HGT 2160-2024《冷却水动态模拟试验方法》

ICS71.040.01CCSG76HG代替HG/T2160—2008Dynamicsimulationmethodforcooling中华人民共和国工业和信息化部发布HG/T2160—XXXX本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件代替HG/T2160-2008《冷却水动态模拟试验方法》，与HG/T2160-2008相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：a）增加了“装置组成”，并更改了试验装置示意图（见5.1，2008年版的第3章）；b）更改了热水作为热介质的表述内容（见5.1，2008年版的4.1.1.2增加了“热介质发生系统”（见5.4）及“热水系统”（见5.4.2）；c）增加了在线检测仪表的要求（见5.5.3、5.5.8）；d）增加了药剂在线浓度监控的要求（见5.5.4、5.5.9）；e）更改了极限碳酸盐硬度的计算（见8.4.3,2008年版的7.4.2f）增加了细菌数量的检测（见8.4.5）；g）增加了试验过程中水质分析测定原始数据记录表（见附录A表A.3）；h）更改了试验管内外表面前处理清洗方法（见附录B和7.1.2，2008年版的6.1.2）；i）更改了试验管内表面后处理方法（见附录D，2008年版的8.4和附录B）。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国石油和化学工业联合会提出。本文件由全国化学标准化技术委员会水处理剂分技术委员会（SAC/TC63/SC5）归口。本文件起草单位：山东泰和科技股份有限公司、中国特种设备检测研究院、中海油天津化工研究设计院有限公司、上海高森水处理有限公司、常州中南化工有限公司、河南水云踪智控科技有限公司、江苏省特种设备安全监督检验研究院、中昊光明化工研究设计院有限公司、上海淼清水处理有限公司、嘉兴沃特泰科环保科技股份有限公司、自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所、天津正达科技有限责任公司。本文件主要起草人：王东海、彭韵燕、姚光源、张菊芳、张洪明、顾毅康、郑伟、郭喜民、张志平、周卫华、王维珍、王晋、李琳。本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：——1991年首次发布为HG/T2160—1991，2008年第一次修订；——本次为第二次修订。3HG/T2160—XXXX冷却水动态模拟试验方法本文件描述了敞开式循环冷却水动态模拟试验的技术要求及试验方法。本文件适用于敞开式循环冷却水系统中，金属材料（包括黑色、有色金属）间壁式换热设备在实验室内进行的小型动态模拟试验，也适用于中型动态模拟试验和现场验证评价循环水处理药剂性能的小型动态模拟试验。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T699优质碳素结构钢GB/T14640工业循环冷却水和锅炉用水中钾、钠含量的测定GB/T14643.1工业循环冷却水中菌藻的测定方法第1部分:黏液形成菌的测定平皿计数法GB/T14643.5工业循环冷却水中菌藻的测定方法第5部分：硫酸盐还原菌的测定MPN法GB/T14643.6工业循环冷却水中菌藻的测定方法第6部分：铁细菌的测定MPN法GB/T15452工业循环冷却水中钙、镁离子的测定EDTA滴定法GB/T15453工业循环冷却水和锅炉用水中氯离子的测定GB/T16545金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除DL/T1151.22