动态模拟在循环水配方筛选及日常管理中的应用

四川化工第15卷2012年第3期动态模拟在循环水配方筛选及日常管理中的应用张忠全(四川大学化学工程学院,成都,610065)摘要动态模拟作为一种先进的化工流程模拟技术,极具科学性和可靠性。本文就循环水动态模拟装置在循环水配方筛选及日常管理中的应用作了认真研究和系统总结关键词:动态模拟循环水配方筛选日常管理1概述实际情况基本相同,主要由冷却塔、集水池、水泵、热交换器以及计算机监测评价系统等几大部分组成动态特征是化工过程系统最基本的特征之循环水动态模拟试验装置的工作原理是:采用由于在化工生产过程中,存在着相当多的动态过程,电加热(或高温蒸汽加热)产生的饱和蒸汽作为热这些过程的工艺参数都是随时间变化的函数,所以,源,模拟工艺生产中的热物料,用便于拆装和称量的对这些过程的科学分析都需要进行动态模拟。化工传热试管(试管尺寸一般有Φl0mm×1mm、19mm过程系统优化分析与合成理论的不断发展,持续推×2mm、25mm×1mm等几种规格)模拟生产装置动着化工流程的模拟研究,尤其是促进了化工动态换热器列管。传热试管置于蒸汽发生器内,使管子模拟的深入研究与广泛应用。早在20世纪70年代外围充满饱和蒸汽。冷却水由循环水泵提供,调节末至80年代,化工过程动态模拟技术就已在美国、冷却水流量(流速一般0.8~1.0米/秒),使冷却水日本、西欧等国家和地区进入了广泛的应用阶段。通过传热试管(管程)时吸收热量温度升高,随后被随着经济社会的不断发展和落实“科学发展送入冷却塔进行冷却(冷却塔进出水温度差一般8观”构建和谐社会的迫切要求,资源紧缺、环境恶化~12℃),最后回到集水池中,再由循环水泵进行循等矛盾日益突出,节水减排、节能降耗已成为当今世环运行。循环水经冷却塔强制抽风冷却时不断蒸界各国面临的一个十分严峻的课题,我国在“十一发,达到所需的浓缩倍数后,调节排污阀以一定的流五”规划中就专门制定了节水减排的目标计划和工量连续排污,集水池自动补水维持水位恒定。根据作措施。循环冷却水作为工业企业的耗水大户,约试验要求,输入设定的蒸汽、冷凝管循环水进出口占我国工业取水量的70%左右,因此,节水的最大水温度等参数,控制计算机会根据在线电导率监测潜力是节约工业冷却用水,而采用循环水是节约水仪,实现模拟装置的自动补水、加药和浓缩倍数的自资源的重要途径。动控制;根据在线pH计,实现酸碱度自动控制。控利用循环水动态模拟装置对循环水系统进行水制计算机还能通过设定、自动调节和控制好温度参质稳定优化和科学管理,无疑会提髙循环水系统管数,计算出瞬时污垢热阻;同时,计算机还可以对系理水平,降低新鲜水消耗,推进企业可持续发展统的计算参数控制参数及所测点的温度进行修正2循环水动态模拟装置的工作原理和报表打印。这样,通过在动态的、有传热面的,并模拟生产装置冷却器的材质、壁温和水流动状态的循环水动态模拟装置,实际上就是按照工业循试验装置上进行试验,评定水质稳定方案和工艺条环水生产的实际运行原理,根据动态模拟的理论而件设计开发的一种小型生产模型。该模型与生产装置动态模拟试验装置工艺原理如图1所示。第3期动态模拟在循环水配方筛选及日常管理中的应用332doI1213151.补水桶;2.轴流风机;3.冷却塔;4.集水池;5.循环水泵;6.浮球;7.冷却水流量计;8排污流量计;9.蒸汽生器;10.球型冷凝管;11.温度计;12.传热管内接;13.传热管;14.传热管外接;15.电炉丝图1动态模拟试验装置工艺原理图试验装置中换热管可选择不同管径和不同材质现行国标规定敞开式循环水系统的污垢热阻值般可选碳钢、不锈钢、铜等材质)的试管,试验结为1.71×10-4~3.44×10-m2·C/W。束后,可拆解查看管程的结垢和腐蚀情况,简单直对于腐蚀测定,可以根据试管失重换算成腐蚀观,真实可靠。同时,模拟装置中安装的腐蚀监测速率。管,不仅可以目测监测管材的腐蚀情况,而且可以定即量计算循环水对材料的腐蚀速率,由此动态模拟和H=二×365×24综合评价管程对流换热强化技术的换热效果、流动阻力污垢特性等。该装置以强化换热管和普通列式中:H—腐蚀速率(毫米/年);管的换热过程的基本影响因素相同为基础,采用除W1、W2—试管腐蚀前、后的重量(kg);实验目标参数外其余参数(管径、长度、工质、Re数)p试管材料的密度(kg/m3);全部相同的强化管和列管平行置于同一温度的蒸汽d—试管内径(m);环境中,以进行强化换热和列管换热的类比分析。