1 主題內(nèi)容與適用范圍    本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了敞開式循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)的適用范圍、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法。    本標(biāo)準(zhǔn)適用于敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，金屬材質(zhì)(包括黑色、有色金屬)間壁式換熱設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行小型動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，也適用于中型動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。現(xiàn)場監(jiān)測換熱器的試驗(yàn)亦可參照使用。2 引用標(biāo)準(zhǔn)    GB J50 工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范    GB 5776 金屬材料在表面海水中常規(guī)暴露腐蝕試驗(yàn)方法    GB 6903 鍋爐用水和冷卻水分析方法 通則    GB 6904.1 鍋爐用水和冷卻水分析方法 pH測定 玻璃電極法    GB 6905.1 鍋爐用水和冷卻水分析方法 氯化物的測定 摩爾法    GB 6905.3 鍋爐用水和冷卻水分析方法 氯化物的測定 汞鹽滴定法    GB 6907 鍋爐用水和冷卻水分析方法 水樣的采集方法    GB 6908 鍋爐用水和冷卻水分析方法 電導(dǎo)率的測定    GB 6909.1 鍋爐用水和冷卻水分析方法 硬度的測定 高硬水    GB 6910 鍋爐用水和冷卻水分析方法 鈣的測定 絡(luò)合滴定法    GB 6911.1 鍋爐用水和冷卻水分析方法 硫酸鹽的測定 重量法    GB 6911.2 鍋爐用水和冷卻水分析方法 硫酸鹽的測定 鉻酸鋇光度法    GB 6911.3 鍋爐用水和冷卻水分析方法 硫酸鹽的測定 電位滴定法    GB 6912.1 鍋爐用水和冷卻水分析方法 硝酸鹽和亞硝酸鹽的測定 硝酸鹽紫外光度法    GB 6912.2 鍋爐用水和冷卻水分析方法 硝酸鹽和亞硝酸鹽的測定 亞硝酸鹽紫外光度法    GB 6912.3 鍋爐用水和冷卻水分析方法 硝酸鹽和亞硝酸鹽的測定 a-萘胺鹽酸鹽光度法    GB 6913.1 鍋爐用水和冷卻水分析方法 磷酸鹽的測定 正磷酸鹽    GB 6913.2 鍋爐用水和冷卻水分析方法 磷酸鹽的測定 總無機(jī)磷酸鹽    GB 6913.3 鍋爐用水和冷卻水分析方法 磷酸鹽的測定 總磷酸鹽    GB 10539 鍋爐用水和冷卻水分析方法 鉀離子的測定 火焰光度法    HG 5-1502 工業(yè)循環(huán)冷卻水中堿度測定方法    HG 5-1526 冷卻水化學(xué)處理標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試片技術(shù)條件    HG 5-1600 工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法規(guī)則    HG 6-1601 工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物試樣的調(diào)查、采取和制備    HG 5-1602 工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中水分含量測定方法    HG 5-1603 工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中硫化亞鐵含量測定方法    HG 5-1604 工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中灼燒失重測定方法    HG 5-1605 工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中酸不溶物、磷、鐵、鋁、鈣、鎂、鋅、銅含量測定方法    HG 5-1606 工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中硫酸鹽含量測定方法    HG 5-1607 工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中二氧化碳含量測定方法3 方法提要    冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法是在實(shí)驗(yàn)室給定條件下，用常壓下飽和水蒸汽或熱水加熱換熱器，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場的流速、流態(tài)、水質(zhì)、金屬材質(zhì)、換熱強(qiáng)度和冷卻水進(jìn)出口溫度等主要參數(shù)，以評(píng)定水處理劑的緩蝕和阻垢性能。