动态模拟在循环水配方筛选及日常管理中的应用

快速腐蚀和阻垢试验严格说来可以认为是过程
模拟 ， 只不过 它们 是在 固定 温度下 ， 没有 考虑 热 负荷 和温 度变化 的影 响 ， 以 ， 实 际 上 是 一 种 稳 态 模 所 它
拟。
பைடு நூலகம்
引人 了循环冷却水处理技术 ， 它的优越性和带来的 经济效益很快就被人们公认 ， 并迅速推广到其他行
制计 算机 还能 通过 设定 、 自动 调节 和控 制 好 温 度 参 数 ， 算 出瞬时 污垢 热 阻 ； 计 同时 ， 算 机 还 可 以对 系 计
质稳定优化和科学管理 ， 无疑会提高循环水系统管 理水平 ， 降低新鲜水消耗 ， 推进企业可持续发展 。
统的计算参数 、 控制参数及所测点 的温度进行修正
束后 ， 可拆解查看 管程 的结垢和腐蚀情 况， 简单直 观， 真实 可靠 。同时 ， 模拟装置 中安装 的腐蚀监测 管， 不仅可以 目 测监测管材的腐蚀情况 ， 而且可 以定
量计 算循 环水 对 材料 的腐 蚀 速率 ， 由此 动 态模 拟 和 综合 评 价管 程对 流换 热 强 化 技 术 的换 热 效果 、 流动 阻力、 污垢特 性 等 。该装 置 以强 化换 热 管 和普 通 列 管 的换 热过 程 的基 本影 响 因素 相 同 为基 础 ， 采用 除
ｙ一 （ Ｔ － ） ｔ ￣
１ 试 验管长 度 （ ； —— ｍ） 试验 时间 （ ） ｈ。
现行国标要求碳钢材质腐蚀率不超过 ０ １５ ． ２ 毫 米／ 中石化标准为不超过 ００ ５ 年（ ．７ 毫米／ 、 和 年）铜 不锈钢材质腐蚀率不超过 ００ ５ ．０ 毫米／ 年。
循 环水 的污垢 系数 和腐蚀 率是两 个 非常重 要 的 设 计选 型参 数 。由于动 态模拟 的可靠 性 、 科学 性 ， 在
系统设计 和 投运前 进 行 模 拟试 验 ， 以为 工 程 和 项 可
式 中 ：—— 循 环水 污垢 系数 （ ７ ｍ ・℃／ ； ｗ）
Ｑ～ 循 环水 流 量 （ ｇ Ｓ ； ｋ ／ ）
Ｃ — — 水 的 比热 （／ ｇ・。 ｐ Ｊｋ Ｃ）
ｔ — —冷 却水 瞬时进 口温 度 （ ； 进 ℃） ｔ— —冷 却水 瞬 时 出 口温度 （ ； 出 。 Ｃ） ｔ进 — 清洁 管时冷 却水 进 口温度 （ ； ’— 。 Ｃ） ｔ出 ’ —— 清洁 管 时冷却水 出 口温度 （ ； ℃） 卜 蒸 汽温 度 （ ； ℃） ｄ —试 管 内径 （ ； — ｍ）
动控 制 ； 据在 线 ｐ 计 ， 现 酸碱 度 自动 控制 。控 根 Ｈ 实
界各国面临的一个十分严峻的课题 ， 国在“ 我 十一
五” 划 中就 专 门制 定 了节 水 减 排 的 目标 计 划 和工 规
作措施 。循环冷却水作为工业 企业 的耗水 大户 ， 约
占我 国工 业 取 水 量 的 ７ 左 右 ， ０／ ９ ６ 因此 ， 水 的最 大 节 潜力 是节 约工 业冷 却 用 水 ， 采 用循 环 水 是 节 约水 而 资源 的重 要途 径 。 利用 循环 水动 态模 拟装 置对循 环水 系统 进行水
试验装置上进行试验 ， 定水质稳定方案和工艺条 评
件。
动态模 拟试 验装置 工艺 原理 如 图 １ 示 。 所
第 ３期
动 态模 拟在循 环 水配方 筛选及 日常 管理 中的应 用
３ ３
１补水桶 ；． ． ２ 轴流风机 ；． ３冷却塔 ；． ４ 集水池 ；． ５ 循环水泵 ；． ６ 浮球 ；． ７ 冷却水流量计 ；． ８ 排污流量计 ；． 汽 ９蒸 发生器 ；０ 球型冷凝 管 ；１ 温度计 ；２ 传热管内接 ；３ 传热管 ；４传热管外接 ；５ 电炉丝 １． １． １． １． １． １．
列问题 ， 导致换 热器传热效率 降低 ， 影响装置 的安
全、 稳定 和长 周期 运行 ， 以必 须实施 对循 环冷 却水 所
的水 质稳 定处 理 。 循环 冷却 水水 质稳定 处理 技术 的发展 在我 国起