1——试验管长度(m);动态模拟装置中,冷却水在流量进出口水温、S—试验时间(h)蒸汽温度等保持稳定的情况下,则污垢系数可由下现行国标要求碳钢材质腐蚀率不超过0.125毫式计算:米/年(中石化标准为不超过0.075毫米/年)、铜和不锈钢材质腐蚀率不超过0.005毫米/年。循环水的污垢系数和腐蚀率是两个非常重要的式中:y循环水污垢系数(m2·c/W);设计选型参数。由于动态模拟的可靠性科学性,在Q循环水流量(kg/S)系统设计和投运前进行模拟试验,可以为工程和项Cp——水的比热(J/kg·℃)t进—冷却水瞬时进口温度(℃);目的经济、合理设计提供依据,取得的实验数据也可以直接用于工业生产。t出—冷却水瞬时出口温度(℃)t’进—清洁管时冷却水进口温度(℃);3动态模拟装置在循环水水处理配方t’出—清洁管时冷却水出口温度(C)研究中的应用T——蒸汽温度(C);为了节约用水,降低成本,在石油、化工、电力、d试管内径(m);冶金等企业大多或正在逐步采用循环冷却水系统。1——试验管有效传热长度(m)。但冷却水长期使用后,由于水温、水质的变化,必然34四川化工第15卷2012年第3期会带来沉积物粘附、金属腐蚀和微生物滋生等一系Ca(HCO3)2=CaCO3++CO2 A+H2O列问题,导致换热器传热效率降低,影响装置的安顺利进行,运行一定时间(一般也是72小时),然后全、稳定和长周期运行,所以必须实施对循环冷却水测定水中钙离子浓度。在相同的试验条件下,添加的水质稳定处理某种药剂后腐蚀率越低,说明该缓蚀剂的缓蚀作用循环冷却水水质稳定处理技术的发展在我国起越强;同理,添加某种药剂后水中的钙离子稳定数值步较晚,但是发展很快。上世纪70年代初,我国引越大,则说明该阻垢剂的阻垢性能越好进大化肥、石油化工、轧钢、大化纤等装置时,才同时快速腐蚀和阻垢试验严格说来可以认为是过程引入了循环冷却水处理技术,它的优越性和带来的模拟,只不过它们是在固定温度下,没有考虑热负荷经济效益很快就被人们公认,并迅速推广到其他行和温度变化的影响,所以,它实际上是一种稳态模业。特别是80年代后期以来循环冷却水水质稳定拟与处理技术,尤其是将成熟、优良的药剂配方方案与根据快速试验的初步结果,选择几种适宜的配自动控制技术相结合的研究,得到了突飞猛进的发方进行动态模拟试验,然后再根据动态试验结果优展,应用范围也越来越广泛。选出1~2种配方,再进行反复的多次试验,考核其对循环水进行水质稳定处理时,主要考虑的是重现性,最终确定水质配方。无论是1991年国家出其配方中包含的药剂种类数量以及各种药剂的投台的HG/T216091《冷却水动态模拟试验方法》,加浓度等等。由于冷却水水源水质地区差异大,而还是后来修订发布的HG/T21602008同名新标且运行过程中产生的问题及其影响是多方面的,它准,都对冷却水动态模拟试验的步骤、方法、要求等们之间相互交错,相互关联,因此,目前尚没有一个进行了详细的规定。因为动态模拟装置基本与生产简单的定量计算方法能够直接算出各种药剂的加入实际相符,所以动态试验结果可以作为是否用于生量,以及预示各种药剂的增效作用。这就必须根据产实践的依据水质冷却幅度(冷却后的水温与当地湿球温度之差4动态模拟装置在循环水日常运行管值)、浓缩倍数、换热设备材质及工艺介质温度、流速等条件应用动态模拟设备进行大量的试验,最终第理中的应用选出适宜的配方。4.1用于日常生产运行的旁路在线监测循环水配方的动态模拟研究一般在试验室完循环水水质处理配方投运后,由于其腐蚀结垢及成,其大致可分为单剂优选、组成基本配方、配方快微生物滋生等情况常常要运行一个检修周期(一般不速优选、动态模拟试验等四个步骤。考虑到动态模少于1年)后才能进行观察和测试,因此许多问题不能拟试验周期较长(一般不少于15天),所以,在作动被及时发现和处理。把生产系统的循环水直接引人动态试验前,首先进行方案的快速腐蚀和阻垢试验,然态模拟装置的换热器(冷却塔和水泵可以不运行),仍后再进行动态模拟试验。快速腐蚀和阻垢试验的目然以饱和蒸气对其加热,控制好水的流速和进出口温的是通过较短时间的试验,初步评价用于试验的所度差,出水返回生产系统,这就变成了一个生产系统的有药剂及其方案的缓蚀、阻垢性能,为后续的动态模旁路监测装置。利用腐蚀在线监测仪,跟踪腐蚀的变拟试验择优选择方案。