工业水处理, 2019, 39(5): 107-110 doi: 10.11894/iwt.2018-0382

• 经验交流 •

循环冷却系统淡水/海水在线切换技术应用研究

焦春联,1, 陈冲1, 栗春雷2, 侯相钰1, 薛伟1, 吴芸芳3, 胡明明1, 尹建华1, 成国辰,1

Application of freshwater/seawater on-line switching technology in circulating cooling system

Jiao Chunlian,1, Chen Chong1, Li Chunlei2, Hou Xiangyu1, Xue Wei1, Wu Yunfang3, Hu Mingming1, Yin Jianhua1, Cheng Guochen,1

通讯作者: 成国辰,高级工程师。E-mail:517528451@qq.com

收稿日期: 2019-03-14  

基金资助: 国家重点研发计划重点专项.  2017YFC0404100
天津市应用基础与前沿技术研究计划项目.  15JCYBJC18700
海洋公益性行业科研专项经费项目.  201505021
中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目.  K-JBYWF-2015-T04
中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目.  K-JBYWF-2017-T03

Received: 2019-03-14  

Fund supported: 国家重点研发计划重点专项.  2017YFC0404100
天津市应用基础与前沿技术研究计划项目.  15JCYBJC18700
海洋公益性行业科研专项经费项目.  201505021
中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目.  K-JBYWF-2015-T04
中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目.  K-JBYWF-2017-T03

作者简介 About authors

焦春联(1982-),硕士,工程师,电话:13920223817E-mail:jclian@126.com , E-mail：jclian@126.com

摘要

结合华润电力（渤海新区）有限公司工程的实际情况，研究了循环冷却系统淡水/海水在线切换技术。试验结果表明，在海水体系中，缓蚀阻垢剂SW203A可以起到良好的结垢控制作用，与缓蚀阻垢剂FW240具有良好的兼容性。在海水注入淡水循环水过程中，补水中投加12 mg/L的FW240，可以起到良好的结垢控制作用。制定了淡水/海水在线切换技术方案，并将此技术应用于工程现场，结果显示凝汽器无垢质出现，机组温差、端差数值正常。

关键词： 循环冷却系统 ; 淡水/海水在线切换 ; 结垢控制

Abstract

Combined with the engineering application of China Resources Power(Bohai New Area) Co., Ltd. a technology of freshwater/seawater on-line switching in circulating cooling system was studied. The results showed that corrosion and scale inhibitor SW203A could play a good role in scaling control and had good compatibility with corrosion and scale inhibitor FW240 in seawater system. In the process of seawater injection into fresh water circulating water, adding 12 mg/L FW240 into make-up water could play a good role in scaling control. The technology of freshwater/seawater on-line switching was established and applied in the generator set. The operation results showed that there was no scale in the condenser, and the temperature difference and end difference of the condenser were normal.

Keywords： circulating cooling system ; freshwater/seawater on-line switching ; anti-scaling control

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焦春联, 陈冲, 栗春雷, 侯相钰, 薛伟, 吴芸芳, 胡明明, 尹建华, 成国辰. 循环冷却系统淡水/海水在线切换技术应用研究. 工业水处理[J], 2019, 39(5): 107-110 doi:10.11894/iwt.2018-0382

Jiao Chunlian. Application of freshwater/seawater on-line switching technology in circulating cooling system. Industrial Water Treatment[J], 2019, 39(5): 107-110 doi:10.11894/iwt.2018-0382

海水循环冷却代替淡水循环冷却，可节约大量淡水资源，有效缓解淡水资源危机，具有显著节水优势，并能明显降低运行成本〔1-2〕。结合华润电力（渤海新区）有限公司（以下简称华润渤海）2×350 MW超临界燃煤发电机组配套的循环冷却系统，投产时采用大浪淀水库水作为冷却水，2016年8月海水管道建成后，将补水切换为距离厂址33 km的沧东电厂海水直流冷却排水，运行海水循环冷却。海水含盐量高且成分复杂，特别是在不停机状态下进行补水切换，海水中的Ca2+、Mg2+、Cl-等的浓度远高于淡水循环水，而淡水循环水的碱度较高，两者混合过程中结垢腐蚀倾向很大，补水切换时还需要更换缓蚀阻垢剂，开展切换过程的方案设计与优化尤为重要。自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所联合华润渤海技术人员开展了相关研究工作，确定了在海水体系中可生物降解的缓蚀阻垢剂SW203A可以起到良好的结垢控制作用，其与系统中原有缓蚀阻垢剂FW240具有良好的兼容性，进行了海水注入淡水循环水过程的静态阻垢试验，制定了循环冷却系统淡水/海水在线切换水处理技术方案。并于2016年第4季度对华润渤海循环冷却系统补水切换期间的水质进行了跟踪监测，比较了补水切换前后机组温差、端差数值变化，对补水切换后的凝汽器进行了观察。