火力发电厂垢和腐蚀产物分析方法第22部分：X-射线荧光光谱和X-射线衍射分析HG/T3530工业循环冷却水污垢和腐蚀产物试样的采取和制备HG/T3531工业循环冷却水污垢和腐蚀产物中水分含量的测定HG/T3532工业循环冷却水污垢和腐蚀产物中硫化亚铁含量的测定HG/T3533工业循环冷却水污垢和腐蚀产物中灼烧失重测定方法HG/T3534工业循环冷却水污垢和腐蚀产物中酸不溶物、磷、铁、铝、钙、镁、锌、铜含量测定方法HG/T3535工业循环冷却水污垢和腐蚀产物中硫酸盐含量测定方法HG/T3536工业循环冷却水污垢和腐蚀产物中二氧化碳含量的测定方法HG/T3610工业循环冷却水污垢和腐蚀产物分析方法规则SY/T5329碎屑岩油藏注水水质指标技术要求及分析方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1黏附速率adhesionrate换热器单位传热面上每月的污垢增长量，单位为mg/(cm2·月)。[来源：GB/T50050—2017，2.1.13]4方法提要在实验室给定条件下，用常压饱和水蒸汽等热介质加热模拟换热器中的试验管，模拟冷却水现场的流速、水质、流态、换热材质、换热强度、冷却水进出口温度、浓缩倍数、pH、电导率、水处理剂添4HG/T2160—XXXX加方式和浓度等主要工艺参数，根据用户实际需求对水处理剂的缓蚀、阻垢和菌藻抑制性能进行部分或全部的评定。5试验装置5.1装置组成装置主要由模拟换热系统、冷却塔系统、热介质发生系统、水路系统以及过程控制系统组成。采用常压饱和水蒸汽作为热介质，示意图见图1；采用热水作为热介质，示意图见图2。7——药剂2；9——加药泵2；5HG/T2160—XXXX7——药剂2；9——加药泵2；5.2模拟换热系统5.2.1模拟换热器5.2.1.1由耐腐蚀的金属材料制造，外壁有良好的保温层。5.2.1.2热介质为常压下饱和水蒸汽，对于换热强度小的试验，也可以使用热水作为热介质。5.2.1.3模拟换热器的有效长度根据试验管长度而定，一般不小于700mm。6HG/T2160—XXXX5.2.2试验管5.2.2.1尺寸：Φ19mm×2mm无缝金属直管组成，也可根据需要采用其它尺寸的试验管。根据实际需要采用单根或多根串联方式，其总有效换热长度不小于570mm。5.2.2.2材质：20号优质碳素钢（GB/T699），亦可选用与所模拟现场设备相同的金属材料。5.2.2.3内壁应无麻点、裂纹、锈蚀等明显的缺陷。外壁应选取适宜的防腐措施，黑色金属试验管外壁应镀硬铬。5.2.3密封接头5.2.3.1材质：聚四氟乙烯或耐温＞150℃的非金属材料。5.3冷却塔系统5.3.1集水池5.3.1.1容积:一般按冷却水循环量的1/3～1/5计算。5.3.1.2材质：工程塑料或不锈钢材料。5.3.2水泵耐腐蚀泵，扬程一般为16m，流量一般为1.6m3/h。宜采用变频器进行控制。5.3.3冷却塔5.3.3.1尺寸：应根据当地气温、湿度和工艺温差确定，冷却降温幅度可达10℃~15℃。通常直径为300mm、高1500mm，填料高度为其塔身的3/4左右。5.3.3.2材质：有机玻璃等工程塑料。5.3.3.3填料：聚丙烯多孔球(Φ38mm）或其他冷却塔常用填料。5.3.3.4风机：全封闭轴流防湿风机，通风量不小于3700m3/h，宜采用变频器控制风量。5.4热介质发生系统5.4.1常压饱和蒸汽系统5.4.1.1电热蒸汽炉的体积为70L。5.4.1.2电热蒸汽炉电热棒的功率为15kW。5.4.1.3电热蒸汽炉炉体、电热棒、过量蒸汽冷凝器及相应连接管路的材质均应为耐腐蚀金属材料。5.4.2热水系统5.4.2.1热水系统的保有水量宜大于40L。5.4.2.2宜采用电加热，加热功率不小于15kW。5.4.2.3应配备热水泵循环系统。