顺 利进行 ， 运行 一定 时 间 （ 般 也是 ７ 时 ） 然 后 一 ２小 ， 测定 水 中钙离 子浓 度 。在 相 同 的试 验条 件 下 ， 加 添
目的经济 、 理设计 提供 依据 ， 合 取得 的实 验数 据也 可
以直 接用 于工业 生产 。
３ 动 态模 拟 装 置 在 循环 水 水 处 理 配 方 研 究 中的应 用
为了节约用水 ， 降低成本 ， 在石油 、 化工 、 电力、 冶金等企业大多或正在逐步采用循 环冷却水系统 。
们 之 间相互 交错 ， 相互 关 联 ， 因此 ， 目前 尚没 有 一个
还是后 来 修 订 发 布 的 ＨＧ／ ２６—０ ８同 名 新 标 Ｔ １０２０ 准， 都对 冷却 水动 态 模 拟试 验 的步 骤 、 法 、 求 等 方 要 进行 了详 细的规定 。因为动 态模拟 装置 基本 与 生产
某种 药剂 后腐蚀 率 越低 ， 明该 缓 蚀 剂 的 缓蚀 作 用 说
越强 ； 同理 ， 添加 某种药 剂后 水 中的钙 离子稳 定 数值 越大 ， 则说 明该 阻垢剂 的阻垢 性 能越好 。
步较 晚 ， 是 发 展很 快 。上 世 纪 ７ 但 ０年代初 ， 国引 我 进 大 化肥 、 油化工 、 石 轧钢 、 化纤等装 置 时 ， 同时 大 才
ｗ ｗ。 、 ——试管腐蚀前 、 的重量（ｇ ； 后 ｋ）
ｐ —— 试管材 料 的密度 （ ｇｍ。 ； ｋ ／ ）
ｄ —试 管 内径 （ ； — ｍ）
环境中， 以进行强化换热和列管换热的类 比分析。
动 态模 拟装 置 中 ， 冷却 水 在 流 量 、 出 口水 温 、 进 蒸 汽温 度等 保持 稳 定 的情 况 下 ， 污垢 系数 可 由下 则 式 计算 ：
对这 些 过程 的科 学分 析都需 要进 行动 态模拟 。化工 过程 系统 优 化分 析 与合 成 理 论 的不 断 发 展 ， 续推 持 动着 化工 流程 的模 拟研 究 ， 其 是 促进 了化 工 动态 尤
实 际情况 基本 相 同 ， 主要 由冷却 塔 、 水池 、 泵 、 集 水 热
交换器以及计算机监测评价系统等几大部分组成 。 循环水动态模拟试验装置的工作原理是 ： 采用 电加热（ 或高温蒸汽加热） 产生的饱和蒸汽作 为热
但冷 却水长 期使 用 后 ， 由于水 温 、 质 的变 化 ， 然 水 必
ｌ ——试验管有效传热长度 （ 。 ｍ）
３ ４
四川＇ 工 ９ ５
第１ ５卷
２ １ 年 第 ３期 ０２
会带 来沉 积物 粘 附 、 属腐 蚀 和微 生物 滋 生 等一 系 金
Ｃ （ Ｏ３２ ａ Ｏ３ ＋Ｃ ２ ａ ＨＣ ）＝Ｃ Ｃ Ｏ 千＋Ｈ２ Ｏ
业 。特别是 ８ Ｏ年代 后期 以来 ， 循环冷 却水水 质稳 定 与处 理技 术 ， 尤其是 将成 熟 、 良的药 剂 配方方案 与 优
自动控制 技术 相结 合 的研 究 ， 得到 了突 飞 猛进 的发
根据 快速 试 验 的初 步 结果 ， 择 几 种适 宜 的配 选 方进行 动态 模拟 试验 ， 后 再 根 据 动态 试 验 结 果 优 然 选 出 １ 种 配方 ， 进 行 反 复 的多 次 试 验 ， 核 其 ～２ 再 考
和报 表 打 印 。这 样 ， 过 在 动态 的 、 传 热 面 的 ， 通 有 并 模 拟生产 装置 冷却 器 的材 质 、 壁温 和水 流 动 状 态 的
２ 循 环 水 动 态模 拟 装 置 的工 作 原 理
循环水动态模拟装置， 实际上就是按照工业循 环水生产 的实际运行原理 ， 根据动态模拟的理论而 设计开发的一种小型生产模型 。该模型与生产装置
发 ， 到所 需 的浓缩倍 数后 ， 节排 污 阀 以一定 的流 达 调 量 连续排 污 ， 水 池 自动补 水 维 持 水 位 恒 定 。根 据 集 试 验要 求 ， 输人 设定 的蒸 汽 、 凝 管 、 环 水 进 出 口 冷 循 水 温度 等参数 ， 控制 计 算 机 会根 据 在 线 电导 率 监 测 仪 ， 现模 拟装 置 的 自动 补水 、 药 和浓 缩倍数 的 自 实 加