1 试验部分

1.1 试验用水

淡水循环水（华润渤海热电机组循环水）、淡水（大浪淀水库水）和海水（国华沧东电厂海水直流冷却排水）。

1.2 试验缓蚀阻垢剂

循环冷却系统以淡水作为冷却水时，采用缓蚀阻垢剂FW240；以海水作为冷却水时，采用缓蚀阻垢剂SW203A。FW240是聚羧酸类酸性阻垢剂，特别适合高pH、高碱度、高硬度的水质。SW203A是以马来酸酐为原料生产的可生物降解的碱性缓蚀阻垢剂，在海水体系中具有优良的阻垢分散作用。FW240和SW203A均为无磷、高效缓蚀阻垢剂，其物性指标见表1。

表1   缓蚀阻垢剂的物性指标

阻垢剂名称外观水溶性pH(1%水溶液)固体含量/%密度(20℃)/(g·cm-3)
FW240淡黄色透明液体完全溶解2.7234.21.15
SW203A淡黄色透明液体完全溶解12.7338.61.30

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1.3 试验方法

极限碳酸盐阻垢性能评价试验：在10 L实验用水中加入一定量的阻垢缓蚀剂，取2 L实验用水于烧杯中，其余为补水。在烧杯中根据液面设定传感器报警点，在50 ℃下开始实验，水样浓缩蒸发，补水用计量泵加入，调节计量泵流速，使液面保持在原设定液面。定时取样测定Cl-含量和碱度，并计算Cl-和碱度的浓缩倍数及其差ΔA，当ΔA=0.2时，表明成垢已经发生，此时所对应的碱度称为极限碳酸盐碱度〔3〕。

静态阻垢性能评价试验：依据GB/T 34550.2—2017进行，将一定体积含有一定量阻垢缓蚀剂的试验用水倒入烧杯中，放入70 ℃水浴锅中蒸发，浓缩至500 mL时，盖上表面皿恒温，24 h后转移至500 mL容量瓶中，定容、摇匀、过滤，测定水样的碱度，计算Cl-浓缩倍数与碱度浓缩倍数之差ΔA，ΔA不宜大于0.2〔4〕。

分析测试方法：Cl-测定采用AgNO3沉淀滴定法〔5〕；Ca2+、Mg2+测定采用EDTA络合滴定法〔6〕；碱度测定采用电位滴定法〔7〕。

2 结果与讨论

2.1 SW203A在海水体系中的阻垢效果

试验用水为含一定浓度SW203A的海水，极限碳酸盐阻垢性能评价结果见图1。

图1

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图1   极限碳酸盐阻垢性能评价试验结果


由图1可知，当ΔA=0.2时，对应的极限浓缩倍数为4.1，极限碳酸盐碱度为514.4 mg/L。表明在系统正常运行条件下，缓蚀阻垢剂SW203A随补水投加，可以起到良好的结垢控制作用，能够满足电厂海水循环冷却系统的需求。

2.2 FW240与SW203A兼容性试验

将含有FW240和SW203A海水进行静态阻垢性能评价试验，浓缩倍数为2.2，FW240和SW203A总质量浓度为12 mg/L，SW203A在缓蚀阻垢剂中所占比例分别为0、11.1%、25%、50%、75%、88.9%、100%，试验结果见图2。

图2

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图2   FW240与SW203A的兼容性试验结果


由图2可知，试验后水样的ΔA均小于0.2，FW240和SW203A具有良好的兼容性。

2.3 海水注入淡水循环水的静态阻垢试验

鉴于FW240和SW203A在海水体系中具有良好的兼容性以及考虑到工程现场实际情况，设计先进行补水切换，再进行海水体系中的缓蚀阻垢剂的更换。切换过程中淡水循环水与海水中缓蚀阻垢剂均为FW240，补充海水中FW240质量浓度为12 mg/L。切换过程是系统中海水逐渐增加而淡水循环水逐渐减少的过程，为此将海水与淡水循环水按比例混合模拟切换过程的水质变化。将混合水样进行静态阻垢试验，蒸发浓缩至500 mL时海水浓缩至2.5倍。混合水样中海水所占比例分别为21.8%、38.5%、62.5%、78.9%、90.9%，静态阻垢试验结果见图3。

图3

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图3   不同比例混合的海水与淡水循环水的静态阻垢试验


由图3可知，各种比例混合的水样试验后的ΔA在0.02~0.04之间，均小于0.2。表明在海水注入淡水循环水过程中，海水中投加12 mg/L的缓蚀阻垢剂FW240，可以起到良好的结垢控制作用。