5.4.2.4电热棒及相应连接管路的材质应为耐腐蚀金属材料。5.4.2.5热水水质应采用非结垢性水源，如去离子水等。5.5过程控制系统5.5.1测温元件：Pt100型铂电阻（分辨率≤0.1℃),也可用水银温度计（分度值0.1℃)。5.5.2流量计：电子式流量计（如涡轮或电磁流量计），精度±1%。也可用转子流量计，最小分度值小于控制值±2%，安装时应考虑便于拆卸清洗。5.5.3水质传感器：在补水和循环水中，配备电导率、pH、钙硬、碱度、氯离子等在线检测和控制仪表。5.5.4对于需要监控药剂浓度的循环水系统，宜配备在线监控药剂浓度的仪表。5.5.5集水池液位应恒定，并能自动控制和加入补充水。5.5.6试验过程中，采用计算机或PLC控制和处理数据。系统自动测控冷却水流量，保持流量恒定，其精度为流量的±1%；自动测控模拟换热器入口水温，其精度为±0.2℃;自动测控冷却水pH值，其精度为±0.2；自动测控冷却水电导率，其精度由工艺条件决定。7HG/T2160—XXXX5.5.7系统可显示和记录冷却水瞬时流量，模拟换热器入口水温、出口水温、温差，热介质温度、pH值、电导率和瞬时污垢热阻值等，以及相对应的过程曲线。5.5.8宜采用全自动方式进行过程控制。运行过程中，采用手工或自动检测的方式对循环水系统各参数进行定期检测。5.6水路系统管道采用耐蚀管材（PPR1、UPVC或ABS工程塑料管）。6试验水质6.1采用实际工况用水。若无法采用时，可根据水中主要成分配水。6.2应对配制水主要成分的含量进行分析。6.3水质成分分析结果可按附录A表A.1的表格记录。7试验准备7.1试验管前处理7.1.1选管：根据工艺条件，选择相应的试验管材质、管径。密封好后的试验管长度不得大于模拟换热器长度。7.1.2内表面处理：先用粗砂纸[通常粒度为60（2号）]将试验管内坑蚀、点蚀磨平，再用细砂纸[通常粒度为150（2/0号）]进一步打磨，然后按附录B对试验管进行清洗。在无特殊要求下，试验管内表面状况良好，经水冲洗、无水乙醇处理干燥后，可直接使用。7.1.3称量：碳钢及低合金钢材质，精确至1mg；耐蚀材料，精确至0.5mg。如用大口径试验管时，精确至5mg。试管的质量为G1。7.1.4装管和测量尺寸：测量模拟换热器内端有效长度L，精确至1mm，见图3。将已称量过的试验管（5.2.2）与接头（5.2.3）连接。检查连接处是否漏水。L7.1.5记录：将试验管的质量、有效长度、腐蚀面积、传热面积分别记录在附录A表A.4的表格中。7.2仪表的校正应事先对流量、温度、pH、电导率、药剂浓度等计量仪表进行校正。7.3清洗8HG/T2160—XXXX每次试验前用自来水进行系统清洗。需要时亦可用2%盐酸溶液（含1%六次甲基四胺）进行清洗。清洗时，水流经旁路，不过模拟换热器。7.4水处理剂投加方式水处理剂投加于集水池或补水箱中，应保证循环冷却水中药剂浓度稳定。8试验步骤8.1开停机每次开机时，应先开启冷却水循环水泵，然后再开启热水或蒸汽加热系统；停机时应先停止加热，不停风机，继续循环运行30min，然后再停水泵。8.2清洁管热阻测定待热介质温度、冷却水流量和入口水温达到规定值，并稳定2h～6h后，可每隔15min～30min测量冷却水进出口温度和热介质温度共8次，测量时应严格地将流量、入口水温、热介质温度控制在规定值。用数理统计方法舍去其中异常值，求出其算术平均值。清洁管热阻以r表示，单位为m2·℃/W，按式⑴计算：………式中：r――清洁管热阻，单位为平方米·摄氏度每瓦（m2·℃/Wdi――试管内径，单位为米（mQ――冷却水流量，单位为千克每小时（kg/hT――热介质温度，单位为摄氏度(℃);进――冷却水进口温度，单位为摄氏度(℃);出――冷却水出口温度，单位为摄氏度(℃);4186.8――水的热容，单位为焦耳每千克·摄氏度[J/(kg·℃)]；L――试验管总有效换热长度，单位为米（m3600――从小时换算为秒的数值。