化,系统自动计算出腐蚀率和污垢沉积速率通过485快速腐蚀试验,也称旋转挂片腐蚀试验。其方总线与计算机实时通讯在计算机WNCC组态画面上法是通过试片在恒温的水里旋转,初步模拟循环水显示试验装置工艺流程图实时曲线图、历史曲线图、系统水的流速和温度,运行若干时间(一般72小报警画面等,完成报表和曲线的打印。通过日常观测时),取下挂片处理后测定其失重量,算出腐蚀率。和定期测试其试管、试片腐蚀速率及试管的污垢沉积同样,快速阻垢试验的方法是通过向有恒定温度的速率评定系统水质的日常控制情况,及时调整药剂投水中鼓入空气,以带走水中的二氧化碳,促使化学反加浓度和种类,提高对水质处理的监管水平,确保循环应水系统的安稳长运行第3期动态模拟在循环水配方筛选及日常管理中的应用42用于水处理药剂质量监控及其性能评定因此常被人们称为动态模拟培训器。由于该装置与目前国内市场上用于循环水水质处理的药剂种生产现场实际生产原理和操作方法基本相同加之类、品牌繁多,性能千差万别质量参差不齐,如不注其本身非常直观明了,所以对操作员工,尤其是新进意慎重加以选择极有可能对循环水系统造成较为员工进行理论知识和实际操作培训常常可以收严重的不良后果。因此选择水处理药剂,包括不同到事半功倍的效果。与此同时,在生产现场不方便批次购买的同种药剂或者同种药剂更换了不同的生开展的反事故演练和实际操作考核,由于动态模拟产厂家等都要先在动态模拟装置上进行动态试验,装置的工艺控制系统能适时检测循环水进出口温确认没有任何问题后再投入生产使用。虽然药剂在度PH值、电导率等参数,并具备故障报警和自动出厂和进厂时都有质量检验,但由于循环水处理药调节功能,所以非常利于开展反事故演习和实作考剂,特别是一些复合水处理药剂有效成分的组成及核,从而提高操作人员的实际动手能力特别是处理其分子结构相当复杂,常规检验根本无法判别其真突发事故的应变能力伪,所以,即使长期使用的药剂,也不管在不在保质期内的,都要定期或不定期的对其进行随机抽样,随参考文献时开展动态模拟试验,保证药剂充分发挥其应有的[1]龙荷云.循环冷却水处理.江苏科学技术出版社,2001.[2]麻德贤,李成岳,张卫东.化工过程分析与合成化学工业出版作用。社,2043用于操作人员的仿真培训[3]GB50050-2007.工业循环冷却水处理设计规范.中国计划出版动态模拟装置还是一套极好的仿真培训设备社,2008The Application of Dynamic Simulation in FormulationSieving daily Management of Circulating WaterZhang Zhongquan(School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, Sichuan, China)Abstract: As an advanced chemical process simulation technique, The Dynamic Simulation is quite scientificand reliable. The application of Dynamic Simulation in formulation sieving & daily management of circulat-ing water was seriously studied and systematic summarized in this article.Key words: dynamic simulation circulating water; formulation sieving; daily management新都化工在湖北宜城建设30万吨氨化缓控释复合肥项目成都市新都化工股份有限公司2012年4月25及周边有丰富的磷矿资源,有利于进一步延伸产业日发布公告,拟在湖北宜城投建30万吨/年氨化缓链,保证原料低成本和稳定供应。此次新都化工将控释复合肥项目,并审议通过了《关于以3000万元出资3000万元设立项目公司,暂定名为宜城市新都设立全资子公司宜城市新都化工复合肥有限公司并化工复合肥有限公司,项目建设期10个月,预计由其投资30万吨/年氨化缓控释复合肥项目的议2013年下半年建成投产。案》。该项目预计总投资1.78亿元,主要是用于建(汪家铭)设30万吨/年氨化缓控释复合肥项目,项目所在地