3 淡水/海水在线切换技术现场应用

3.1 循环冷却系统概况

循环冷却水系统为敞开循环式冷却水系统，单台系统容积为20 000 m3，循环量为38 108 m3/h。循环水补水为大浪淀水库水时，补水量为735 m3/h，蒸发量为490 m3/h，排污量为200~300 m3/h，浓缩倍数控制在3.0~4.0之间；切换为海水后补水量为1 100 m3/h，排污量为600 m3/h，浓缩倍数控制在1.6~1.8之间。

3.2 淡水/海水在线切换技术方案

循环冷却系统淡水循环水碱度在300~490 mg/L之间，试验所用淡水循环水的碱度为355 mg/L，碱度< 355 mg/L时即可进行补水切换，但为保证切换过程系统的安全，应尽量降低淡水循环水的碱度。考虑到海水碱度在140 mg/L左右，确定控制切换过程循环水碱度< 300 mg/L。由于海水与淡水中Cl-含量相差悬殊，切换过程中Cl-的浓缩倍数不能真实反映系统的浓缩倍数，浓缩倍数只能依据补水量和排污量进行估算并控制。据此，制定淡水/海水在线切换步骤如下：

（1）调整补水中FW240质量浓度为12 mg/L，加大补水和排污，降低浓缩倍数和碱度，并调低液位。碱度< 300 mg/L时，在循环水池中加入一定量FW240，关闭淡水补水，开始补充海水，根据补水量调节加药量和排污量。

（2）当分别以碱度、Cl-、Ca2+计算的浓缩倍数接近（最大值与最小值之差小于0.1）时，将缓蚀阻垢剂更换为SW203A，并进行基础投加，转入正常运行状态。

3.3 切换过程的水质监测

华润渤海热电2×350 MW超临界燃煤发电机组配套循环冷却系统于2016年10月份完成了2#机组循环冷却系统淡水/海水切换，切换前淡水循环水与海水水质情况见表2。切换过程中循环水水质变化情况见图4。

表2   主要水质分析数据

水质Cl-/(mg·L-1)Ca2+/(mg·L-1)Mg2+/(mg·L-1)总硬度/(mol·L-1)总碱度/(mg·L-1)pH电导率/(mS·cm-1)浊度/NTU
循环水30099655.142888.521.921.59
海水15 8603501 07853.11507.9147.12.12

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图4

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图4   切换过程循环水水质及浓缩倍数变化


由表2可知，切换前已将淡水循环水碱度调节至288 mg/L。由图4可知，补水切换为海水过程中，开始时系统中Cl-、Ca2+浓度急速上升，碱度缓慢下降，之后各离子浓度变化变缓，并趋于稳定，以不同离子浓度计算的浓缩倍数逐渐接近，稳定在1.5左右。

3.4 切换过程的机组温差及端差对比

为监测淡/海水在线切换过程中系统运行状况，比较了2#系统9~11月份的每天10点系统循环水进出口温差及凝汽器端差，结果见图5。

图5

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图5   9~11月份温差及端差变化


由图5可知，系统循环水进出口温差稳定在8~12 ℃，凝汽器端差稳定在2 ℃以下，在线切换未对机组运行数据带来影响。

3.5 切换后凝汽器管板及管壁检验

2#机组于2017年热季停机检修，打开凝汽器室发现，凝汽器管板及凝汽器内壁无垢质附着，管板及内壁光滑，洁净如新。

4 结论

（1）通过极限碳酸盐阻垢性能评价试验确定了可生物降解的缓蚀阻垢剂SW203A在海水体系中可以起到良好的结垢控制作用，能够满足电厂海水循环冷却系统的需求。

（2）通过静态试验发现，缓蚀阻垢剂FW240和SW203A具有良好的兼容性。

（3）在海水注入淡水循环水过程中，海水中投加12 mg/L的缓蚀阻垢剂FW240，可以起到控制结垢的作用。

（4）切换过程中浓缩倍数依据补水量和排污量进行估算并控制，控制碱度< 300 mg/L，当分别以碱度、Cl-、Ca2+计算的浓缩倍数接近（最大值与最小值之差小于0.1）时，进行缓蚀阻垢剂更换。

（5）循环冷却系统淡/海水在线切换技术方案经电厂实际应用，机组温差、端差未出现明显变化，机组凝汽器管壁光洁如新，无垢质出现。

参考文献

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我国海水冷却技术的应用现状及发展应对策略

[J]. 应用化工, 2017, 46 (12): 2431- 2434.

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极限碳酸盐硬度法评定阻垢剂的阻垢性能

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GB/T 33584.3-2017海水冷却水质要求及分析检测方法第3部分:氯化物的测定[S].

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