特高壓換流站直流系統閥冷系統外冷水緩蝕藥劑性能對比研究方法

摘 要：閥冷系統是特高壓直流換流站不可或缺的一部分，為整個換流站核心部件換流閥冷卻。閥冷外冷長期運行于高溫高濕環境，容易在設備表面形成水垢，影響整個冷卻設備運行效率，外冷水緩蝕阻垢劑既是用來有效減緩冷卻設備表面的結垢速率，最大程度發揮設備冷卻效率。目前市場上緩蝕劑種類繁多，藥劑品質參差不齊，如何甄別選型適合現場工況的藥劑是運行方需解決和考慮的一個問題。

關鍵詞：緩蝕阻垢劑；閥冷系統；外冷水；結垢

中圖分類號：TM721 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0048-02

引 言

南方電網超高壓公司某局特高壓直流換流站內閥冷設備采用地表水經處理后作為外冷水水源，由于水質鈣、鎂離子含量較高，水質的硬度大，長期運行后，設備表面結垢比較明顯，運行單位根據現場設備運行工況，選擇目前市場上兩種藥劑進行對比試驗，檢測藥劑效果，同時驗證試驗方法的可行性。

1 試驗方法

（1）阻垢實驗——恒溫水浴法，根據《水處理劑復合阻垢緩蝕劑技術要求》（Q/SH0374-2010）中阻碳酸鈣垢率的測定方法：以含有一定量碳酸氫根和鈣離子的試驗用水和復合阻垢緩蝕劑制備成試液。在加熱條件下，促使碳酸氫鈉加速分解為碳酸鈣沉淀。達到穩定后測定試液中的鈣離子濃度。鈣離子濃度越大，則鈣復合阻垢緩蝕劑的阻垢性能越好。首先按要求把水和藥劑配制好置于1000mL燒杯中，放入溫度已升至50℃的恒溫水浴中，當溫度升到80±1℃的，開始計時，敞開恒溫濃縮2倍。當燒杯中剩余的試樣溶液為505～510g時，把燒杯取出，放入涼水中冷卻至室溫。冷卻后用雙層定量濾紙干過濾，取濾液50mL按GB/T16632規定方法測定鈣含量，并測定濾液的pH值。同時做空白實驗。

（2）緩蝕性能測試——旋轉掛片法，根據《水處理藥劑緩蝕性能的測定旋轉掛片法》（GB/T18175-2000）：根據現場水質，溫度45℃，運行72h左右，用試片的質量損失計算出腐蝕率和緩蝕率來評定水處理劑的緩蝕性能。

3 試驗水質依據

根據現場帶回水樣分析數據，水質見表1。

4 水質判斷

通過水質分析可以對冷卻水系統的腐蝕和結垢傾向進行判斷，常用的判斷指數有朗格利爾指數（L.S.I）、雷茲納指數（R.S.I）、帕科拉茲指數（P.S.I）等，由于帕科拉茲指數對水質的判斷較準確，因此得到廣泛應用。下面我們將用帕科拉茲指數（P.S.I）對循水場循環水項目配套循環水補充水的腐蝕、結垢傾向加以判斷。

