
1 试验设备和材料
1.1 主要装置
蒸气发生炉(换热器);材料的冷却塔和贮水池;FZM型不锈钢水泵;LIB型转子;C6-46-3C型排尘风机;0.4 T的磁力阻垢器;臭氧发生器。
1.2 试验仪器
723分光光度计;DDS型电导率测定仪;pH3-3C型酸度计;HG-3型火焰分光光度计。
1.3 试验材料
试验管:Ø 10mm×1mm碳钢管,外壁镀铬;
试片:50mm×25mm×2mm,A3钢。
2 试验方案及结果
工艺流程简图见图1。
2.1 试验方案
试验分A、B两个系统。
A系统:用200mg/L的Na2MoO4进行预膜,同时在贮水池中投加臭氧,保持剩余臭氧浓度为0.03~0.10mg/L,5d后将预膜剂换作冷却水。磁力阻垢器安装在换热器前的管路上。
B系统:用20mg/L的Na2MoO4进行预膜,臭氧投加方式为间歇式,每2d投加一次,每次60min,其它同系统A。
2.2 试验结果
2.2.1 水质分析
试验过程中每天定时取水样进行常规分析,其中SO42-、Cl-每周做两次分析,结果见表1。试验用水为北京某石化公司生产用水。
系统 | 总硬度*(mg/L) | 总碱度*(mg/L) | Ca2+硬度*(mg/L) | pH | 电导率(μs/m) | SO42-(mg/L) | Cl-(mg/L) | K+(mg/L) | 浓缩倍数** |
系统A | 209.24~428.36 | 126.89~336.24 | 107.67~212.97 | 8.44~8.78 | 330~1450 | 60.20~155.23 | 15.03~110.18 | 3.6~7.2 | 1.7~3.4 |
系统B | 170.69~429.15 | 106.17~152.78 | 96.01~178.79 | 8.35~8.70 | 245~1100 | 40.75~150.73 | 16.50~105.63 | 3.4~7.2 | 1.6~3.4 |
补充水 | 159.89~309.92 | 182.86~295.21 | 138.68~231.54 | 7.66~7.80 | 415~800 | 34.07~68.15 | 15.70~59.31 | 2.1~2.2 | |
注 *以CaCO3 **以K+浓度计 |
2.2.2 污垢热阻测定
本试验的试前准备、开车、正常运转、停车及试后处理均按中石化总公司生产部执行的方法进行,试验过程中及时记录有关数据。污垢热阻测定按文献[3]进行,结果见表2。
系统 | 试件 | 清洁管热阻R1(m2.K/W) | 极限污垢热阻R2 |
A | 1 | 2.63×10-4 | 1.11×10-4 |
A | 2 | 2.86×10-4 | 1.12×10-4 |
B | 3 | 2.74×10-4 | 1.12×10-4 |
B | 4 | 2.76×10-4 | 1.12×10-4 |
系统 | 试件 | 管长(cm) | G2(g) | G3(g) | 污垢沉积率mcm[mg/(cm.月)] |
A | 1 | 44.95 | 101.2722 | 99.1348 | 27.01 |
A | 2 | 45.08 | 1102.2113 | 100.0110 | 27.76 |
B | 3 | 45.15 | 97.6626 | 95.2620 | 30.32 |
B | 4 | 45.00 | 103.4115 | 100.8001 | 32.82 |
系统 | 试件 | G2(g) | G3(g) | 腐蚀速率F[mg/(dm2.d)] |
A | 1 | 99.2356 | 99.1348 | 3.73 |
A | 2 | 100.1418 | 100.0110 | 4.84 |
B | 3 | 95.4716 | 95.2620 | 7.74 |
B | 4 | 101.2700 | 100.8001 | 10.80 |
2.2.3 结垢和腐蚀情况
系统运行21d后停车,试验管按GB5776方法进行处理,并按下式计算污垢沉积率和腐蚀速率,结果见表3、表4。
mcm=(G2-G3/AT)×30
F=[(G1-G3)/AT]×2.4×106
式中 mcm--污垢月沉积率,mg/(cm2·月)
A--粘附面积,cm2
T--试验时间,d
F--腐蚀速率,mg/(dm2·d)
G1--试验管试前质量,g
G2--试验管除垢前质量,g
G3--试验管除垢后质量,g
2.2.4 挂片的腐蚀情况
系统开始运行后在两个系统的贮水池中各挂一组试片,此时试片可看作预膜片。在停止加药后再挂一组试片。试验结束后取出处理,计算腐蚀速率,结果见表5。
系统 | 试片 | 预膜情况 | 试验周期(h) | 初重(g) | 试后重(g) | 腐蚀速率F[mg/(dm2.d)] |
A | 1 | 预膜 | 495 | 23.3127 | 21.2782 | 4.14 |
A | 2 | 预膜 | 495 | 21.1556 | 21.1320 | 4.18 |
A | 3 | 不预膜 | 310 | 20.9813 | 20.9593 | 6.04 |
A | 4 | 不预膜 | 310 | 20.7913 | 20.7716 | 5.41 |
B | 5 | 预膜 | 495 | 20.5827 | 20.5003 | 13.37 |
B | 6 | 预膜 | 495 | 19.9484 | 19.8634 | 14.45 |
3 讨论
① 按照中国石化总公司执行的标准[3]对试验结果进行评价,A系统试验管和预膜试片的腐蚀速率均达到“好”等级,未预膜试片处于“好”的等级。B系统试验管腐蚀速率达到“好”的等级,预膜试片在“可以允许”范围,所以本试验方案对腐蚀的控制是成功的。A系统比B系统缓蚀率更高,原因在于A系统预膜剂浓度更高,且连续投加臭氧,A系统未预膜片腐蚀速率比B系统更低也证实了这一点。
② 两个系统由于采用臭氧杀菌,所以管路比较清洁,生物污垢减少(可从观察),而A系统由于连续投加臭氧,几乎不产生生物粘泥。这说明臭氧有效地控制了微生物繁殖,大幅度减少了粘附和垢下腐蚀作用。
③ 两个系统极限污垢热阻均达到"好"的等级,说明磁化作用使得垢层疏松,传热效率降低幅度较小。与以前所做空白试验[4]相比,阻垢率为70%~80%。粘附速率接近允许值,偏高的原因之一是计算时未扣除膜层的质量,另外水的硬度、离子强度、磁场强度等会影响磁化效果。据称水的硬度大于350 mg/L时处理效果稍差[5]。
4 推荐工艺
预膜是为了防腐,磁化的主要作用是防垢,而臭氧的杀菌作用最出色,三者可以发挥协同作用。本工艺将三者结合起来,为处理探索了一条新的途径,而且基本上是一种“绿色”工艺。其特点是:①同时杀菌、缓蚀、阻垢,处理效果好;②排污无污染,符合环保要求,社会效益好;③一次投资,长期受益,经济效益好。
根据A、B两个系统的试验结果,建议在试验水质条件下,预膜剂浓度20mg/L,磁感应强度不小于0.4T,臭氧采用连续投加为好,为节能也可间歇投加,使其主要发挥杀菌作用。剩余臭氧浓度约0.05mg/L,其它参数:浓缩倍数3.0左右,流量Q=180L/h,Re>4000,换热器热负荷q≤17.5W/m2,循环比1/4~1/5。实际应用时,尚需根据具体情况确定运行参数。
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