一種循環冷卻水運行質量在線檢測設備及方法

張林（中石化股份天津分公司）

一種循環冷卻水運行質量在線檢測設備及方法

張林
（中石化股份天津分公司）

本文涉及到循環冷卻水系統緩蝕、阻垢、殺菌效果的在線檢測裝置。它包括小型監測換熱器、在線腐蝕檢測裝置、生物粘泥檢測裝置及相應數字轉換、網絡傳輸模塊，使循環水運行質量檢測實時化、功能模塊集成化，解決了循環冷卻水系統沉積、腐蝕、粘泥檢測滯后的問題。

監測換熱器；生物粘泥監測；生物粘泥；污垢熱阻；腐蝕

1 概述

循環水換熱器作為化工裝置的重要設備，保持良好的運行狀態對于生產裝置的長周期安全運行十分重要。同時，作為主要的換熱設備之一，循環水換熱器換熱效率的高低，直接影響到生產運行的能源消耗。如果循環冷卻水在重復使用中，鈣鎂離子不斷增加濃縮最終形成垢層，將會降低換熱器傳熱效率。因此深入研究控制循環水結垢和腐蝕對節能工作的開展具有重要意義和研究價值。

循環水系統運行質量，主要通過沉積速率和腐蝕速率指標進行評價，其系統運行質量直接關系到生產裝置能否長周期運行和設備安全。目前國內循環水系統的運行質量，主要采用監測換熱器檢測標準，監測換熱器是一種模擬用的小型換熱器，通過在每套循環水系統配置標準的監測換熱器，以低壓飽和蒸汽為熱源，循環水作為冷源，飽和蒸汽的溫度、溫度和循環水的流量按照統一的標準進行運行控制，每月對取出的檢測換熱管按照標準方法進行測試，通過計算檢測換熱管的沉積和腐蝕情況，作為評價當月系統的運行質量情況。監測換熱器評價方法，是目前國內采用最為普遍的一種標準評價方法，該方法由于對監測換熱器的運行指標（溫度、壓力、流量）以及檢測方法進行了統一，其檢測結果主要取決于循環水系統的水處理質量，因此，能夠綜合反映監測周期內的水處理質量情況，同時，由于標準的統一，便于進行指標的橫向和縱向比較。但監測換熱器方法也存在明顯的不足。

2 監測換熱器法的不足

2.1 檢測周期長，不利于系統的運行調整

監測換熱器運行周期一般為（1-3）個月，針對上次檢測結果進行的調整操作的有效性和效果分析至少需要一個月后才能再次得到確認，其反饋周期是以“月”為周期，在系統出現水質波動和不合格情況下，該方法尤其顯得滯后，無法對運行調整起到及時的指標作用，僅能作為最終的管理評價。

2.2 檢測方法單一，無法進行過程監控。

監測換熱器在運行過程中僅對其自身運行的溫度、壓力、流量等參數進行控制調整，不對循環水系統進行其它項目檢測，因此，只能通過每月最后的腐蝕速率和沉積速率結果反饋檢測周期內的循環水系統運行質量情況，對于造成腐蝕和沉積的因素（指標、時間）等均無法做到及時反饋或預警，缺少過程監督能力，對于超標或波動結果需要通過回顧性的技術統計或個人經驗進行分析判斷，暴露出了該方法的不足。

2.3 運行方式固定，無法了解掌握裝置個性換熱器的運行情況

由于監測換熱器的運行參數是統一固定的，因此，對于裝置的個性換熱器（如高溫、低流速、重點換熱器），在循環水目前運行方案下的水處理效果無法進行準確反映，有時會因局部水處理效果影響整體運行的情況出現。

2.4 不具有代表性，不能真正反映對運行設備的影響程度

由于其帶有熱負荷，所測沉積物中包括大量的鈣垢，而不能直接反映嚴重影響換熱效率的生物黏泥的沉積情況。而生物黏泥的監測主要使用異氧菌數監測和黏泥量監測，它們的共同特點是操作麻煩、數據間接，而兩種監測反映的是循環水中懸浮的菌、菌藻團乃至生物黏泥的量，而不是沉積在設備上的黏泥，所以以上監測的數值尤其在水處理藥劑的干預下越來越不具有代表性。對于菌藻檢測采用的是傳統的異養菌化驗及粘泥量（粘泥漏斗檢測方法）效果判斷方法，該方法能夠反映循環水中“懸浮微生物”的含量，但對循環水系統造成真正危害的沉積在換熱器設備表面的“附著微生物（主要以生物粘泥形式存在）”情況并未能準確反應，造成對于菌藻的控制只能采用固定投加方式，殺菌效果針對性不強，費用偏高。

