循環(huán)冷卻系統淡水/海水在線切換技術應用研究
【天津純水設備http://www.szfhm.cn】結合華潤電力（渤海新區(qū)）有限公司工程的實際情況，研究了循環(huán)冷卻系統淡水/海水在線切換技術。試驗結果表明，在海水體系中，緩蝕阻垢劑SW203A可以起到良好的結垢控制作用，與緩蝕阻垢劑FW240具有良好的兼容性。在海水注入淡水循環(huán)水過程中，補水中投加12 mg/L的FW240，可以起到良好的結垢控制作用。制定了淡水/海水在線切換技術方案，并將此技術應用于工程現場，結果顯示凝汽器無垢質出現，機組溫差、端差數值正常。
海水循環(huán)冷卻代替淡水循環(huán)冷卻，可節(jié)約大量淡水資源，有效緩解淡水資源危機，具有顯著節(jié)水優(yōu)勢，并能明顯降低運行成本。
結合華潤電力（渤海新區(qū)）有限公司（以下簡稱華潤渤海）2×350 MW超臨界燃煤發(fā)電機組配套的循環(huán)冷卻系統，投產時采用大浪淀水庫水作為冷卻水，2016年8月海水管道建成后，將補水切換為距離廠址33 km的滄東電廠海水直流冷卻排水，運行海水循環(huán)冷卻。海水含鹽量高且成分復雜，特別是在不停機狀態(tài)下進行補水切換，海水中的Ca2+、Mg2+、Cl-等的濃度遠高于淡水循環(huán)水，而淡水循環(huán)水的堿度較高，兩者混合過程中結垢腐蝕傾向很大，補水切換時還需要更換緩蝕阻垢劑，開展切換過程的方案設計與優(yōu)化尤為重要。
自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所聯合華潤渤海技術人員開展了相關研究工作，確定了在海水體系中可生物降解的緩蝕阻垢劑SW203A可以起到良好的結垢控制作用，其與系統中原有緩蝕阻垢劑FW240具有良好的兼容性，進行了海水注入淡水循環(huán)水過程的靜態(tài)阻垢試驗，制定了循環(huán)冷卻系統淡水/海水在線切換水處理技術方案。并于2016年第4季度對華潤渤海循環(huán)冷卻系統補水切換期間的水質進行了跟蹤監(jiān)測，比較了補水切換前后機組溫差、端差數值變化，對補水切換后的凝汽器進行了觀察。
一、試驗部分
1 試驗用水
淡水循環(huán)水（華潤渤海熱電機組循環(huán)水）、淡水（大浪淀水庫水）和海水（國華滄東電廠海水直流冷卻排水）。
2 試驗緩蝕阻垢劑
循環(huán)冷卻系統以淡水作為冷卻水時，采用緩蝕阻垢劑FW240；以海水作為冷卻水時，采用緩蝕阻垢劑SW203A。
FW240是聚羧酸類酸性阻垢劑，特別適合高pH、高堿度、高硬度的水質。SW203A是以馬來酸酐為原料生產的可生物降解的堿性緩蝕阻垢劑，在海水體系中具有優(yōu)良的阻垢分散作用。FW240和SW203A均為無磷、高效緩蝕阻垢劑，其物性指標見表1。
3 試驗方法
極限碳酸鹽阻垢性能評價試驗：在10 L實驗用水中加入一定量的阻垢緩蝕劑，取2 L實驗用水于燒杯中，其余為補水。在燒杯中根據液面設定傳感器報警點，在50 ℃下開始實驗，水樣濃縮蒸發(fā)，補水用計量泵加入，調節(jié)計量泵流速，使液面保持在原設定液面。定時取樣測定Cl-含量和堿度，并計算Cl-和堿度的濃縮倍數及其差ΔA，當ΔA=0.2時，表明成垢已經發(fā)生，此時所對應的堿度稱為極限碳酸鹽堿度。
靜態(tài)阻垢性能評價試驗：依據GB/T 34550.2—2017進行，將一定體積含有一定量阻垢緩蝕劑的試驗用水倒入燒杯中，放入70 ℃水浴鍋中蒸發(fā)，濃縮至500 mL時，蓋上表面皿恒溫，24 h后轉移至500 mL容量瓶中，定容、搖勻、過濾，測定水樣的堿度，計算Cl-濃縮倍數與堿度濃縮倍數之差ΔA，ΔA不宜大于0.2。
分析測試方法：Cl-測定采用AgNO3沉淀滴定法；Ca2+、Mg2+測定采用EDTA絡合滴定法；堿度測定采用電位滴定法。
二、結果與討論
1 SW203A在海水體系中的阻垢效果
試驗用水為含一定濃度SW203A的海水，極限碳酸鹽阻垢性能評價結果見圖1。
由圖1可知，當ΔA=0.2時，對應的極限濃縮倍數為4.1，極限碳酸鹽堿度為514.4 mg/L。表明在系統正常運行條件下，緩蝕阻垢劑SW203A隨補水投加，可以起到良好的結垢控制作用，能夠滿足電廠海水循環(huán)冷卻系統的需求。
2 FW240與SW203A兼容性試驗
將含有FW240和SW203A海水進行靜態(tài)阻垢性能評價試驗，濃縮倍數為2.2，FW240和SW203A總質量濃度為12 mg/L，SW203A在緩蝕阻垢劑中所占比例分別為0、11.1%、25%、50%、75%、88.9%、100%，試驗結果見圖2。
由圖2可知，試驗后水樣的ΔA均小于0.2，FW240和SW203A具有良好的兼容性。
3 海水注入淡水循環(huán)水的靜態(tài)阻垢試驗