4 試驗(yàn)裝置    4.1 換熱器系統(tǒng)    4.1.1 換熱器    4.1.1.1 由耐蝕的金屬材質(zhì)制造，外壁有良好的保溫層。    4.1.1.2 熱介質(zhì)為常壓下飽和水蒸汽。對(duì)于換熱強(qiáng)度小的試驗(yàn)，熱水也可參照使用。    4.1.1.3 換熱器的有效長度根據(jù)試驗(yàn)管長度而定，一般不小于500mm。    4.1.2 試驗(yàn)管    4.1.2.1 尺寸：直徑為10mm×1mm無縫金屬管多根組成(亦可根據(jù)需要選用其他尺寸)，每根長度在150～230mm不等。    4.1.2.2 材質(zhì)：20號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼(GB 699)，亦可選用與所模擬現(xiàn)場設(shè)備相同的金屬材料。    4.1.2.3 內(nèi)壁要求無明顯的缺陷，如麻點(diǎn)、裂紋、銹蝕等，兩端有正反扣螺紋(亦可采用其他聯(lián)接方法)，外壁鍍硬絡(luò)。    4.1.3 聯(lián)接接頭    4.1.3.1 尺寸：外徑不小于23mm，內(nèi)孔兩頭有正反扣螺紋。    4.1.3.2 材質(zhì)：耐磨填充聚四氟乙烯。    4.2 冷卻塔系統(tǒng)    4.2.1 集水池    4.2.1.1 容積：一般按循環(huán)冷卻水每小時(shí)用水量的1/2～1/5計(jì)算。    4.2.1.2 材質(zhì)：硬質(zhì)塑料。    4.2.1.3 液位應(yīng)恒定，并能自動(dòng)控制和加入補(bǔ)充水。    4.2.2 冷卻塔    4.2.2.1 尺寸：應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁?、濕度和工藝上溫差決定。通常直徑為220mm、高150mm，填料高度為其塔身的3/4左右，冷卻幅度可達(dá)10～15℃。    4.2.2.2 材質(zhì)：硬質(zhì)塑料。    4.2.2.3 填料：聚丙烯鮑爾環(huán)，尺寸20mm×20mm(或冷卻效果相近的填料也可)。    4.2.3 風(fēng)機(jī)    全封閉軸流風(fēng)機(jī)，一般功率約大于100W。    4.2.4 水泵    一般采用揚(yáng)程4m，流量1.32m3/h。    4.3 儀表系統(tǒng)    4.3.1 測溫元件：鉑電阻(BA2)或其他材質(zhì)的測溫電阻，能自動(dòng)打印或數(shù)字顯示(分辨率在0.1℃)，亦可選用水銀溫度計(jì)(分度值0.1℃)。    4.3.2 流量計(jì)：可用手控轉(zhuǎn)子流量計(jì)，最小分度值小于控制值±2%，其手控閥采用針形閥，安裝時(shí)應(yīng)考慮便于拆御清洗。亦可用自動(dòng)調(diào)節(jié)流量計(jì)。    4.3.3 過程控制和進(jìn)口溫度控制：試驗(yàn)過程中可用單片機(jī)控制和處理數(shù)據(jù)。進(jìn)口水溫波動(dòng)不大于±0.2℃。    4.4 管路系統(tǒng)    4.4.1 管道：用耐蝕管材，并有良好保溫。    4.4.2 排污：用流量計(jì)或其他方式控制。5 試驗(yàn)水質(zhì)    5.1 試驗(yàn)水質(zhì)采用實(shí)際工況用水，若無法采用時(shí)，可根據(jù)其水中主要成分自行配水。    5.2 配制水應(yīng)對(duì)其主要成分含量進(jìn)行分析，與原水相比相對(duì)誤差±2.5%。6 試驗(yàn)制備    6.1 試驗(yàn)管前處理    6.1.1 選管：每組試驗(yàn)選擇三根不同長度的試驗(yàn)管(4.1.2)和相應(yīng)的聯(lián)接接頭(4.1.3)。聯(lián)接好的試驗(yàn)管其總長度不得大于換熱器的長度。    