用于工业循环冷却水系统结垢及腐蚀评价的装置及方法

技术领域

本发明涉及工业循环水系统安全稳定运行评价领域，具体涉及用于工业循环冷却水系统结垢及腐蚀评价的装置及方法。

背景技术

工业循环冷却水系统是许多工业生产装置中的重要组成部分，其稳定运行是保障装置安全平稳运行的前提。而因其特殊的水质、暴氧等因素，结垢及腐蚀又一直是循环水系统安全稳定运行所面临的挑战之一。

为保障循环水系统的安全稳定运行，一般需要采取水质调控、缓蚀阻垢药剂加注等方法进行阻垢和腐蚀控制。而在现场实际工业应用前，往往需要在实验室对腐蚀控制技术及阻垢剂进行筛选评价。

标准GB/T-18175规定了旋转挂片法测定水处理剂缓蚀性能的方法，其通过将挂片进行旋转的方法模拟循环水在管路中的流动工况，标准规定测试周期为72小时。该方法目前是循环水领域中历史最悠久，应用最广泛的方法。传统方法有其优势，但不可忽视的是，其存在耗时、工况模拟不准确的问题，尤其无法准确模拟循环水在管路中的流动工况，更无法模拟换热器等传热界面的工况环境，评价结果离实际工况还有一定的差距。

标准GB/T-16632规定了阻垢剂阻垢性能的测试方法，其通过静态恒温水浴的方式测定溶液中钙离子浓度的变化来评估阻垢性能。该方法是目前应用很广，但其只能用于不同水处理剂产品性能的横向比较，而无法准确模拟换热器中金属表面的结垢情况。实际工程应用中，金属表面的垢物沉积还与循环水的流速、金属的材质、粗糙度等参数有关。

因此，现有技术至少存在以下几个方面的问题：

1)就腐蚀评价方面，缺乏准确模拟两种不同种类、不同温度、不同流速介质同时接触下的腐蚀环境；

2)就阻垢评价方面，缺乏纵向具有温差的金属表面的垢物沉积实时评价方法；

3)缺乏可同时准确进行上述腐蚀和阻垢评价的装置及方法；

发明内容

本发明提供一种用于工业循环冷却水系统结垢及腐蚀评价的装置及方法，针对循环冷却水系统管路水力条件及热交换设备的特殊工况特点，设计了循环回路实验室模拟装置，实现循环水腐蚀、结垢工况环境的准确模拟，解决现有传统挂片方法及阻垢评价方法无法准确模拟循环冷却水的工况条件的局限性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于工业循环冷却水系统结垢及腐蚀评价的装置，包括：

第一循环回路系统，包括通过第一循环管路连通的工艺介质罐、第一循环泵和第一温度传感器，所述工艺介质罐内设有第一控温装置；

第二循环回路系统，包括通过第二循环管路连通的水箱、第二循环泵和第二温度传感器；

承载板，设置在所述第一循环管路和第二循环管路之间，所述承载板的其中一面与所述第一循环管路的内部接触，所述承载板的相对另一面与所述第二循环管路的内部接触，上下贯穿所述承载板设有用于放置试片的通孔，所述试片位于第一循环管路的一侧可固定连接有导线，位于所述第一循环管路的所述导线的外侧壁设有涂层，所述导线远离所述试片的一端贯穿所述第一循环管路的侧壁；通过所述承载板以及试片，将所述第一循环管路和第二循环管路隔断；

当所述试片固定连接有导线时，所述第一循环管路上设有辅助电极和参比电极；

电化学工作站，分别与所述第一循环回路系统、第二循环回路系统以及导线、参比电极及辅助电极电连接。

作为优化，所述第一循环管路内的液体的流动方向与所述第二循环管路内的液体的流动方向均同时为顺时针或者逆时针。

作为优化，所述第一循环管路的其中一段的侧壁设有第一缺口，所述承载板设置在所述第一缺口处，且所述承载板的长度和宽度均大于所述第一缺口的长度和宽度；所述第二循环管路的其中一段的侧壁设有第二缺口，所述承载板设置在所述第二缺口处，且所述承载板的长度和宽度均大于所述第二缺口的长度和宽度。