鑒于FW240和SW203A在海水體系中具有良好的兼容性以及考慮到工程現場實際情況，設計先進行補水切換，再進行海水體系中的緩蝕阻垢劑的更換。切換過程中淡水循環(huán)水與海水中緩蝕阻垢劑均為FW240，補充海水中FW240質量濃度為12 mg/L。切換過程是系統中海水逐漸增加而淡水循環(huán)水逐漸減少的過程，為此將海水與淡水循環(huán)水按比例混合模擬切換過程的水質變化。將混合水樣進行靜態(tài)阻垢試驗，蒸發(fā)濃縮至500 mL時海水濃縮至2.5倍。混合水樣中海水所占比例分別為21.8%、38.5%、62.5%、78.9%、90.9%，靜態(tài)阻垢試驗結果見圖3。
由圖3可知，各種比例混合的水樣試驗后的ΔA在0.02~0.04之間，均小于0.2。表明在海水注入淡水循環(huán)水過程中，海水中投加12 mg/L的緩蝕阻垢劑FW240，可以起到良好的結垢控制作用。
三、淡水/海水在線切換技術現場應用
1 循環(huán)冷卻系統概況
循環(huán)冷卻水系統為敞開循環(huán)式冷卻水系統，單臺系統容積為20 000 m3，循環(huán)量為38 108 m3/h。循環(huán)水補水為大浪淀水庫水時，補水量為735 m3/h，蒸發(fā)量為490 m3/h，排污量為200~300 m3/h，濃縮倍數控制在3.0~4.0之間；切換為海水后補水量為1 100 m3/h，排污量為600 m3/h，濃縮倍數控制在1.6~1.8之間。
2 淡水/海水在線切換技術方案
循環(huán)冷卻系統淡水循環(huán)水堿度在300~490 mg/L之間，試驗所用淡水循環(huán)水的堿度為355 mg/L，堿度< 355 mg/L時即可進行補水切換，但為保證切換過程系統的安全，應盡量降低淡水循環(huán)水的堿度。考慮到海水堿度在140 mg/L左右，確定控制切換過程循環(huán)水堿度< 300 mg/L。
由于海水與淡水中Cl-含量相差懸殊，切換過程中Cl-的濃縮倍數不能真實反映系統的濃縮倍數，濃縮倍數只能依據補水量和排污量進行估算并控制。據此，制定淡水/海水在線切換步驟如下：
（1）調整補水中FW240質量濃度為12 mg/L，加大補水和排污，降低濃縮倍數和堿度，并調低液位。堿度< 300 mg/L時，在循環(huán)水池中加入一定量FW240，關閉淡水補水，開始補充海水，根據補水量調節(jié)加藥量和排污量。
（2）當分別以堿度、Cl-、Ca2+計算的濃縮倍數接近（最大值與最小值之差小于0.1）時，將緩蝕阻垢劑更換為SW203A，并進行基礎投加，轉入正常運行狀態(tài)。
3 切換過程的水質監(jiān)測
華潤渤海熱電2×350 MW超臨界燃煤發(fā)電機組配套循環(huán)冷卻系統于2016年10月份完成了2#機組循環(huán)冷卻系統淡水/海水切換，切換前淡水循環(huán)水與海水水質情況見表2。切換過程中循環(huán)水水質變化情況見圖4。
由表2可知，切換前已將淡水循環(huán)水堿度調節(jié)至288 mg/L。由圖4可知，補水切換為海水過程中，開始時系統中Cl-、Ca2+濃度急速上升，堿度緩慢下降，之后各離子濃度變化變緩，并趨于穩(wěn)定，以不同離子濃度計算的濃縮倍數逐漸接近，穩(wěn)定在1.5左右。
4 切換過程的機組溫差及端差對比
為監(jiān)測淡/海水在線切換過程中系統運行狀況，比較了2#系統9~11月份的每天10點系統循環(huán)水進出口溫差及凝汽器端差，結果見圖5。
由圖5可知，系統循環(huán)水進出口溫差穩(wěn)定在8~12 ℃，凝汽器端差穩(wěn)定在2 ℃以下，在線切換未對機組運行數據帶來影響。
5 切換后凝汽器管板及管壁檢驗
2#機組于2017年熱季停機檢修，打開凝汽器室發(fā)現，凝汽器管板及凝汽器內壁無垢質附著，管板及內壁光滑，潔凈如新。
四、結論
（1）通過極限碳酸鹽阻垢性能評價試驗確定了可生物降解的緩蝕阻垢劑SW203A在海水體系中可以起到良好的結垢控制作用，能夠滿足電廠海水循環(huán)冷卻系統的需求。
（2）通過靜態(tài)試驗發(fā)現，緩蝕阻垢劑FW240和SW203A具有良好的兼容性。
（3）在海水注入淡水循環(huán)水過程中，海水中投加12 mg/L的緩蝕阻垢劑FW240，可以起到控制結垢的作用。
（4）切換過程中濃縮倍數依據補水量和排污量進行估算并控制，控制堿度< 300 mg/L，當分別以堿度、Cl-、Ca2+計算的濃縮倍數接近（最大值與最小值之差小于0.1）時，進行緩蝕阻垢劑更換。
（5）循環(huán)冷卻系統淡/海水在線切換技術方案經電廠實際應用，機組溫差、端差未出現明顯變化，機組凝汽器管壁光潔如新，無垢質出現。北京純水設備，天津水處理設備，天津去離子水設備。醫(yī)院用純化水設備 實驗室純水設備
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