一种循环冷却水运行质量在线检测设备及方法

张林（中石化股份天津分公司）

一种循环冷却水运行质量在线检测设备及方法

张林
（中石化股份天津分公司）

本文涉及到循环冷却水系统缓蚀、阻垢、杀菌效果的在线检测装置。它包括小型监测换热器、在线腐蚀检测装置、生物粘泥检测装置及相应数字转换、网络传输模块，使循环水运行质量检测实时化、功能模块集成化，解决了循环冷却水系统沉积、腐蚀、粘泥检测滞后的问题。

监测换热器；生物粘泥监测；生物粘泥；污垢热阻；腐蚀

1 概述

循环水换热器作为化工装置的重要设备，保持良好的运行状态对于生产装置的长周期安全运行十分重要。同时，作为主要的换热设备之一，循环水换热器换热效率的高低，直接影响到生产运行的能源消耗。如果循环冷却水在重复使用中，钙镁离子不断增加浓缩最终形成垢层，将会降低换热器传热效率。因此深入研究控制循环水结垢和腐蚀对节能工作的开展具有重要意义和研究价值。

循环水系统运行质量，主要通过沉积速率和腐蚀速率指标进行评价，其系统运行质量直接关系到生产装置能否长周期运行和设备安全。目前国内循环水系统的运行质量，主要采用监测换热器检测标准，监测换热器是一种模拟用的小型换热器，通过在每套循环水系统配置标准的监测换热器，以低压饱和蒸汽为热源，循环水作为冷源，饱和蒸汽的温度、温度和循环水的流量按照统一的标准进行运行控制，每月对取出的检测换热管按照标准方法进行测试，通过计算检测换热管的沉积和腐蚀情况，作为评价当月系统的运行质量情况。监测换热器评价方法，是目前国内采用最为普遍的一种标准评价方法，该方法由于对监测换热器的运行指标（温度、压力、流量）以及检测方法进行了统一，其检测结果主要取决于循环水系统的水处理质量，因此，能够综合反映监测周期内的水处理质量情况，同时，由于标准的统一，便于进行指标的横向和纵向比较。但监测换热器方法也存在明显的不足。

2 监测换热器法的不足

2.1 检测周期长，不利于系统的运行调整

监测换热器运行周期一般为（1-3）个月，针对上次检测结果进行的调整操作的有效性和效果分析至少需要一个月后才能再次得到确认，其反馈周期是以“月”为周期，在系统出现水质波动和不合格情况下，该方法尤其显得滞后，无法对运行调整起到及时的指标作用，仅能作为最终的管理评价。

2.2 检测方法单一，无法进行过程监控。

监测换热器在运行过程中仅对其自身运行的温度、压力、流量等参数进行控制调整，不对循环水系统进行其它项目检测，因此，只能通过每月最后的腐蚀速率和沉积速率结果反馈检测周期内的循环水系统运行质量情况，对于造成腐蚀和沉积的因素（指标、时间）等均无法做到及时反馈或预警，缺少过程监督能力，对于超标或波动结果需要通过回顾性的技术统计或个人经验进行分析判断，暴露出了该方法的不足。

2.3 运行方式固定，无法了解掌握装置个性换热器的运行情况

由于监测换热器的运行参数是统一固定的，因此，对于装置的个性换热器（如高温、低流速、重点换热器），在循环水目前运行方案下的水处理效果无法进行准确反映，有时会因局部水处理效果影响整体运行的情况出现。

2.4 不具有代表性，不能真正反映对运行设备的影响程度

由于其带有热负荷，所测沉积物中包括大量的钙垢，而不能直接反映严重影响换热效率的生物黏泥的沉积情况。而生物黏泥的监测主要使用异氧菌数监测和黏泥量监测，它们的共同特点是操作麻烦、数据间接，而两种监测反映的是循环水中悬浮的菌、菌藻团乃至生物黏泥的量，而不是沉积在设备上的黏泥，所以以上监测的数值尤其在水处理药剂的干预下越来越不具有代表性。对于菌藻检测采用的是传统的异养菌化验及粘泥量（粘泥漏斗检测方法）效果判断方法，该方法能够反映循环水中“悬浮微生物”的含量，但对循环水系统造成真正危害的沉积在换热器设备表面的“附着微生物（主要以生物粘泥形式存在）”情况并未能准确反应，造成对于菌藻的控制只能采用固定投加方式，杀菌效果针对性不强，费用偏高。