因此，開發能夠與監測換熱器方法相統一的在線檢測技術，輔助進行循環水系統的方案優化和操作調整，彌補傳統檢測方法的不足，提高循環水系統的整體運行管理水平，確保生產裝置的長周期運行和設備安全，已顯得尤為必要。

3 循環水質量在線檢測方法

本方法針對現有監測換熱器監測技術的不足，提供了一套能夠運用到循環冷卻水中的運行質量在線檢測方法。為了解決上述技術問題，本技術方案如下：循環水運行質量在線檢測系統，包括在線污垢沉積速率檢測設備、生物粘泥監測設備及腐蝕監測設備及相應輔助設施。

監測換熱器為單管式小型換熱器，安裝在循環水旁濾上進行監測，主要通過冷卻水進出、出口、飽和蒸汽溫度、試管蒸汽側壁溫、流量、壓力等在線監控，以污垢熱阻的變化來實時反映污垢沉積情況；生物粘泥監測設備是參考美國腐蝕工程師協會(NACE)推薦的壓力降法沉積物監測裝置來設計的，通過壓差值變化來在線反映生物粘泥沉積的真實情況；在線腐蝕速率監測是以電感阻抗為基礎的，感抗的測量方法是把LPR探頭的快速響應和ER探頭及稱重試樣的廣泛適用的優點結合起來，它使得在任何具有腐蝕作用的環境下進行快速和準確地測量腐蝕速率的改變成為可能。

附圖1：循環冷卻水質量在線檢測設備

4 具體實施方式

下面將結合附圖1對本方法做進一步說明：

監測換熱器1接入循環水旁濾系統，打開冷卻水進水閥門2、過濾器3、流量控制器（流量、壓力）4、逆止閥門18，排除空氣之后，固定流量。調整蒸汽減壓閥門8、9、疏水閥門11，觀察就地冷卻水進水溫度計5、出水溫度計6、飽和蒸汽溫度7、試管壁溫30線污垢熱阻檢測儀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顯示端差和各點溫度，實時反映出試管污垢沉積情況。

在線感抗腐蝕探頭16、在線腐蝕檢測13實時反映設備腐蝕速率。調整回水閥門19,20、恒速控制器21、29，保證冷卻水以固定流速進入生物粘泥檢測裝置，該裝置包括一段水平安裝的直的管子22，管子上裝有兩個壓力旁通支管23、28，供測量該段管子的壓力降。該裝置與被監測的冷卻水系統平行安裝。在兩個壓力旁通支管間則跨接一個超微壓差計27和尼龍軟管24、25、調整閥26以測其壓力降。一般情況下，要求流速1.2-1.8米/秒，監測管長為54英寸，直徑為DN15，材質為316不銹鋼，這樣可以減少腐蝕對摩擦阻力的影響，其表面有利于生物膜的生長，增加對冷卻水中粘泥沉積監測的準確性，在線生物粘泥沉積14實時反映系統內生物粘泥的沉積情況。濁度檢測點17、在線濁度儀15數據與腐蝕速率、沉積速率、粘泥滋生等有密切關系，因此在線濁度是一項重要的過程指標。以上功能模塊數據可通過局域網實現數據上傳至工業水管理信息平臺，對數據進行收集、分析、反饋，不斷對沉積、腐蝕、粘泥沉積等趨勢模型記性修正。

5 結論

5.1 建立在網絡基礎上的端差法可真實的反映現場換熱器實際污垢沉積情況，是換熱器污垢沉積監測的有效手段。

5.2 基于網絡的電感法在線腐蝕檢測技術可有效對水質連續監測，實時掌握水質的腐蝕情況，是水質腐蝕控制的有效監測手段。

5.3 為循環水系統的黏泥沉積情況提供了直觀科學的方法，同時對殺菌、剝離操作有很好的指導意義，是在線評價殺菌、剝離劑效果的有效方法。