综合实验-循环水试验部分一、实验目的水的循环使用是我国节水战略的基本国策之一。
在敞开式循环冷却水系统中，水在循环过程中，不断地蒸发浓缩和反复接触空气，杂质含量升高，系统设备的结垢、腐蚀和微生物故障频率增加。
水的浓缩倍数越高，节水效果越明显，但对设备的危害性也越大。
为了将循环冷却水质控制在一个安全的范围内，需要投加水质稳定剂、排污和补充新鲜水。
通过一周试验，培养学生以下几个方面的能力：（1）从事水处理工程的动手能力。
（2）综合运用水处理单项技术、腐蚀速度监测技术和水质检测技术能力，了解传热、传质过程。
（3）系统地运用专业知识解决生产实际问题的能力。
（4）数理统计计算能力。
（5）化学故障的诊断与预防能力。
（6）协调各技术部门的组织能力。
二、实验原理在实验室给定条件下，用常压下饱和水蒸汽为传热介质，根据生产实际流速、流态、水质、金属材料、换热强度、浓缩倍数、加药量和冷却水进出口温度等主要参数，进行循环水动态模拟试验，通过水质监控、经典腐蚀挂片，污垢热阻和污垢黏附速度的测定，以及污垢成份分析，试验数据的数理统计，旨在判断循环冷却水系统的工作状态。
可根据以下指标判断循环冷却水系统的运行状态：（1）防腐指标：①腐蚀速度：碳钢＜0.125mm／a，铜合金＜0.005mm／a。
②无点蚀。
（2）防垢指标：①ΔA＜0.2。
②粘附速度(mcm)：0～15(很好)；15～30(好)；30～40(允许)。
③污垢热阻：＜(1.72～5.16)×10-4(m2·K/W)。
（3）微生物控制指标：①异养菌：＜5×105个/mL。
②粘泥量：＜4mL/m3。
三、实验设备及仪器（一）循环冷却水动态试验系统本实验系统由两套循环冷却水装置组成，可模拟生产过程的两种运行工况。
（1）蒸发器：用电加热除盐水的方法，产生蒸汽。
由预定的换热器传热端差控制加热器功率。
（2）换热器：为管式表面式换热器，管外为饱和蒸汽，管内为冷却水。
（3）换热管：以被测试管为换热管，尺寸：Φ10×1，几何长度mm，受热面长度mm；材质：HSn70-1A，不预膜。
冷却水进口和出口的温度既可就地抄录，也可由计算机自动采集。
（4）冷却塔：以塑料球为填料，引风机强制通风，受热冷却水与空气呈逆向流动。
引风机由预定的冷却塔传热端差控制启停。
（5）循环水泵：在控制柜上操作，就地手动调节流量。
（6）排污补水：在控制柜上操作，自动排污补水。
（7）腐蚀挂片。
①铜监视片：长×宽×厚约为××；材质：HSn70-1A，不预膜；安装位置：测试管的进水口和出水口各2块。
②水侧铁监视片。
尺寸：长×宽×厚约为××；材质：A3，不预膜；安装位置：测试管的进水口和出水口各2块。
（8）水汽额定工况：①冷却水保有水量：约60kg。
②冷却水流量：180±0.5L/h(相当于测试管内流速1m/s)。
③冷却水循环1次所需时间：20min。
④测试管出口温度：45±0.3℃。
⑤测试管进出口温差：10℃。
⑥饱和蒸汽温度：100±1℃。
⑦浓缩倍数：用Cl-指示浓缩倍数，并参考电导率和SiO2的浓缩倍数。
浓缩倍数从开机后1.0逐步上升至3.5～4.0，然后稳定运行至试验结束。
⑧排污控制：当冷却水监测指标连续2次(第2次为确认)满足下列条件之一时，则应弄清情况后加大排污量：浓缩倍数K＞4.0；ΔA＞0.2；循环水“Ca2++全碱度”(以CaCO3计)＞1150mg/L。
⑨排污方式：设置排污时间后自动排污，排污水量须统计。
⑩pH控制：当循环水pH＞9.0时应考虑加酸，以降低循环水碱度。
（二）其他（1）电导率仪，1台。
（2）小硅表或754分光光度计，1台。
（3）有关硬度、碱度、Cu、PO43-、Cl-等成分的分析药品。
（4）pH计，1台。
（5）A3、HSn70-1A标准试片，各10片。
（6）电子天平(精度0.0001g)，1台。
（7）清洗试片的专用酸、碱，无水乙醇，各500mL。
（8）水质稳定剂，100mg/mL的WUWS2-2006，500mL。
（9）固体清洗剂，12kg。
（10）乌洛托品，2kg。
（11）烘箱，一台。
（12）1mol/L的硫酸，500mL。
（13）聚四氟胶带，1卷。
（14）手电筒，1个。
四、试验方法（一）试验用水以长江自来水为补充水源，在浓缩倍数3～4倍条件评价系统的运行状态。
试验开始和试验结束分析自来水质，检测项目见表1。
（二）水质稳定剂用量（1）启动投药：一次按保有水量计投入剂量为40mg/L的WUWS2-2006。
（2）运行投药：根据循环冷却水总磷含量(以PO4计)调整加药量。
循环水总磷含量控制值为6.5～7.0mg/L。
（3）运行加药方式：直接将WUWS2-2006投入到补充水箱中，搅匀。
