張林（中石化股份天津分公司）

一種循環(huán)冷卻水運(yùn)行質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備及方法

張林
（中石化股份天津分公司）

本文涉及到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)緩蝕、阻垢、殺菌效果的在線(xiàn)檢測(cè)裝置。它包括小型監(jiān)測(cè)換熱器、在線(xiàn)腐蝕檢測(cè)裝置、生物粘泥檢測(cè)裝置及相應(yīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，使循環(huán)水運(yùn)行質(zhì)量檢測(cè)實(shí)時(shí)化、功能模塊集成化，解決了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)沉積、腐蝕、粘泥檢測(cè)滯后的問(wèn)題。

監(jiān)測(cè)換熱器；生物粘泥監(jiān)測(cè)；生物粘泥；污垢熱阻；腐蝕

1 概述

循環(huán)水換熱器作為化工裝置的重要設(shè)備，保持良好的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)于生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行十分重要。同時(shí)，作為主要的換熱設(shè)備之一，循環(huán)水換熱器換熱效率的高低，直接影響到生產(chǎn)運(yùn)行的能源消耗。如果循環(huán)冷卻水在重復(fù)使用中，鈣鎂離子不斷增加濃縮最終形成垢層，將會(huì)降低換熱器傳熱效率。因此深入研究控制循環(huán)水結(jié)垢和腐蝕對(duì)節(jié)能工作的開(kāi)展具有重要意義和研究?jī)r(jià)值。

循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，主要通過(guò)沉積速率和腐蝕速率指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系到生產(chǎn)裝置能否長(zhǎng)周期運(yùn)行和設(shè)備安全。目前國(guó)內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，主要采用監(jiān)測(cè)換熱器檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)換熱器是一種模擬用的小型換熱器，通過(guò)在每套循環(huán)水系統(tǒng)配置標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)換熱器，以低壓飽和蒸汽為熱源，循環(huán)水作為冷源，飽和蒸汽的溫度、溫度和循環(huán)水的流量按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)行控制，每月對(duì)取出的檢測(cè)換熱管按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)計(jì)算檢測(cè)換熱管的沉積和腐蝕情況，作為評(píng)價(jià)當(dāng)月系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量情況。監(jiān)測(cè)換熱器評(píng)價(jià)方法，是目前國(guó)內(nèi)采用最為普遍的一種標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法，該方法由于對(duì)監(jiān)測(cè)換熱器的運(yùn)行指標(biāo)（溫度、壓力、流量）以及檢測(cè)方法進(jìn)行了統(tǒng)一，其檢測(cè)結(jié)果主要取決于循環(huán)水系統(tǒng)的水處理質(zhì)量，因此，能夠綜合反映監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的水處理質(zhì)量情況，同時(shí)，由于標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，便于進(jìn)行指標(biāo)的橫向和縱向比較。但監(jiān)測(cè)換熱器方法也存在明顯的不足。

2 監(jiān)測(cè)換熱器法的不足

2.1 檢測(cè)周期長(zhǎng)，不利于系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)整

監(jiān)測(cè)換熱器運(yùn)行周期一般為（1-3）個(gè)月，針對(duì)上次檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行的調(diào)整操作的有效性和效果分析至少需要一個(gè)月后才能再次得到確認(rèn)，其反饋周期是以“月”為周期，在系統(tǒng)出現(xiàn)水質(zhì)波動(dòng)和不合格情況下，該方法尤其顯得滯后，無(wú)法對(duì)運(yùn)行調(diào)整起到及時(shí)的指標(biāo)作用，僅能作為最終的管理評(píng)價(jià)。

