本發(fā)明屬于循環(huán)冷卻水結(jié)垢分析方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種適用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道結(jié)垢的動態(tài)實驗方法及裝置。
背景技術(shù)：
：循環(huán)冷卻水用水是工業(yè)用水的主要組成部分。目前用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水源主要有地下水、地表水以及經(jīng)過處理的城市污水，但是城市污水經(jīng)二級生化處理后，水質(zhì)較為簡單，仍然含有大量的無機離子和少量的有機物，如若回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，冷卻水在換熱并經(jīng)降溫再循環(huán)使用過程中就會給系統(tǒng)帶來結(jié)垢的問題。設(shè)備表面結(jié)垢問題所帶來的直接后果是降低熱交換系統(tǒng)的工作效率，嚴(yán)重時影響工業(yè)生產(chǎn)，甚至使整個系統(tǒng)癱瘓。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中添加阻垢劑是控制系統(tǒng)結(jié)垢的有效手段。然而，了解循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢過程及趨勢是更好的解決結(jié)垢問題的前提，大量研究側(cè)重點放在結(jié)垢成因及阻垢劑性能測定，也有研究分析測定了一些阻垢劑及水中各個離子對循環(huán)冷卻水結(jié)垢的影響，卻很少有關(guān)于有機物對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢行為的研究。進行結(jié)垢監(jiān)測、研究成垢原因，無疑具有重要的意義。結(jié)垢測試技術(shù)按對沉積物的監(jiān)測手段劃分包括熱方法和非傳熱量的污垢監(jiān)測法。熱方法中又可分為熱阻表示法和溫差表示法兩種，非傳熱量的污垢監(jiān)測法又有直接稱重法、厚度測量法、壓降測量法、放射性技術(shù)、時間推移電影法、顯微照相法、電解法和化學(xué)法等。污垢熱阻表示即假定換熱面上污垢的存在對壁面與流體的對流傳熱系數(shù)的影響可以忽略，換熱面的污垢熱阻可以通過測量清潔狀態(tài)和結(jié)垢狀態(tài)下的壁溫和熱流而被間接測量出來。直接稱重法：結(jié)垢速率以質(zhì)量通量進行表示，根據(jù)一段時間內(nèi)結(jié)垢前后重量的變化表示結(jié)垢速率的大小。目前多用于實驗室模擬研究，特別是針對結(jié)垢誘導(dǎo)期的模擬研究常常使用此種方法進行結(jié)垢速率測量。而在循環(huán)冷卻水實際工況條件下，結(jié)垢過程包括由游離的鈣離子變成碳酸鈣的結(jié)晶過程，也包括晶體在設(shè)備表面的附著和生長過程。這些測試方法都屬于靜態(tài)測定法，只能評價前者，而不能有效的反映結(jié)垢行為。而動態(tài)測定方法能較好的評價結(jié)垢行為及結(jié)垢過程。動態(tài)法是在實驗室給定的條件下，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場的工況條件，包括流速、流態(tài)、溫度、水質(zhì)、金屬材質(zhì)和換熱強度等，是一種較為理想的中和測試方法，能夠很好的反映實際工況條件下的阻垢劑性能。但是，通過該方法的測試時間較長（通常在10天以上），而且設(shè)備復(fù)雜、價格昂貴，不能簡單快捷的獲得實現(xiàn)結(jié)垢行為評價的結(jié)果。傳統(tǒng)的靜態(tài)法不能反映結(jié)垢行為的過程，同時存在靜態(tài)沉積法結(jié)垢不均勻的缺點，動態(tài)法存在設(shè)備復(fù)雜、測試時間長的缺點。