作为优化，上下贯穿所述承载板设有多个支撑杆，所述支撑杆的一端与第一循环管路的侧壁固定连接，所述承载板的另一端与所述第二循环管路的侧壁固定连接。

作为优化，所述通孔的截面成上大下小的形状。

作为优化，所述通孔内安装有高速小型显微摄像机。

作为优化，所述第一循环管路上设有第一开关阀，所述第二循环管路上设有第二开关阀。

作为优化，所述工艺介质罐内的工艺介质为天然气净化厂的工艺介质，具体可以为醇胺或者三甘醇等天然气净化厂工艺介质。

作为优化，位于第一循环管路和第二循环管路的外侧的所述支撑杆的侧壁设有外螺纹。

一种基于上述的用于工业循环冷却水系统结垢及腐蚀评价装置的测试方法，包括如下步骤：

S1、将承载板的双面分别固定在第一循环管路的第一缺口和第二循环管路的第二缺口处，使得所述承载板完全将所述第一缺口和第二缺口堵住；

S2、将若干支撑杆分别穿过第一循环管路侧壁的孔以及对应的第二循环管路侧壁的孔，然后将支撑杆位于第一循环管路和第二循环管路外侧的端部螺纹套接螺母；

S3、安装工作电极、参比电极和辅助电极；

S4、将工艺介质罐和水箱分别注入对应的液体，并打开第一控温装置对工艺介质罐内的液体进行控温；

S5、打开第一循环泵和第二循环泵，使工艺介质和水分别在第一循环管路和第二循环管路中流动；

S6、打开电化学工作站以及高速显微摄像头，进而对试片进行电化学测试及微观形貌尺寸观测；

S7、高速显微镜头可以实施观测金属表面的腐蚀产物生长及变化情况；

S8、高速显微摄像头可以实施监测金属表面垢物的微观形貌及垢物厚度变化情况，用于评估评价体系的结垢倾向性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明模拟了两种不同种类、温度介质同时接触下的腐蚀环境，而且实现了纵向具有温差的金属表面的垢物沉积的测试方法，同时将腐蚀、结垢进行测试，并且实现了不同温差条件下的腐蚀和结垢测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明所述的一种用于工业循环冷却水系统结垢及腐蚀评价的装置的结构示意图(通孔放试片)；

图2为图1中A的放大示意图；

图3为本发明所述的一种用于工业循环冷却水系统结垢及腐蚀评价的装置的结构示意图(通孔放工作电极(试片与导线组合结构))；

图4为图3中B的放大示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-第一循环管路，1a-工艺介质罐，1b-第一控温装置，1c-第一循环泵，1d-第一温度传感器，1e-第一开关阀，2-第二循环管路，2a-水箱，2b-制冷棒，2c-第二循环泵，2d-第二温度传感器，2e-第二开关阀，3-承载板，3a-通孔，4-试片，5-支撑杆，6-高速小型摄像机，7a-导线，7b-参比电极，7c-辅助电极。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1-4所示，一种用于工业循环冷却水系统结垢及腐蚀评价的装置，包括：

第一循环回路系统，包括通过第一循环管路1连通的工艺介质罐1a、第一循环泵1c和第一温度传感器1d，所述工艺介质罐1a内设有第一控温装置1b。本实施例中，所述工艺介质罐1a内的工艺介质为天然气净化厂的工艺介质，具体可以为醇胺或者三甘醇等天然气净化厂工艺介质。醇胺为MDEA，又名甲基二乙醇胺，无色或微黄色粘稠液体，主要用于天然气的脱硫净化。将醇胺作为工艺介质对试片4进行腐蚀测试，第一控温装置1b对工艺介质进行加热，使工艺介质具有一定的温度，第一温度传感器1d用于实时检测第一循环管路1中的液体的温度，具体的，第一控温装置1b可以为加热棒。

第二循环回路系统，包括通过第二循环管路2连通的水箱2a、第二循环泵2c和第二温度传感器2d。本实施例中，所述水箱2a内的水为工业用水。通过第二循环泵2c，使工业用水在第二循环管路2上流动，第二温度传感器2d用于实时检测第二循环管路2中的液体的温度，具体的，通过第一控温装置1b的加热，可以使得两个循环回路中的液体温度不同，使试片4两个表面形成温度差，模拟换热器中管束的腐蚀环境。本实施例中，所述第一循环管路1上设有第一开关阀1e，所述第二循环管路2上设有第二开关阀2e。通过设置第一开关阀1e和第二开关阀2e，可以更好地控制第一循环回路管路和第二循环管路2内的液体是否流动，当测试结束后，可以关闭第一开关阀1e和第二开关阀2e以停止第一循环回路管路和第二循环管路2内的液体流动。冷却水一般不加热，是用来冷却第一循环回路系统中的工艺介质的，因此，第二循环回路系统中不设置控温装置，当然，为了更好地快速降低冷却水的温度，可以在水箱中增加制冷棒2b以降低第二循环回路系统中的冷却水的温度。

承载板3，设置在所述第一循环管路1和第二循环管路2之间，所述承载板3的其中一面与所述第一循环管路1的内部接触，所述承载板3的相对另一面与所述第二循环管路2的内部接触，上下贯穿所述承载板3设有用于放置试片4或试片4的通孔3a，所述试片4位于第一循环管路的一侧可固定连接有导线7a，位于所述第一循环管路的所述导线7a的外侧壁设有涂层，所述导线远离所述试片的一端贯穿所述第一循环管路的侧壁；通过所述承载板3以及试片4，将所述第一循环管路1和第二循环管路2隔断；导线与试片焊接在一起，当试片与导线连接时，试片和导线就构成了工作电极，而位于第一循环管路中的导线的侧壁设有涂层，可以避免导线与第一循环管路里面的工艺介质接触。