（三）试验步骤3．1 动态模拟试验系统的清洗（1）将旧试管安装在动态模拟试验系统的蒸汽发生器内，连接好系统。
（2）1#、2#凉水池注满自来水，各加入固体清洗剂3kg和乌洛托品0.5kg。
（3）冷凝器注满除盐水。
（4）加热器关闭，启动有关水泵，循环清洗6h后排污，用自来水彻底置换，直至池中水浊度≯5NTU 、pH 为7～8。
（5）换下旧试管，进入下一步操作。
3．2 新试管、试片的准备与安装（1）检查试管外壁镀铬是否完好（厚 微米），准确测量其有效长度、计算其内表面积，用无水乙醇清洗其内外表面，干燥至恒重（两次重量误差0.3mg ，准确至0.1mg ），记录试管重量，置于干燥器备用。
（2）选用标准腐蚀试片，用卡尺测量长、宽、厚后，用无水乙醇清洗，然后干燥至恒重，记录试片重量，置于干燥器备用。
（3）将新试管用连接管接好，缠好聚四氟胶带，保证其密封性良好。
把新试管安装在动态模拟试验装置的蒸汽发生器内，接好各接头，保证无水渗漏。
（4）向1#、2#凉水池中各注入试验用水约60L ，根据实际注水量，加入剂量为40mg/L 的WUWS2-2006，搅匀。
（5）向1#、2#补水箱各注入试验用水约30L ，根据实际注水量，加入剂量为10mg/L 的WUWS2-2006。
（6）启动动态模拟试验装置的循环泵，确认无水渗漏后关闭循环泵。
3.3 开车（1）设置电源控制柜的温度、程控时间等有关参数。
（2）启动计算机，准备采集温度、时间数据。
（3）开蒸汽发生器电源，进行加热。
（4）当蒸汽发生器内热水温度达50℃时，开启循环泵，调节到规定流量，迅速升高锅炉温度，直至产生饱和蒸汽。
（5）调整和控制好流量、温度等参数，使之达到正常运转。
（6）待蒸汽温度和冷却水流量达到规定值，并稳定2~6h 后，每隔15~30min 记录冷却水进口、出口的温度和蒸汽温度共8次（应严格将流量、进口温度、蒸汽温度控制在规定值。
用数理统计方法舍去其中异常值，求出其算术平均值，作为计算污垢热阻的依据。
（7）按式（1）计算试验管的污垢瞬间热阻r 。
⎪⎪⎭⎫⎝⎛----''-=in out inin out in p i t t t T t t t T RC l d r 003600π （1） 式中，r —瞬间热阻，m 2·K/W ；d i —试验管内径，m ；l —试验管的有效换热长度，m ；R —试验管中冷却水流量，kg/h ；C p —水的热容量，4186.8J/(kg ·K) ；T 0—蒸汽温度，K ；in t —清洁试验管时冷却水进口温度，K ；out t —清洁试验管时冷却水出口温度，K ；in t '—非清洁试验管时冷却水的瞬间进口温度，K ；outt '—非清洁试验管时冷却水的瞬间出口温度，K 。
初始运行阶段不排污，当浓缩倍数达到3.5以后开始排污。
之后，根据实时监测的浓缩倍数，调整排污水量，以维持浓缩倍数在3.5～4.0范围内。
3．4 正常运转（1）严格控制和按时记录热介质温度、循环水流量和换热试管进出口温度等工艺参数。
（2）试验中经常对热水浴的恒温控制、凉水塔风机、补充水、排污系统、循环泵的流量计等进行检查与调整。
（3）试验中循环水的分析项目频率见表2。
（4）每隔2h 抄录一次温度、流量数据。
（5）每隔1h 调整一次调整流量。
（6）每10~15min 自动采集一次温度。
3．5 正常停车（1）试验结束后，应先停运加热器。
（2）继续保持水循环，直到加热器冷却后，停运有关水泵，关闭所有阀门。
（3）关闭控制柜总电源。
（4）放掉试验装置内存水（冷却水和除盐水）。
（5）参照3.1方法对试验装置进行清洗。
（6）放掉试验装置内存水。
（四）试管试片的后处理（1）小心取出试管和试片，观察记录外观，照相存档。
（2）将试管和试管在105±5℃干燥至恒重，记录其重量。
（3）试片清洗：先用软刷除去试管和试片表面软垢，然后依次进行酸洗→水洗→碱洗→水洗→吸干水份→无水乙醇清洗→干燥→恒重。
（4）称量清洗后的试管和试片重量。
五、实验数据及结果整理（1）污垢热阻：①整理污垢热阻试验记录。
②绘制污垢热阻图。
③给出结论，包括运行过程中污垢热阻的波动范围、平均值，以及与经验值对比，评价系统结垢状况。
（2）黏附速度：①计算试管、试片的污垢黏附速度。
②给出结论（根据经验值评价等级）。
（3）腐蚀速度：①计算试管和试片腐蚀速度。
②绘制冷却水铜含量经时变化曲线。
③整理试管和挂片的形貌观察结果。
④给出结论：参照《中华人民共和国国家标准工业循环冷却水处理设计规范》(GB 50050-1995)评价系统腐蚀状况。
六、故障处置预案按表3故障预案消除故障。
七、安全提示（1）不得在系统通电情况下拆卸和安装试验装置，以免触电。
（2）不得在锅炉尚未冷却的情况下排放除盐水，以免烫伤。