6.1.2 表面處理：先用粗砂紙〔通常粒度為60(2號(hào))〕將試驗(yàn)管內(nèi)坑蝕、點(diǎn)蝕磨平，再用細(xì)砂紙〔通常粒度為150(2/0號(hào))〕進(jìn)一步打磨，然后按GB 5776附錄A對(duì)試驗(yàn)管進(jìn)行清洗。    6.1.3 稱重：碳鋼及低合金鋼稱準(zhǔn)至1mg，耐蝕材料稱準(zhǔn)至0.5mg。如用大口徑試驗(yàn)管時(shí)，可稱準(zhǔn)至5mg。                          6.1.4 裝管和測量尺寸：將已稱重過的不同長度試驗(yàn)管(4.1.2)與接頭(4.1.3)聯(lián)接。嚴(yán)格檢查聯(lián)接處是否漏水，然后測量其有效傳熱長度(m)，準(zhǔn)確至1mm，見圖2。    計(jì)算有效傳熱長度的公式：         …………………………………………(1)    式中：l-試驗(yàn)管有效傳熱長度，m；          l1-換熱器有效長度，m；          l2-聯(lián)接接頭總長度，m。    6.1.5 記錄：將各試驗(yàn)管的重量、長度、腐蝕面積、傳熱面積和排列位置等分別記錄在附錄A表A2的表格中。    6.2 儀表校正    應(yīng)事先對(duì)流量、溫度、pH值等計(jì)量義表進(jìn)行校正。    6.3 清洗    每次試驗(yàn)前用自來水進(jìn)行系統(tǒng)清洗。需要時(shí)亦可用5%鹽酸溶液(含1%六次甲基四胺)進(jìn)行清洗，若管道材質(zhì)是不銹鋼，可用硫酸或硝酸溶液清洗。    6.4 預(yù)膜及水處理劑投加方式    試驗(yàn)管若要預(yù)膜時(shí)，可待上述6.1～6.3工作完畢后，直接一次性投加預(yù)膜劑于集水池中。正常運(yùn)行時(shí)，必須均勻地投加水處理劑于集水池中。7 試驗(yàn)步驟    7.1 開機(jī)    每次開機(jī)時(shí)，必須先開水泵，然后再通入蒸汽或加熱產(chǎn)生的蒸汽。停機(jī)時(shí)應(yīng)先停止加熱(或蒸汽)，30min后再停水泵。    7.2 清潔管熱阻測定    待蒸汽溫度和冷卻水流量已達(dá)規(guī)定值，并穩(wěn)定2～6h后，可每隔15～30min測量冷卻水進(jìn)出口溫度和蒸汽溫度共8次。測量時(shí)應(yīng)嚴(yán)格地將流量、進(jìn)口溫度、蒸汽溫度控制在規(guī)定值。用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法舍去其中異常值，求出其算術(shù)平均值，清潔管熱阻r按式(2)計(jì)算：        式中：r-清潔管熱阻m2·℃/W；          di-試驗(yàn)管內(nèi)徑，m；          G-冷卻水流量，kg/h；          T-蒸汽溫度，℃；          t′進(jìn)-冷卻水進(jìn)口溫度，℃；          t′出-冷卻水出口溫度，℃；          4186.8-水的熱容，J/kg·℃；          l-試驗(yàn)管有效換熱長度，m；    3600-從小時(shí)換算為秒的數(shù)值。    7.3 瞬時(shí)污垢熱阻測定    測定清潔管熱阻r后，可每隔2h按7.2方法測定以m2·℃/W表示的瞬時(shí)污垢熱阻，由式(3)計(jì)算：        式中：G-冷卻流量，kg/h；          r-清潔管熱阻，m2·℃/W；          t進(jìn)-冷卻水瞬時(shí)進(jìn)口溫度，℃；          t出-冷卻水瞬時(shí)進(jìn)口溫度，℃；          t′進(jìn)-清潔管時(shí)冷卻水進(jìn)口溫度，℃；          t′出-清潔管時(shí)冷卻水進(jìn)口溫度，℃；          T-蒸汽溫度，℃；          di-試驗(yàn)管內(nèi)徑，m；          l-試驗(yàn)管有效傳熱長度，m。    7.4 濃縮倍數(shù)、極限碳酸鹽硬度和蒸發(fā)量的測定    在不排污情況下，每隔2h按GB6905氯化物的測定、GB10539鉀離子的測定和HG5�1502堿度測定：    a. 總堿度(M)；    b. 鉀離子(無藥劑干擾時(shí)，亦可選用氯離子)。    7.4.1 濃縮倍數(shù)的計(jì)算：冷卻水中的濃縮倍數(shù)(N)可按式(4)計(jì)算：                式中：K循-循環(huán)冷卻水中鉀離子含量，mg/L；          K補(bǔ)-補(bǔ)充水中鉀離子含量，mg/L。    