当所述试片固定连接有导线7a时，所述第一循环管路1上设有辅助电极7c和参比电极7b；

电化学工作站，分别与所述第一循环回路系统、第二循环回路系统以及贯穿并延伸出所述第一循环管路的侧壁的导线7a、参比电极7b及辅助电极7c电连接。

本实施例中，所述第一循环管路1内的液体的流动方向与所述第二循环管路2内的液体的流动方向均同时为顺时针或者逆时针。

本实施例中，所述第一循环管路1的其中一段的侧壁设有第一缺口，所述承载板3设置在所述第一缺口处，且所述承载板3的长度和宽度均大于所述第一缺口的长度和宽度；所述第二循环管路2的其中一段的侧壁设有第二缺口，所述承载板3设置在所述第二缺口处，且所述承载板3的长度和宽度均大于所述第二缺口的长度和宽度。同时，上下贯穿所述承载板3设有多个支撑杆5，所述支撑杆5的一端与第一循环管路1的侧壁固定连接，所述承载板3的另一端与所述第二循环管路2的侧壁固定连接。位于第一循环管路1和第二循环管路2的外侧的所述支撑杆5的侧壁设有外螺纹，当支撑杆5设置到位后，其两端安装上螺母，使支撑杆5与第一循环管路1和第二循环管路2固定连接起来。

本实施例中，所述通孔3a的截面成上大下小的形状。具体的，通孔3a的形状可以为上大下小的圆台形，通孔3a的截面也可以为倒立的“凸”字形。这样能更好地固定试片4同时，试片放置在通孔内部后，通过螺栓将试片与承载板固定连接起来。本实施例中，所述通孔3a内安装有高速小型显微摄像机6，高速小型显微摄像机6采用市面上常规的型号即可。

具体的，高速小型摄像机6可以镶嵌在通孔3a的侧壁上，高速小型摄像机6的镜片倾斜向下设置，同时，高速小型摄像机6能够拍摄到通孔3a内的情况，当试片4安装在通孔3a内后，试片4上表面的高度低于高速小型显微摄像机6的高度，这样，在进行测试工作的时候，高速小型显微摄像机6能够清晰地拍摄到试片4上表面的情况，为了防止水进入高速小型显微摄像机6，在高速小型显微摄像机6的表面涂抹了防水膜。

实施例2

一种基于上述的用于工业循环冷却水系统结垢及腐蚀评价装置的测试方法，包括如下步骤：

S1、将承载板的双面分别固定在第一循环管路的第一缺口和第二循环管路的第二缺口处，使得所述承载板完全将所述第一缺口和第二缺口堵住；这里，可以通过现有的技术将承载板对第一缺口和第二缺口进行封堵，例如，在第一缺口和第二缺口的外侧涂抹防水防腐蚀胶，然后将承载板的两侧分别粘贴在第一缺口和第二缺口处，由于承载板的尺寸比第一缺口和第二缺口大，承载板可以很好地将第一缺口和第二缺口堵住，防止在进行测试工作中，液体通过第一缺口或者第二缺口流出。

S2、将若干支撑杆分别穿过第一循环管路侧壁的孔以及对应的第二循环管路侧壁的孔，然后将支撑杆位于第一循环管路和第二循环管路外侧的端部螺纹套接螺母。通过设置支撑杆，可以对位于承载板的第一循环管路段以及第二循环管路段进行支撑，而且由于该第一循环管路段的侧壁设置了参比电极和辅助电极，通过设置支撑杆，可以很好地防止位于第一循环管路的内部的参比电极和辅助电极与试片接触。同时，为了防止在进行测试工作中，液体通过支撑杆与第一、二循环管路接触的位置流出，在其接触的位置，设置有绝缘密封结构，例如绝缘密封环。

S3、安装工作电极、参比电极和辅助电极；参比电极及辅助电极则由管壁伸入至液体中，同样设有绝缘密封结构工作电极即为导线和试片组成，因此，将导线的一端贯穿第一循环管路的侧壁与试片连接(可以提前在第一循环管路的侧壁开孔，导线直接穿过所开的孔，也可以在S1中提前先将导线与试片固定焊接，然后在将试片放置在承载板上时，导线穿过承载板上的孔，然后再穿过并延伸出第一循环管路的侧壁)，导线的另一端延伸出第一循环管路外与电化学工作站电连接，而导线与第一循环管路连接的位置也同样设有绝缘密封结构，电化学工作站还相应的与其他设备电连接。

S4、将工艺介质罐和水箱分别注入对应的液体，并打开第一控温装置对工艺介质罐内的液体进行加热；

S5、打开第一循环泵和第二循环泵，使工艺介质和水分别在第一循环管路和第二循环管路中流动；

S6、打开电化学工作站以及高速显微摄像头，进而对试片进行电化学测试，最后通过电化学工作站同时对试片的两侧在存在温差情况下的腐蚀和结垢进行检测分析及微观形貌尺寸观测；

S7、高速显微镜头可以实施观测金属表面的腐蚀产物生长及变化情况；

S8、高速显微摄像头可以实施监测金属表面垢物的微观形貌及垢物厚度变化情况，用于评估评价体系的结垢倾向性。

本发明不仅仅是工艺介质对试片进行腐蚀，而是在试片一侧是循环水，另外一侧是循环的工艺介质的情况下查看同时腐蚀的情况，两侧介质不一样、温度不一样，流速不一样，这也是本发明的特别点，即一块金属受两种腐蚀环境影响。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。