號並稱重後裝入試片管中；（3）將測試水樣轉移至循環冷卻水箱中，控制恆溫水槽的溫度為50-90℃，通過循環水泵引出循環冷卻水箱中的測試水樣經流量計流入試片管衝刷金屬試片，然後回流至循環冷卻水箱，流量計的流速控制為0.5-10l/min；（4）分別在實驗開始後1h、2h、4h、8h、16h、32h和64h取出金屬試片置於真空乾燥箱中，乾燥後再次稱重，計算實驗前後金屬試片的增重量即為結垢量，通過掃描電子顯微鏡和x射線衍射儀對金屬試片表面結垢的微觀形貌和晶型進行分析以便於進一步分析結垢情況。本發明所述的適用於循環冷卻水系統管道結垢的動態實驗裝置，其特徵在於包括恆溫水槽、循環冷卻水箱、冷卻管、試片管、金屬試片、流量計和循環水泵，其中循環冷卻水箱安裝於恆溫水槽中，循環冷卻水箱的頂部設有三個固定孔，其中的一個固定孔內設有冷凝管，另外的兩個固定孔內分別安裝有矽膠管，該矽膠管分別與循環水泵的進液口和試片管的出液口相連，循環水泵的出液口通過矽膠管與流量計的進液口相連，流量計的出液口通過矽膠管與試片管的進液口相連。進一步優選，所述的冷凝管為玻璃管，該玻璃管的一端與循環冷卻水箱內側上部的空氣相通，玻璃管的另一端與外界大氣相通，玻璃管的外徑為3-6mm，長度為30-40cm，用於冷凝水蒸氣。進一步優選，所述的金屬試片的材質為304不鏽鋼或316l不鏽鋼，金屬試片的形狀為圓形或矩形，並且該金屬試片的尺寸與試片管的內徑尺寸相配。進一步優選，所述的試片管為透明玻璃管或透明有機玻璃管，該試片管的管徑為6-30mm，長度為0.2-1m。本發明與現有技術相比具有以下有益效果：本發明成功解決了傳統靜態評價方法的結垢不均勻問題，實現了傳統靜態評價方法與動態評價方法的有機結合，與傳統動態評價方法相比該方法操作簡單，應用領域廣，既能有效便捷地動態評價循環冷卻水系統的結垢行為，又能為循環冷卻水系統結垢阻垢的研究提供參考。附圖說明圖1是本發明中適用於循環冷卻水系統管道結垢的動態實驗裝置的結構示意圖。圖中：1-恆溫水槽，2-循環冷卻水箱，3-冷凝管，4-試片管，5-金屬試片，6-流量計，7-循環水泵。具體實施方式為進一步詳細闡述本發明的內容，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例參閱圖1，本發明提供的適用於循環冷卻水系統管道結垢的動態實驗裝置，包括恆溫水槽1、循環冷卻水箱2、冷凝管3、試片管4、金屬試片5、流量計6和循環水泵7，其中循環冷卻水箱2安裝於恆溫水槽1中，循環冷卻水箱2的頂部設有三個固定孔，其中的一個固定孔內設有冷凝管3，另外的兩個固定孔內分別安裝有矽膠管，該矽膠管的一端均插入循環冷卻水箱2測試水樣的液面以下防止試樣產生氣泡，矽膠管的另一端分別與循環水泵7的進液口和試片管4的出液口相連，循環水泵7的出液口通過矽膠管與流量計6的進液口相連，流量計6的出液口通過矽膠管與試片管4的進液口相連。本實施例中用到的金屬試片5為316l不鏽鋼試片，由深圳市龍崗區三和興金屬材料行提供，尺寸為2×8×12mm，該316l不鏽鋼試片水平放在試片管4中，並且316l不鏽鋼試片與測試水樣流動方向平行；本實施例中用到的試片管4為透明有機玻璃管，尺寸為外徑12mm*壁厚1.5mm，由深圳市龍崗區布吉雄峰發金屬材料商行提供；本實施例中用到的循環冷卻水箱2是四孔平底燒杯，由南京市秦淮區研之寶實驗器材營銷中心加工而成；本實施例中用到的恆溫水槽1即恆溫水浴鍋，是北京市長風儀器儀表公司的hw.sy11-kp2型的水浴鍋；本實施例中用到的循環水泵7的型號為mp-6rz，由溫州晧泉泵業有限公司提供；本實施例中用到的流量計6的型號為lzm-15，由余姚巨屹環保設備有限公司提供。本實施例對循環冷卻水系統管道結垢行為進行動態評價，該測試水樣取自新鄉市小尚莊汙水處理廠二級生化池出水。本實施例的適用於循環冷卻水系統管道結垢的動態實驗方法的具體操作步驟如下：1、準備金屬試片：將金屬試片置於丙酮中進行超聲波清洗5min，清洗後放置於真空乾燥器中乾燥，待用；2、準備測試水樣：製備濃縮水樣：用1000ml的燒杯取1000ml的測試水樣置於恆溫水槽中，恆溫水槽的溫度設定為55℃，濃縮至200ml得到5倍濃縮水樣，待用；3、結垢試驗：將步驟2得到的5倍濃縮水樣取1000ml轉移至循環冷卻水箱中，取28個準備好的金屬試片編號並稱其重量為m1、m2、m3……m14，並排水平放置於試片管中，塞上固定塞，連接好裝置，並將冷凝裝置固定在循環冷卻水箱上的固定孔中，通過流量計調節測試水樣流速為7l/min，循環冷卻水箱置於恆溫水槽中，分別在實驗運行1h、2h、4h、8h、16h、32h和64h時取出兩個金屬試片並真空乾燥，稱其質量為m1、m2、m3……m14，恆溫水槽的溫度控制為80℃；4、結垢量計算：結垢試驗ci=mi-mi，結垢量結果數據見表1所示。表1實施例測試數據及計算結果統計表時間（h）1248163264結垢（mg）0.30.91.11.21.31.51.6本發明成功解決了傳統靜態法評價方法的結垢不均勻，實現了傳統靜態評價方法與動態評價方法的有機結合，與傳統動態評價方法相比該方法操作簡單，應用領域廣，既能有效、便捷的評價循環冷卻水系統結垢行為的方法，也為循環冷卻水系統結垢阻垢的研究提供參考。當前第1頁12