2.2 檢測(cè)方法單一，無(wú)法進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控。

監(jiān)測(cè)換熱器在運(yùn)行過(guò)程中僅對(duì)其自身運(yùn)行的溫度、壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行控制調(diào)整，不對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行其它項(xiàng)目檢測(cè)，因此，只能通過(guò)每月最后的腐蝕速率和沉積速率結(jié)果反饋檢測(cè)周期內(nèi)的循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量情況，對(duì)于造成腐蝕和沉積的因素（指標(biāo)、時(shí)間）等均無(wú)法做到及時(shí)反饋或預(yù)警，缺少過(guò)程監(jiān)督能力，對(duì)于超標(biāo)或波動(dòng)結(jié)果需要通過(guò)回顧性的技術(shù)統(tǒng)計(jì)或個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷，暴露出了該方法的不足。

2.3 運(yùn)行方式固定，無(wú)法了解掌握裝置個(gè)性換熱器的運(yùn)行情況

由于監(jiān)測(cè)換熱器的運(yùn)行參數(shù)是統(tǒng)一固定的，因此，對(duì)于裝置的個(gè)性換熱器（如高溫、低流速、重點(diǎn)換熱器），在循環(huán)水目前運(yùn)行方案下的水處理效果無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確反映，有時(shí)會(huì)因局部水處理效果影響整體運(yùn)行的情況出現(xiàn)。

2.4 不具有代表性，不能真正反映對(duì)運(yùn)行設(shè)備的影響程度

由于其帶有熱負(fù)荷，所測(cè)沉積物中包括大量的鈣垢，而不能直接反映嚴(yán)重影響換熱效率的生物黏泥的沉積情況。而生物黏泥的監(jiān)測(cè)主要使用異氧菌數(shù)監(jiān)測(cè)和黏泥量監(jiān)測(cè)，它們的共同特點(diǎn)是操作麻煩、數(shù)據(jù)間接，而兩種監(jiān)測(cè)反映的是循環(huán)水中懸浮的菌、菌藻團(tuán)乃至生物黏泥的量，而不是沉積在設(shè)備上的黏泥，所以以上監(jiān)測(cè)的數(shù)值尤其在水處理藥劑的干預(yù)下越來(lái)越不具有代表性。對(duì)于菌藻檢測(cè)采用的是傳統(tǒng)的異養(yǎng)菌化驗(yàn)及粘泥量（粘泥漏斗檢測(cè)方法）效果判斷方法，該方法能夠反映循環(huán)水中“懸浮微生物”的含量，但對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)造成真正危害的沉積在換熱器設(shè)備表面的“附著微生物（主要以生物粘泥形式存在）”情況并未能準(zhǔn)確反應(yīng)，造成對(duì)于菌藻的控制只能采用固定投加方式，殺菌效果針對(duì)性不強(qiáng)，費(fèi)用偏高。

因此，開(kāi)發(fā)能夠與監(jiān)測(cè)換熱器方法相統(tǒng)一的在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，輔助進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)的方案優(yōu)化和操作調(diào)整，彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)方法的不足，提高循環(huán)水系統(tǒng)的整體運(yùn)行管理水平，確保生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行和設(shè)備安全，已顯得尤為必要。

3 循環(huán)水質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)方法

本方法針對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)換熱器監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足，提供了一套能夠運(yùn)用到循環(huán)冷卻水中的運(yùn)行質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本技術(shù)方案如下：循環(huán)水運(yùn)行質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)，包括在線(xiàn)污垢沉積速率檢測(cè)設(shè)備、生物粘泥監(jiān)測(cè)設(shè)備及腐蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)施。

監(jiān)測(cè)換熱器為單管式小型換熱器，安裝在循環(huán)水旁濾上進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要通過(guò)冷卻水進(jìn)出、出口、飽和蒸汽溫度、試管蒸汽側(cè)壁溫、流量、壓力等在線(xiàn)監(jiān)控，以污垢熱阻的變化來(lái)實(shí)時(shí)反映污垢沉積情況；生物粘泥監(jiān)測(cè)設(shè)備是參考美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)(NACE)推薦的壓力降法沉積物監(jiān)測(cè)裝置來(lái)設(shè)計(jì)的，通過(guò)壓差值變化來(lái)在線(xiàn)反映生物粘泥沉積的真實(shí)情況；在線(xiàn)腐蝕速率監(jiān)測(cè)是以電感阻抗為基礎(chǔ)的，感抗的測(cè)量方法是把LPR探頭的快速響應(yīng)和ER探頭及稱(chēng)重試樣的廣泛適用的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，它使得在任何具有腐蝕作用的環(huán)境下進(jìn)行快速和準(zhǔn)確地測(cè)量腐蝕速率的改變成為可能。