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供了一種適用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道結(jié)垢的動態(tài)實驗方法和裝置，使用循環(huán)水泵抽取置于恒溫水槽的循環(huán)冷卻水箱中的測試水樣，然后流經(jīng)放有金屬試片的試片管，并用流量計控制流速，以模擬循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道結(jié)垢的工況條件，本發(fā)明通過金屬試片的增重來綜合研究結(jié)垢行為，有機結(jié)合了傳統(tǒng)靜態(tài)法和動態(tài)法的優(yōu)勢，既貼近實際工況條件，又方便研究結(jié)垢行為，同時與傳統(tǒng)動態(tài)評價方法相比該方法不但操作簡單，應(yīng)用領(lǐng)域廣，而且提供了有效、快速的評價循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢行為的方法并為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢阻垢的研究提供參考。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，適用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道結(jié)垢的動態(tài)實驗方法，其特征在于具體過程為：（1）選取工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的實際用水、天然水源水樣、工業(yè)廢水水樣或城市污水水樣作為測試水樣，測試之前對測試水樣進行分析，并具體分析致垢離子ca2+、mg2+、co32-及hco3-的濃度；（2）將金屬試片置于丙酮中超聲清洗5min，再用蒸餾水清洗后置于真空干燥箱中干燥，對金屬試片進行編號并稱重后裝入試片管中；（3）將測試水樣轉(zhuǎn)移至循環(huán)冷卻水箱中，控制恒溫水槽的溫度為50-90℃，通過循環(huán)水泵引出循環(huán)冷卻水箱中的測試水樣經(jīng)流量計流入試片管沖刷金屬試片，然后回流至循環(huán)冷卻水箱，流量計的流速控制為0.5-10l/min；（4）分別在實驗開始后1h、2h、4h、8h、16h、32h和64h取出金屬試片置于真空干燥箱中，干燥后再次稱重，計算實驗前后金屬試片的增重量即為結(jié)垢量，通過掃描電子顯微鏡和x射線衍射儀對金屬試片表面結(jié)垢的微觀形貌和晶型進行分析以便于進一步分析結(jié)垢情況。本發(fā)明所述的適用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道結(jié)垢的動態(tài)實驗裝置，其特征在于包括恒溫水槽、循環(huán)冷卻水箱、冷卻管、試片管、金屬試片、流量計和循環(huán)水泵，其中循環(huán)冷卻水箱安裝于恒溫水槽中，循環(huán)冷卻水箱的頂部設(shè)有三個固定孔，其中的一個固定孔內(nèi)設(shè)有冷凝管，另外的兩個固定孔內(nèi)分別安裝有硅膠管，該硅膠管分別與循環(huán)水泵的進液口和試片管的出液口相連，循環(huán)水泵的出液口通過硅膠管與流量計的進液口相連，流量計的出液口通過硅膠管與試片管的進液口相連。進一步優(yōu)選，所述的冷凝管為玻璃管，該玻璃管的一端與循環(huán)冷卻水箱內(nèi)側(cè)上部的空氣相通，玻璃管的另一端與外界大氣相通，玻璃管的外徑為3-6mm，長度為30-40cm，用于冷凝水蒸氣。進一步優(yōu)選，所述的金屬試片的材質(zhì)為304不銹鋼或316l不銹鋼，金屬試片的形狀為圓形或矩形，并且該金屬試片的尺寸與試片管的內(nèi)徑尺寸相配。進一步優(yōu)選，所述的試片管為透明玻璃管或透明有機玻璃管，該試片管的管徑為6-30mm，長度為0.2-1m。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本發(fā)明成功解決了傳統(tǒng)靜態(tài)評價方法的結(jié)垢不均勻問題，實現(xiàn)了傳統(tǒng)靜態(tài)評價方法與動態(tài)評價方法的有機結(jié)合，與傳統(tǒng)動態(tài)評價方法相比該方法操作簡單，應(yīng)用領(lǐng)域廣，既能有效便捷地動態(tài)評價循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢行為，又能為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢阻垢的研究提供參考。附圖說明圖1是本發(fā)明中適用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道結(jié)垢的動態(tài)實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1-恒溫水槽，2-循環(huán)冷卻水箱，3-冷凝管，4-試片管，5-金屬試片，6-流量計，7-循環(huán)水泵。