8.3瞬时污垢热阻测定测定清洁管热阻r后，可每隔2h按8.2方法测定瞬时污垢热阻（rsi），结果按附录A表A.2进行记录。瞬时污垢热阻以rsi表示，单位为m2·℃/W，按式⑵计算：rSi=−r………⑵式中：rsi――瞬时污垢热阻，单位为平方米·摄氏度每瓦（m2·℃/Wdi――试管内径，单位为米（mQ――冷却水流量，单位为千克每小时（kg/hT――热介质温度，单位为摄氏度(℃);t进――冷却水瞬时进口温度，单位为摄氏度(℃);t出――冷却水瞬时出口温度，单位为摄氏度(℃);L――试验管总有效换热长度，单位为米（m）。8.4浓缩倍数、极限碳酸盐硬度、蒸发量和细菌数量的测定8.4.1根据需要选取合适时间间隔，按GB/T15452测定钙硬，按GB/T14640或GB/T15453测定钾离子或氯化物。8.4.2浓缩倍数的计算：冷却水中浓缩倍数以钾离子（K+）浓度计算。无药剂干扰时，亦可以氯离子9HG/T2160—XXXX（Cl-）浓度进行计算。冷却水中浓缩倍数（N）可按式⑶计算：N…………（3）式中：ρ循—循环冷却水中钾离子（或氯离子）的质量浓度的数值，单位为毫克每升（mg/Lρ补—补充水中钾离子（或氯离子）的质量浓度的数值，单位为毫克每升（mg/L）。8.4.3极限碳酸盐硬度的计算：某一时刻，按式（3）求得的浓缩倍数减去同一时刻测得的循环冷却水钙硬与补充水钙硬的浓度比值的绝对值，即为ΔB，按式⑷计算。当ΔB＞0.2且最接近0.2时的[Y循]´即为极限碳酸盐硬度。∆B=|N−|……………………式中：N——某一时刻循环冷却水的浓缩倍数；]´——同一时刻测得的循环冷却水钙硬的质量浓度的数值，以CaCO3计，单位为毫克每升（mg/L]´——补充水钙硬的质量浓度的数值，以CaCO3计，单位为毫克每升（mg/L）。8.4.4蒸发水量的计算：以m3/h表示的循环冷却水蒸发水量（Qe）可按附录C中C.2计算。8.4.5细菌数量的检测：根据试验需要，可按照GB/T14643.1、GB/T14643.5、GB/T14643.6或SY/T5329的方法进行异养菌、硫酸盐还原菌和铁细菌等细菌的检测。8.5排污水量和补充水量的计算以m3/h表示的排污水量（Qb）和补充水量（Qm）可按附录C中C.3计算。8.6分析测定项目可根据工艺要求确定。测定结果可按附录A表A.3记录。8.7试验周期连续试验周期不得少于15d，以瞬时污垢热阻值稳定48h不再增长作为试验结束的依据。试验过程中若出现故障，冷却水循环中断次数不得大于2次，每次时间不得大于6h。9试验后处理r*9.1试验结束后，将试验管取下，观察腐蚀和结垢情况，分别测定污垢化学成分，年污垢热阻si，粘附速率ra,平均垢厚X，垢层密度ρ和腐蚀率Br*9.2将试验管一端紧压在橡皮胶板上，另一端用滴定管加入蒸馏水至试验管充满水，量取体积为V1；将水放出后，试验管在105℃鼓风烘箱中干燥至恒量，其质量为G2。9.3用不锈钢匙轻刮烘干后管内污垢。污垢成分按HG/T3610、HG/T3530、HG/T3531、HG/T3532、HG/T3533、HG/T3534、HG/T3535、HG/T3536、DL/T1151.22等方法测定。9.4上述试验管再按附录D的方法进行处理。9.5再按9.2方法量取体积并称量，其体积和质量分别为V2和G3。9.6将试验管剖开，详细观察记录腐蚀形貌，典型的试样应进行拍照。10结果计算10.1腐蚀10.1.1以mm/a表示的年腐蚀率（B）按式⑸计算：…………式中：K——3.65×103；HG/T2160—XXXXG1——试验管的原始质量（7.1.3），单位为克（g）;G3——试验管去除污垢后的质量（9.5单位为克（gT——试验时间，单位为天（d）；A——试管腐蚀面积，单位为平方厘米（cm2D——金属密度，单位为克每立方厘米（g/cm3）(碳钢7.85，铜8.94，黄铜8.65，不锈钢7.92)。