特高压换流站直流系统阀冷系统外冷水缓蚀药剂性能对比研究方法

摘 要：阀冷系统是特高压直流换流站不可或缺的一部分，为整个换流站核心部件换流阀冷却。阀冷外冷长期运行于高温高湿环境，容易在设备表面形成水垢，影响整个冷却设备运行效率，外冷水缓蚀阻垢剂既是用来有效减缓冷却设备表面的结垢速率，最大程度发挥设备冷却效率。目前市场上缓蚀剂种类繁多，药剂品质参差不齐，如何甄别选型适合现场工况的药剂是运行方需解决和考虑的一个问题。

关键词：缓蚀阻垢剂；阀冷系统；外冷水；结垢

中图分类号：TM721 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0048-02

引 言

南方电网超高压公司某局特高压直流换流站内阀冷设备采用地表水经处理后作为外冷水水源，由于水质钙、镁离子含量较高，水质的硬度大，长期运行后，设备表面结垢比较明显，运行单位根据现场设备运行工况，选择目前市场上两种药剂进行对比试验，检测药剂效果，同时验证试验方法的可行性。

1 试验方法

（1）阻垢实验——恒温水浴法，根据《水处理剂复合阻垢缓蚀剂技术要求》（Q/SH0374-2010）中阻碳酸钙垢率的测定方法：以含有一定量碳酸氢根和钙离子的试验用水和复合阻垢缓蚀剂制备成试液。在加热条件下，促使碳酸氢钠加速分解为碳酸钙沉淀。达到稳定后测定试液中的钙离子浓度。钙离子浓度越大，则钙复合阻垢缓蚀剂的阻垢性能越好。首先按要求把水和药剂配制好置于1000mL烧杯中，放入温度已升至50℃的恒温水浴中，当温度升到80±1℃的，开始计时，敞开恒温浓缩2倍。当烧杯中剩余的试样溶液为505～510g时，把烧杯取出，放入凉水中冷却至室温。冷却后用双层定量滤纸干过滤，取滤液50mL按GB/T16632规定方法测定钙含量，并测定滤液的pH值。同时做空白实验。

（2）缓蚀性能测试——旋转挂片法，根据《水处理药剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》（GB/T18175-2000）：根据现场水质，温度45℃，运行72h左右，用试片的质量损失计算出腐蚀率和缓蚀率来评定水处理剂的缓蚀性能。

3 试验水质依据

根据现场带回水样分析数据，水质见表1。

4 水质判断

通过水质分析可以对冷却水系统的腐蚀和结垢倾向进行判断，常用的判断指数有朗格利尔指数（L.S.I）、雷兹纳指数（R.S.I）、帕科拉兹指数（P.S.I）等，由于帕科拉兹指数对水质的判断较准确，因此得到广泛应用。下面我们将用帕科拉兹指数（P.S.I）对循水场循环水项目配套循环水补充水的腐蚀、结垢倾向加以判断。