7.4.2 極限碳酸鹽硬度的計(jì)算：以×10-3mol/L表示的極限碳酸鹽硬度(M)按式(5)計(jì)算：            …………………………………………(5)    式中：N′-循環(huán)冷卻水瞬時(shí)的濃縮倍數(shù)；          M′縮-循環(huán)冷卻水瞬時(shí)的總堿度，mg/L；          M補(bǔ)-補(bǔ)充水瞬時(shí)的總堿度，mg/L；    當(dāng)M′縮值符合式(5)時(shí)，即為極限碳酸鹽硬度M。    7.4.3 蒸發(fā)水量的計(jì)算：以m3/h表示的循環(huán)冷卻水蒸發(fā)水量(Qe)可按附錄C2計(jì)算。    7.5 排污水量和補(bǔ)充水量的計(jì)算：以m3/h表示的排污水量(Qb)和補(bǔ)充水量(Qm)可按附錄C3計(jì)算。    7.6 分析測定項(xiàng)目    除鉀離子、氯化物和堿度必須測定外，其余化學(xué)分析測定項(xiàng)目可根據(jù)工藝要求自行決定。    7.7 試驗(yàn)周期    連續(xù)試驗(yàn)周期不得少于15天。試驗(yàn)過程中若出現(xiàn)故障，冷卻水循環(huán)中斷次數(shù)不得大于2次，每次時(shí)間不得大于6h。8 試驗(yàn)后處理    8.1 試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)管取下，觀察腐蝕的結(jié)垢情況。分別測定污垢化學(xué)成分，年污垢熱阻r，污垢沉積率mcm，平均垢厚X，垢層密度ρ和腐蝕率B，局部腐蝕深度。    8.2 將試驗(yàn)管一端緊壓在橡皮膠板上，另一端用滴定管加入蒸餾水量取體積為V1。將水放出后，試驗(yàn)管在105℃鼓風(fēng)烘箱中干燥至恒重，其質(zhì)量為G2。    8.3 用不銹鋼匙輕刮烘干后管內(nèi)污垢，按HG5-1600～1607方法測定污垢的成分。    8.4 上述試驗(yàn)管再按附錄B的方法進(jìn)行處理。    8.5 再按8.2方法量取體積和稱重，其體積和質(zhì)量分別為V2和G3。    8.6 將試驗(yàn)管剖開，詳細(xì)觀察記錄腐蝕形貌，典型的試樣應(yīng)進(jìn)行拍照。9 結(jié)果的表示和計(jì)算    9.1 腐蝕    9.1.1 以mm/年表示的年腐蝕率(B)按式(6)計(jì)算：            式中：K-3.65×103；          G-試樣腐蝕后減少的質(zhì)量，g；          T-試驗(yàn)時(shí)間，d；          A-試樣腐蝕面積，cm2；          D-金屬密度，g/cm3(碳鋼7.85，銅8.94，黃銅8.65，不銹鋼7.92)。    9.1.2 以mm表示的局部腐蝕深度，包括平均深度及深度，其測定方法見附錄C1.3。    9.2 污垢    9.2.1 以mg/cm2·月表示的污垢沉積率(mcm)按式(7)計(jì)算：            式中：G2-試驗(yàn)管試驗(yàn)后的質(zhì)量，mg；          G3-試驗(yàn)管去除污垢后的質(zhì)量，mg；          A-試驗(yàn)管內(nèi)表面的面積，cm2；          T-試驗(yàn)時(shí)間，d。    9.2.2 以m2·℃/W表示的年污垢熱阻(r)按下列方法測定和計(jì)算：    a. 曲線法：按7.3測出的瞬時(shí)污垢熱阻r，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法舍去異常值，以rsi為縱坐標(biāo)，相應(yīng)的時(shí)間(d)為橫坐標(biāo)，用微機(jī)或人工繪制污垢熱阻��時(shí)間曲線。然后取圖中平滑曲線的rsi值乘1.1即為年污垢熱阻(r)。如圖3所示。    b. 兩點(diǎn)法：從圖3中選擇既接近平滑曲線又靠近實(shí)測曲線的兩個(gè)點(diǎn)。這兩個(gè)點(diǎn)必須符合d3(天數(shù))=2d1(天數(shù))，然后按下式計(jì)算年污垢熱阻r。            式中：rsi (d1)-運(yùn)行d1時(shí)間的瞬時(shí)污垢熱阻，m2·℃/W；          rsi (d3)-運(yùn)行d3時(shí)間的瞬時(shí)污垢熱阻，m2·℃/W；    9.2.3 以mm表示的平均垢厚(X)按附錄C式(C1)計(jì)算。    9.2.4 以g/cm3表示的垢密度(ρ)按附錄C式(C2)計(jì)算。    