因此，开发能够与监测换热器方法相统一的在线检测技术，辅助进行循环水系统的方案优化和操作调整，弥补传统检测方法的不足，提高循环水系统的整体运行管理水平，确保生产装置的长周期运行和设备安全，已显得尤为必要。

3 循环水质量在线检测方法

本方法针对现有监测换热器监测技术的不足，提供了一套能够运用到循环冷却水中的运行质量在线检测方法。为了解决上述技术问题，本技术方案如下：循环水运行质量在线检测系统，包括在线污垢沉积速率检测设备、生物粘泥监测设备及腐蚀监测设备及相应辅助设施。

监测换热器为单管式小型换热器，安装在循环水旁滤上进行监测，主要通过冷却水进出、出口、饱和蒸汽温度、试管蒸汽侧壁温、流量、压力等在线监控，以污垢热阻的变化来实时反映污垢沉积情况；生物粘泥监测设备是参考美国腐蚀工程师协会(NACE)推荐的压力降法沉积物监测装置来设计的，通过压差值变化来在线反映生物粘泥沉积的真实情况；在线腐蚀速率监测是以电感阻抗为基础的，感抗的测量方法是把LPR探头的快速响应和ER探头及称重试样的广泛适用的优点结合起来，它使得在任何具有腐蚀作用的环境下进行快速和准确地测量腐蚀速率的改变成为可能。

附图1：循环冷却水质量在线检测设备

4 具体实施方式

下面将结合附图1对本方法做进一步说明：

监测换热器1接入循环水旁滤系统，打开冷却水进水阀门2、过滤器3、流量控制器（流量、压力）4、逆止阀门18，排除空气之后，固定流量。调整蒸汽减压阀门8、9、疏水阀门11，观察就地冷却水进水温度计5、出水温度计6、饱和蒸汽温度7、试管壁温30线污垢热阻检测仪12，保证蒸汽为100℃饱和蒸汽和固定的冷却水温差，温度显示器12显示端差和各点温度，实时反映出试管污垢沉积情况。

在线感抗腐蚀探头16、在线腐蚀检测13实时反映设备腐蚀速率。调整回水阀门19,20、恒速控制器21、29，保证冷却水以固定流速进入生物粘泥检测装置，该装置包括一段水平安装的直的管子22，管子上装有两个压力旁通支管23、28，供测量该段管子的压力降。该装置与被监测的冷却水系统平行安装。在两个压力旁通支管间则跨接一个超微压差计27和尼龙软管24、25、调整阀26以测其压力降。一般情况下，要求流速1.2-1.8米/秒，监测管长为54英寸，直径为DN15，材质为316不锈钢，这样可以减少腐蚀对摩擦阻力的影响，其表面有利于生物膜的生长，增加对冷却水中粘泥沉积监测的准确性，在线生物粘泥沉积14实时反映系统内生物粘泥的沉积情况。浊度检测点17、在线浊度仪15数据与腐蚀速率、沉积速率、粘泥滋生等有密切关系，因此在线浊度是一项重要的过程指标。以上功能模块数据可通过局域网实现数据上传至工业水管理信息平台，对数据进行收集、分析、反馈，不断对沉积、腐蚀、粘泥沉积等趋势模型记性修正。

5 结论

5.1 建立在网络基础上的端差法可真实的反映现场换热器实际污垢沉积情况，是换热器污垢沉积监测的有效手段。

5.2 基于网络的电感法在线腐蚀检测技术可有效对水质连续监测，实时掌握水质的腐蚀情况，是水质腐蚀控制的有效监测手段。

5.3 为循环水系统的黏泥沉积情况提供了直观科学的方法，同时对杀菌、剥离操作有很好的指导意义，是在线评价杀菌、剥离剂效果的有效方法。