源， 模拟 工艺生 产 中的热 物料 ， 用便 于拆装 和称 量 的 传 热试 管 （ 试管 尺寸 一般有 ￣１ｍｍＸＩ ０ ｍｍ、 ９ Ｏｌ ｍｍ
×２ ｍｍ、 ２ ｍｒＸ ｉ 等几 种 规格 ） 拟生 产 装 置 Ｏ ５ ｎ ｍｍ 模
换热器列管。传热试管置于蒸汽发生器 内， 使管子
外 围充 满饱 和蒸 汽 。冷却 水 由循 环 水 泵 提 供 ， 节 调
展 ， 用 范围 也越来 越广 泛 。 应
对循 环 水 进行 水 质 稳定 处 理 时 ， 主要 考虑 的是
重现性 ， 最终 确定水 质 配方 。无论 是 １９ 年 国家 出 ９１
台的 ＨＧ／ １ ０９ 《 却 水 动态 模 拟 试 验 方 法 》 Ｔ ２ ６ —１ 冷 ，
其 配 方 中包含 的药 剂 种 类 、 数量 以及 各 种药 剂 的投 加 浓 度等 等 。 由于 冷 却 水水 源 水 质 地 区差 异 大 ， 而 且 运 行过 程 中产生 的问题 及 其 影 响 是多 方 面 的 ， 它
实际相 符 ， 以动 态试 验 结 果 可 以作 为是 否 用 于生 所
简 单 的定 量计算 方法 能够 直接 算 出各 种药剂 的加人 量， 以及预 示 各种 药剂 的增 效 作 用 。这 就必 须 根 据 水质 、 冷却 幅度 （ 冷却 后 的水温 与 当地 湿球温 度 之差 值 ）浓缩 倍 数 、 热 设备材 质及 工艺介 质温 度 、 、 换 流速 等 条件 ， 用动 态模 拟设 备进行 大量 的试验 ， 应 最终 筛
装 置在 循环 水配 方筛选 及 日常管 理 中的应用作 了认真 研究 和系统 总结 。
关 键词 ： 态模拟 动 循 环水 配方 筛选 日常 管理
１ 概 述
动态特征是化工过程系统最基本的特征之一。 由于在化工生产过程中， 存在着相 当多的动态过程 ， 这些过程 的工艺参数都是随时间变化的函数 ， 所以，
送 人冷却 塔进 行 冷 却 （ 冷却 塔 进 出水 温 度 差 一 般 ８
～
观”构建 和谐社会 的迫切要求 ， 、 资源紧缺、 环境恶化
等 矛盾 日益 突 出 ， 节水 减排 、 节能 降耗 已成为 当今世
１ 口 ， 后 回到集水 池 中 ， 由循环 水 泵 进 行 循 ２Ｃ）最 再
环运行 。循环水 经冷却塔强制抽 风冷却 时不断蒸
模拟的深入研究与广泛应用 。早在 ２ 世纪 ７ 年代 ｏ ０
末至 ８ Ｏ年代 ， 工 过 程动 态 模 拟 技术 就 已在美 国 、 化 日本 、 欧 等 国家 和地 区进 入 了广 泛 的应 用 阶段 。 西 随着 经 济 社 会 的 不 断 发 展 和 落 实 “ 学 发 展 科
冷却水流量（ 流速一般 ０ ８ ． 米／ ）使冷却水 ． ～１０ 秒 ， 通过传热试管（ 管程） 时吸收热量温度升高 ， 随后被
实 验 目标 参数 外其 余参 数 （ 管径 、 长度 、 工质 、 数 ） Ｒｅ 全 部相 同的强化 管 和列 管平 行置 于 同一温度 的蒸汽
对于腐蚀测定， 可以根据试管失重 ， 换算成腐蚀
速率。
即：
Ｈ 一 ｌ－ Ｗ ２ × Ｗ －
删 ￡
式中： Ｈ—— 腐蚀 速率 （ 毫米／ ） 年 ；
３ ２
四川化 工
第１ ５卷
２１ ０ ２年 第 ３期
动 态模 拟在 循 环 水 配 方 筛选
及 日常管理 中的应 用
张忠全
（ 四川 大学化 学工程 学院 ， 都 ， １ ０ ５ 成 ６０ ６ ）
摘 要
动态模拟作为一种先进的化工流程模拟技术， 极具科学性和可靠性。本文就循环水动态模拟
图 １ 动 态 模 拟 试 验 装 置 工 艺 原 理 图
试验 装置 中换 热管 可选择 不 同管径 和不 同材 质 （ 一般 可选 碳钢 、 锈 钢 、 等 材质 ） 不 铜 的试 管 ， 验 结 试
现行 国标规 定敞 开式循 环水 系统 的污垢 热 阻值
为 １ ７ ×１ ＿ ＂ ３ ４ ×１ ｍ２・℃／ ． ｌ ０ “－ ． ４ ０ － － ｗ。