帕科拉茲指數的定義如下：

<6 結垢

P.S.I=2pHs-pHeq=6 不腐蝕不結垢

>6 腐蝕

式中：pHs-冷卻水的飽和pH，pHs=（9.30+A+B）-（C+D）

A：總溶固系數；B：溫度系數；C：鈣硬度系數；D：總堿度系數。

pHeq-冷卻水的平衡pH，pHeq=1.465logM+4.54，M：冷卻水的總堿度。

由上式計算的P.S.I值偏離6越遠說明冷卻水結垢（小于6）越嚴重或腐蝕（大于6）越嚴重。

根據提供的水質分析數據計算P.S.I值為8.331，腐蝕性較強。

5 阻垢實驗結果

（1）水質，按照Q/SH0374-2010附錄B中配制水進行，鈣硬約300mg/L，堿度約600mg/L，濃縮2倍。

（2）實驗溫度：80±1℃。

（3）實驗時間：約10h。

（4）藥劑加入量：緩蝕阻垢劑A和緩蝕阻垢劑B均為70mg/L。

（5）實驗數據。

以百分率表示的阻碳酸鈣垢率以η計，數值以%表示。按式（1）計算：

=×100（1）

式中：

V2——加入試樣的試液試驗后測定鈣離子的濃度，mg/L；

V1——實驗前實驗水中鈣離子的濃度，mg/L；

V0——未加試樣的空白試液鈣離子的濃度，mg/L；

K——濃縮倍數。

6 緩蝕實驗結果

（1）水質，根據現場取樣補水水質，進行配制接近該水質；

（2）實驗溫度：45℃；

（3）實驗時間：72h；

（4）藥劑加入量：緩蝕阻垢劑A和緩蝕阻垢劑B均為70mg/L；

（5）材質：碳鋼、銅；

（6）實驗數據（如表3）；

（7）腐蝕速率（如表4）。

試驗步驟：

（1）將試片用濾紙把防銹油脂擦拭干凈，然后分別在丙酮和無水乙醇中用脫脂棉擦洗（每10片試片用不少于50ml上述試劑），置于干凈濾紙上，用濾紙吸干，置于干澡器中4h以上，稱量（精確到0.0002g），保存于干燥器中，待用。

（2）按試驗要求，配制好水處理劑儲備溶液。儲備溶液濃度一般為運轉濃度的100倍左右。儲備溶液應在當天或前一天配制。

（3）按試驗要求，準備好試驗用水。試驗用水為配制水。

（4）在試杯中加入水處理劑儲備溶液精確到0.02ml，在2000ml試杯中加試驗用水到一定體積，混勻，即為試液。在試杯外壁與液面同一水平處劃上刻線。將試杯置于恒溫水浴中，向各試杯中連續通入空氣。

（5）待試液達到指定溫度時，掛入試驗用試片，啟動電動機，使試片按一定旋轉速度轉動，并開始計時。

（6）試杯加蓋，不補水、不排污。

（7）當運轉時間達到指定值時，停止試片轉動，取出試片并進行外觀觀察并記錄。

（8）將試片用毛刷刷洗干凈，然后在酸洗溶液中浸泡3～5min，取出，迅速用自來水沖洗后，立即浸入氫氧化鈉溶液中約30s，取出，用蒸餾水沖洗，用濾紙擦拭并吸于，在無水乙醇中浸泡約3min，于干凈濾紙上，用濾紙吸干，置于干燥器中4h以上，稱量（精確到0.0002g）。同時做試片的酸洗空白試驗。

（9）做未加水處理劑的空白試驗。

（10）對酸洗后的試片進行外觀觀察并記錄。

計算公式：

以mm/a表示腐蝕率以X1計，數值以%表示，按式（2）計算：

X1=×100（2）

式中：

Δm——試片實驗前后質量損失，g；

s——試片表面積，cm2；

ρ——試片的密度，g/cm3；

t——試驗時間，h；

8760——與1年相當的小時數，h/a；

10——與1cm相當的毫米數，mm/cm。

7 試驗藥劑理化指標

產品1、緩蝕阻垢劑A；

產品2、緩蝕阻垢劑B。

8 試驗結論

（1）根據《水處理劑復合阻垢緩蝕劑技術要求》（Q/SH0374-2010）中對藥劑性能要求，阻碳酸鈣率（配制水）要求大于等于60%，以上兩種藥劑阻垢率為25.05%和24.1%，均不符合該標準的要求，緩蝕阻垢劑A的阻垢率略強于緩蝕阻垢劑B。

（2）根據GB50050-2007工業循環水設計規范的要求，碳鋼腐蝕率須≤0.075mm/a；不銹鋼和銅的腐蝕率須≤0.005mm/a。通過GB/T18175-2000《水處理藥劑緩蝕性能的測定旋轉掛片法》進行實驗，上述兩種藥劑碳鋼緩蝕率在0.7～0.8之間，遠高于國標要求，甚至高于空白水樣，造成系統腐蝕率增強，緩蝕阻垢劑A的阻緩蝕率略強于緩蝕阻垢劑B。

（3）兩種藥劑理化指標遠遠低于電力行業標準。

參考文獻

[1]《水處理劑復合阻垢緩蝕劑技術要求》（Q/SH0374-2010）.

[2]《水處理劑阻垢性能的測定 碳酸鈣沉積法》（GB/T16632-2008）.

[3]《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》（GB18175-2000-T）.

收稿日期：2018-10-8

作者簡介：毛仕濤（1992-），男，助理工程師，本科，主要從事電力運檢工作。