具體實施方式為進一步詳細(xì)闡述本發(fā)明的內(nèi)容，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。實施例參閱圖1，本發(fā)明提供的適用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道結(jié)垢的動態(tài)實驗裝置，包括恒溫水槽1、循環(huán)冷卻水箱2、冷凝管3、試片管4、金屬試片5、流量計6和循環(huán)水泵7，其中循環(huán)冷卻水箱2安裝于恒溫水槽1中，循環(huán)冷卻水箱2的頂部設(shè)有三個固定孔，其中的一個固定孔內(nèi)設(shè)有冷凝管3，另外的兩個固定孔內(nèi)分別安裝有硅膠管，該硅膠管的一端均插入循環(huán)冷卻水箱2測試水樣的液面以下防止試樣產(chǎn)生氣泡，硅膠管的另一端分別與循環(huán)水泵7的進液口和試片管4的出液口相連，循環(huán)水泵7的出液口通過硅膠管與流量計6的進液口相連，流量計6的出液口通過硅膠管與試片管4的進液口相連。本實施例中用到的金屬試片5為316l不銹鋼試片，由深圳市龍崗區(qū)三和興金屬材料行提供，尺寸為2×8×12mm，該316l不銹鋼試片水平放在試片管4中，并且316l不銹鋼試片與測試水樣流動方向平行；本實施例中用到的試片管4為透明有機玻璃管，尺寸為外徑12mm*壁厚1.5mm，由深圳市龍崗區(qū)布吉雄峰發(fā)金屬材料商行提供；本實施例中用到的循環(huán)冷卻水箱2是四孔平底燒杯，由南京市秦淮區(qū)研之寶實驗器材營銷中心加工而成；本實施例中用到的恒溫水槽1即恒溫水浴鍋，是北京市長風(fēng)儀器儀表公司的hw.sy11-kp2型的水浴鍋；本實施例中用到的循環(huán)水泵7的型號為mp-6rz，由溫州晧泉泵業(yè)有限公司提供；本實施例中用到的流量計6的型號為lzm-15，由余姚巨屹環(huán)保設(shè)備有限公司提供。本實施例對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道結(jié)垢行為進行動態(tài)評價，該測試水樣取自新鄉(xiāng)市小尚莊污水處理廠二級生化池出水。本實施例的適用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道結(jié)垢的動態(tài)實驗方法的具體操作步驟如下：1、準(zhǔn)備金屬試片：將金屬試片置于丙酮中進行超聲波清洗5min，清洗后放置于真空干燥器中干燥，待用；2、準(zhǔn)備測試水樣：制備濃縮水樣：用1000ml的燒杯取1000ml的測試水樣置于恒溫水槽中，恒溫水槽的溫度設(shè)定為55℃，濃縮至200ml得到5倍濃縮水樣，待用；3、結(jié)垢試驗：將步驟2得到的5倍濃縮水樣取1000ml轉(zhuǎn)移至循環(huán)冷卻水箱中，取28個準(zhǔn)備好的金屬試片編號并稱其重量為m1、m2、m3……m14，并排水平放置于試片管中，塞上固定塞，連接好裝置，并將冷凝裝置固定在循環(huán)冷卻水箱上的固定孔中，通過流量計調(diào)節(jié)測試水樣流速為7l/min，循環(huán)冷卻水箱置于恒溫水槽中，分別在實驗運行1h、2h、4h、8h、16h、32h和64h時取出兩個金屬試片并真空干燥，稱其質(zhì)量為m1、m2、m3……m14，恒溫水槽的溫度控制為80℃；4、結(jié)垢量計算：結(jié)垢試驗ci=mi-mi，結(jié)垢量結(jié)果數(shù)據(jù)見表1所示。表1實施例測試數(shù)據(jù)及計算結(jié)果統(tǒng)計表時間（h）1248163264結(jié)垢（mg）0.30.91.11.21.31.51.6本發(fā)明成功解決了傳統(tǒng)靜態(tài)法評價方法的結(jié)垢不均勻，實現(xiàn)了傳統(tǒng)靜態(tài)評價方法與動態(tài)評價方法的有機結(jié)合，與傳統(tǒng)動態(tài)評價方法相比該方法操作簡單，應(yīng)用領(lǐng)域廣，既能有效、便捷的評價循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢行為的方法，也為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢阻垢的研究提供參考。當(dāng)前第1頁12