10.1.2以mm表示的局部腐蚀深度，包括平均深度及最大深度，其测定方法见附录C中C.1.3。10.2污垢10.2.1以mg/（cm2·月）表示的黏附速率ra,按式⑹计算：式中：G2——试验管试验后的质量（9.2），单位为克（g）；G3——试验管去除污垢后的质量（9.5），单位为克（g）；A——试验管内表面的面积，单位为平方厘米（cm2T——试验时间，单位为天（d）。·℃/W表示的年污垢热阻（rs）按下列方法测定和计算：a)曲线法：按8.3测出的瞬时污垢热阻rsi，用数理统计方法舍去异常值，以rsi为纵坐标，相应的时间(d)为横坐标，绘制污垢热阻-时间曲线，然后取图中平滑曲线最高的rsi值乘1.1即为年污垢热阻（rs如图4所示。b)两点法：从图4中选择既接近平滑曲线又靠近实测曲线的两个点。这两个点必须符合d3（天数）=2d1（天数），然后按式(7)计算年污垢热阻rs：式中：rsi(d1)—运行d1时间的瞬时污垢热阻，单位为平方米·摄氏度每瓦（m2·℃/W）；rsi(d3)—运行d3时间的瞬时污垢热阻，单位为平方米·摄氏度每瓦（m2·℃/W）。10.2.3平均垢厚(X)按附录C中C.1计算。10.2.4垢密度(ρ)按附录C中C.2计算。11试验报告主要内容11.1热介质的种类。11.2试验管材质、牌号、尺寸和处理方式等。11.3工艺参数：如浓缩倍数、pH、水处理剂含量控制范围、传热面积、冷却水进出口温差、换热强度HG/T2160—XXXX11.4水质分析结果。11.5试验结果。HG/T2160—XXXX记录表格式表A.1水质及水处理剂分析报表mg/L表A.2瞬时污垢热阻测定原始数据记录表℃℃℃℃m2表A.3试验过程中水质分析测定原始数据记录表3pHNHG/T2160—XXXX表A.4动态模拟试验结果记录表传热面积F/m2平均垢厚X/mmHG/T2160—XXXX试验管内外表面前处理清洗方法B.1钢B.1.1用洗净剂或有机溶剂等除去试验管内外表面油污。B.1.2用自来水冲洗干净。B.1.3外表面用无水乙醇擦拭干净，内表面中充满无水乙醇中浸泡脱水。B.1.4排干乙醇后，及时用电吹风或者热风吹干，放在干燥器中或者密封保存备用。B.2铜和不锈钢B.2.1用有机溶剂除去试验管内外表面油脂。B.2.2外表面用无水乙醇擦拭干净，内表面中充满无水乙醇中浸泡脱水。B.2.3排干乙醇后，及时用电吹风或者热风吹干，放在干燥器中或者密封保存备用。B.3铝和铝合金B.3.1用有机溶剂除去试验管内外表面油脂。B.3.2外表面用无水乙醇擦拭干净，内表面用50℃~60℃的10%氢氧化钠溶液浸泡1min～2min。有包铝层的，除去包铝层厚度的2倍。B.3.3排干氢氧化钠洗液后，用自来水冲洗干净。B.3.4再用30%硝酸溶液充满试验管净化2~6min。B.3.5排干硝酸洗液后，用自来水冲洗干净。B.3.6在用70℃~90℃蒸馏水清洗内表面。B.3.7最后吹干并放在干燥器中或者密封保存备用。HG/T2160—XXXX试验结果和蒸发水量、补充水量、排污水量的计算C.1试验结果的计算C.1.1平均垢厚以mm表示平均垢厚（X）按式（C.1）计算:……………式中：D——去除污垢后的试验管内径，单位为毫米（mmV1——试验后试验管的体积，单位为毫升（mL）；V2——试验管去除污垢后的体积，单位为毫升（mL）。C.1.2垢的密度以g/cm3表示垢的密度(ρ)按式（C.2）计算：…………式中：G2——试验后试验管的质量，单位为克（g）；G3——去除污垢后试验管的质量，单位为克（gV1——试验后试验管的体积，单位为毫升（mL）；V2——试验管去除污垢后体积，单位为毫升（mL）。C.1.3局部腐蚀深度的测定C.1.3.1试验管剖开后