帕科拉兹指数的定义如下：

<6 结垢

P.S.I=2pHs-pHeq=6 不腐蚀不结垢

>6 腐蚀

式中：pHs-冷却水的饱和pH，pHs=（9.30+A+B）-（C+D）

A：总溶固系数；B：温度系数；C：钙硬度系数；D：总碱度系数。

pHeq-冷却水的平衡pH，pHeq=1.465logM+4.54，M：冷却水的总碱度。

由上式计算的P.S.I值偏离6越远说明冷却水结垢（小于6）越严重或腐蚀（大于6）越严重。

根据提供的水质分析数据计算P.S.I值为8.331，腐蚀性较强。

5 阻垢实验结果

（1）水质，按照Q/SH0374-2010附录B中配制水进行，钙硬约300mg/L，碱度约600mg/L，浓缩2倍。

（2）实验温度：80±1℃。

（3）实验时间：约10h。

（4）药剂加入量：缓蚀阻垢剂A和缓蚀阻垢剂B均为70mg/L。

（5）实验数据。

以百分率表示的阻碳酸钙垢率以η计，数值以%表示。按式（1）计算：

=×100（1）

式中：

V2——加入试样的试液试验后测定钙离子的浓度，mg/L；

V1——实验前实验水中钙离子的浓度，mg/L；

V0——未加试样的空白试液钙离子的浓度，mg/L；

K——浓缩倍数。

6 缓蚀实验结果

（1）水质，根据现场取样补水水质，进行配制接近该水质；

（2）实验温度：45℃；

（3）实验时间：72h；

（4）药剂加入量：缓蚀阻垢剂A和缓蚀阻垢剂B均为70mg/L；

（5）材质：碳钢、铜；

（6）实验数据（如表3）；

（7）腐蚀速率（如表4）。

试验步骤：

（1）将试片用滤纸把防锈油脂擦拭干净，然后分别在丙酮和无水乙醇中用脱脂棉擦洗（每10片试片用不少于50ml上述试剂），置于干净滤纸上，用滤纸吸干，置于干澡器中4h以上，称量（精确到0.0002g），保存于干燥器中，待用。

（2）按试验要求，配制好水处理剂储备溶液。储备溶液浓度一般为运转浓度的100倍左右。储备溶液应在当天或前一天配制。

（3）按试验要求，准备好试验用水。试验用水为配制水。

（4）在试杯中加入水处理剂储备溶液精确到0.02ml，在2000ml试杯中加试验用水到一定体积，混匀，即为试液。在试杯外壁与液面同一水平处划上刻线。将试杯置于恒温水浴中，向各试杯中连续通入空气。

（5）待试液达到指定温度时，挂入试验用试片，启动电动机，使试片按一定旋转速度转动，并开始计时。

（6）试杯加盖，不补水、不排污。

（7）当运转时间达到指定值时，停止试片转动，取出试片并进行外观观察并记录。

（8）将试片用毛刷刷洗干净，然后在酸洗溶液中浸泡3～5min，取出，迅速用自来水冲洗后，立即浸入氢氧化钠溶液中约30s，取出，用蒸馏水冲洗，用滤纸擦拭并吸于，在无水乙醇中浸泡约3min，于干净滤纸上，用滤纸吸干，置于干燥器中4h以上，称量（精确到0.0002g）。同时做试片的酸洗空白试验。

（9）做未加水处理剂的空白试验。

（10）对酸洗后的试片进行外观观察并记录。

计算公式：

以mm/a表示腐蚀率以X1计，数值以%表示，按式（2）计算：

X1=×100（2）

式中：

Δm——试片实验前后质量损失，g；

s——试片表面积，cm2；

ρ——试片的密度，g/cm3；

t——试验时间，h；

8760——与1年相当的小时数，h/a；

10——与1cm相当的毫米数，mm/cm。

7 试验药剂理化指标

产品1、缓蚀阻垢剂A；

产品2、缓蚀阻垢剂B。

8 试验结论

（1）根据《水处理剂复合阻垢缓蚀剂技术要求》（Q/SH0374-2010）中对药剂性能要求，阻碳酸钙率（配制水）要求大于等于60%，以上两种药剂阻垢率为25.05%和24.1%，均不符合该标准的要求，缓蚀阻垢剂A的阻垢率略强于缓蚀阻垢剂B。

（2）根据GB50050-2007工业循环水设计规范的要求，碳钢腐蚀率须≤0.075mm/a；不锈钢和铜的腐蚀率须≤0.005mm/a。通过GB/T18175-2000《水处理药剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》进行实验，上述两种药剂碳钢缓蚀率在0.7～0.8之間，远高于国标要求，甚至高于空白水样，造成系统腐蚀率增强，缓蚀阻垢剂A的阻缓蚀率略强于缓蚀阻垢剂B。

（3）两种药剂理化指标远远低于电力行业标准。

参考文献

[1]《水处理剂复合阻垢缓蚀剂技术要求》（Q/SH0374-2010）.

[2]《水处理剂阻垢性能的测定 碳酸钙沉积法》（GB/T16632-2008）.

[3]《水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》（GB18175-2000-T）.

收稿日期：2018-10-8

作者简介：毛仕涛（1992-），男，助理工程师，本科，主要从事电力运检工作。