附圖1：循環(huán)冷卻水質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備

4 具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖1對(duì)本方法做進(jìn)一步說(shuō)明：

監(jiān)測(cè)換熱器1接入循環(huán)水旁濾系統(tǒng)，打開(kāi)冷卻水進(jìn)水閥門(mén)2、過(guò)濾器3、流量控制器（流量、壓力）4、逆止閥門(mén)18，排除空氣之后，固定流量。調(diào)整蒸汽減壓閥門(mén)8、9、疏水閥門(mén)11，觀察就地冷卻水進(jìn)水溫度計(jì)5、出水溫度計(jì)6、飽和蒸汽溫度7、試管壁溫30線(xiàn)污垢熱阻檢測(cè)儀12，保證蒸汽為100℃飽和蒸汽和固定的冷卻水溫差，溫度顯示器12顯示端差和各點(diǎn)溫度，實(shí)時(shí)反映出試管污垢沉積情況。

在線(xiàn)感抗腐蝕探頭16、在線(xiàn)腐蝕檢測(cè)13實(shí)時(shí)反映設(shè)備腐蝕速率。調(diào)整回水閥門(mén)19,20、恒速控制器21、29，保證冷卻水以固定流速進(jìn)入生物粘泥檢測(cè)裝置，該裝置包括一段水平安裝的直的管子22，管子上裝有兩個(gè)壓力旁通支管23、28，供測(cè)量該段管子的壓力降。該裝置與被監(jiān)測(cè)的冷卻水系統(tǒng)平行安裝。在兩個(gè)壓力旁通支管間則跨接一個(gè)超微壓差計(jì)27和尼龍軟管24、25、調(diào)整閥26以測(cè)其壓力降。一般情況下，要求流速1.2-1.8米/秒，監(jiān)測(cè)管長(zhǎng)為54英寸，直徑為DN15，材質(zhì)為316不銹鋼，這樣可以減少腐蝕對(duì)摩擦阻力的影響，其表面有利于生物膜的生長(zhǎng)，增加對(duì)冷卻水中粘泥沉積監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，在線(xiàn)生物粘泥沉積14實(shí)時(shí)反映系統(tǒng)內(nèi)生物粘泥的沉積情況。濁度檢測(cè)點(diǎn)17、在線(xiàn)濁度儀15數(shù)據(jù)與腐蝕速率、沉積速率、粘泥滋生等有密切關(guān)系，因此在線(xiàn)濁度是一項(xiàng)重要的過(guò)程指標(biāo)。以上功能模塊數(shù)據(jù)可通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)水管理信息平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析、反饋，不斷對(duì)沉積、腐蝕、粘泥沉積等趨勢(shì)模型記性修正。

5 結(jié)論

5.1 建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的端差法可真實(shí)的反映現(xiàn)場(chǎng)換熱器實(shí)際污垢沉積情況，是換熱器污垢沉積監(jiān)測(cè)的有效手段。

5.2 基于網(wǎng)絡(luò)的電感法在線(xiàn)腐蝕檢測(cè)技術(shù)可有效對(duì)水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握水質(zhì)的腐蝕情況，是水質(zhì)腐蝕控制的有效監(jiān)測(cè)手段。

5.3 為循環(huán)水系統(tǒng)的黏泥沉積情況提供了直觀科學(xué)的方法，同時(shí)對(duì)殺菌、剝離操作有很好的指導(dǎo)意義，是在線(xiàn)評(píng)價(jià)殺菌、剝離劑效果的有效方法。