9.2.5 以百分?jǐn)?shù)表示的污垢化學(xué)成分含量按HG5-1602、HG5-1603、HG5-604、HG5-1605、HG5-1606和HG5-1607規(guī)定的測定方法進(jìn)行測定。    10 允許差       兩次平行測定結(jié)果的允許差如下列表：    　11 試驗(yàn)報(bào)告主要內(nèi)容    11.1 試驗(yàn)管材質(zhì)、牌號(hào)、尺寸和處理方式等。    11.2 工藝參數(shù)：如濃縮倍數(shù)，pH值范圍，水處理劑含量控制范圍，傳熱面積，冷卻水進(jìn)出口溫差，換熱強(qiáng)度等。    11.3 水質(zhì)分析    11.4 試驗(yàn)結(jié)果            　　附 錄 B試驗(yàn)管表面后處理方法(補(bǔ)充件)B1 鋼B1.1 將已刮去大部分污垢和腐蝕產(chǎn)物的試驗(yàn)管，一端緊壓在橡皮膠板上，另一端用滴管小心加入鹽酸溶液〔配制方法：鹽酸(GB 622)500mL，六次甲基四胺(GB 1400)40g，加水至1L〕直至除凈污垢和腐蝕產(chǎn)物為止，但不得破壞試驗(yàn)管外鍍鉻層，并立即用自來水沖洗至中性。B1.2 用80g/L氫氧化鈉(GB 1266)溶液中和后，再用自來水沖洗干凈。B1.3 放入無水乙醇(GB 678)中浸泡1～2min。B1.4 取出后及時(shí)吹干，放在干燥器中1h后稱重。B2 不銹鋼B2.1 操作步驟同B1，但鹽酸溶液改用硝酸溶液〔配制方法：硝酸(GB 626)100mL，加水至1L〕，并在60℃下浸泡20min。B3 鋁和鋁合金B(yǎng)3.1 操作步驟同B1。但鹽酸溶液改為磷酸溶液〔配制方法：磷酸(GB 1282)50mL，鉻酐(CrO3)20g，加水至1L〕，在80～90℃下浸泡10min。B4 銅和銅合金B(yǎng)4.1 操作步驟同B1，但鹽酸溶液改為硫酸溶液〔配制方法：900mL水中加入100mL硫酸(GB 625)混勻〕在室溫下浸泡1～3min?！?b>附 錄 C試驗(yàn)結(jié)果和蒸發(fā)水量、補(bǔ)充水量、排污水量的計(jì)算(補(bǔ)充件)C1 試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算C1.1 平均垢厚以mm表示的平均垢厚(X)按(C1)計(jì)算：    式中：D-去除污垢的試驗(yàn)管內(nèi)徑，mm；      V1-試驗(yàn)后試驗(yàn)管的體積，mL；      V2-試驗(yàn)管去除污垢的體積，mL。C1.2 垢的密度以g/cm3表示的垢的密度(ρ)按式(C2)計(jì)算：    式中：G2-試驗(yàn)后試驗(yàn)管的質(zhì)量，g；      G3-去除污垢后試驗(yàn)管的質(zhì)量，g；      V1-試驗(yàn)后試驗(yàn)管的體積，mL；      V2-試驗(yàn)管去除污垢后的體積，mL；C1.3 局部腐蝕深度的測定C1.3.1 每根試驗(yàn)管選5個(gè)最深蝕坑。C1.3.2 用玻璃極作標(biāo)準(zhǔn)板(厚度均勻，其公差±0.01mm，尺寸80mm×30mm)以千分表或點(diǎn)蝕儀進(jìn)行測定。C1.3.1 三根試驗(yàn)管15個(gè)蝕坑深度的平均值為坑深值。C2 蒸發(fā)水量的測定在系統(tǒng)不排污的情況下，記錄補(bǔ)充水槽液位高度(cm)和時(shí)間t1(h)，待補(bǔ)充水槽液位下降至零，對(duì)應(yīng)的時(shí)間t2(h)，以m3/h表示的蒸發(fā)水量(Qe)按式(C3)計(jì)算：    式中：A-補(bǔ)充水槽截面積，cm2；      H-補(bǔ)充水槽高度，cm；      t1-開始時(shí)記錄的時(shí)間，h；      t2-液位下降至零時(shí)記錄的時(shí)間，h。      C3 排污水量和補(bǔ)充水量的計(jì)算以m3/h表示的排污水量Qb和補(bǔ)充水量Qm可分別按式(C4)、式(C5)計(jì)算：    式中：Qe-蒸發(fā)水量，m3/h；      N-循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)。附加說明：本標(biāo)準(zhǔn)由中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部科技司提出。本標(biāo)準(zhǔn)由化學(xué)工業(yè)部天津化工研究院歸口。本標(biāo)準(zhǔn)由南京化工學(xué)院負(fù)責(zé)起草。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人沈鴻澧、龍荷云、路長青、關(guān)輝、倪美珍。