一种低温多效海水淡化阻垢剂的动态模拟试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种低温多效海水淡化阻垢剂的动态模拟试验装置及方法，包括：海水循环蒸发部分、冷凝部分、热源部分和抽真空部分；海水循环蒸发部分与冷凝部分、热源部分分别连接，冷凝部分与抽真空部分连接；海水循环蒸发部分包括：用于贮存实验海水的原水贮水箱与蒸发器连接，蒸发器与用于使海水在蒸发器内循环流动的海水循环泵连接；本发明有益效果：可以完全模拟低温多效海水淡化工业装置的真实环境及状态，从而使试验结果更具有代表性和指导价值。功能模块化设计，流程清晰，布置灵活，体积小，可以放置于实验室内，蒸发器和冷凝器采用透明有机玻璃材质，试验过程易于观察。

说明书

技术领域

本发明属于低温多效海水淡化领域，尤其涉及一种小型低温多效海水淡化(MED)阻垢 剂的动态模拟试验装置及方法。

背景技术

低温多效海水淡化是目前与反渗透技术并行的主流海淡工艺，发展也非常迅速。海淡运 行过程中海水蒸发浓缩，具有在换热管表面结垢的倾向，所以原料海水要加入阻垢剂，抑制 运行过程中的结垢。阻垢剂性能及加入量的控制好坏直接影响蒸发器内换热表面的结垢速率。

目前国内使用的阻垢剂一般都是国外进口，成本相对较高。如果要使用新的阻垢剂方案， 安全点的做法是在小型装置上进行动态模拟试验，充分验证该阻垢剂在该工艺条件下的适用 性、稳定性、阻垢能力，并通过模拟试验确定最佳加药量。实际的结垢速率会受到水质、温 度、换热管表面特性、喷淋流量、阻垢剂性能、浓度等一系列因素的影响，要使模拟试验结 论确实可信，动态模拟装置必须真实反映工业海淡系统的实际状态。

低温多效海水淡化装置实际运行中，第一效体浓缩的海水，由于处于负压下饱和状态， 在换热管表面会进一步蒸发浓缩，而该过程会直接影响换热管表面的结垢趋势。现有的阻垢 剂动态模拟实验装置不能模拟这种真实状态，导致模拟试验结论不够精确，影响实验效果。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种小型的低温多效海水淡化阻垢剂的动 态模拟试验装置及方法，该装置结构简单，操作方便，可以准确的进行低温多效海水淡化系 统阻垢剂的筛选以及加药量、浓缩倍率、最小喷淋流量等运行参数的确定。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低温多效海水淡化阻垢剂的动态模拟试验装置，包括：海水循环蒸发部分、冷凝部 分、热源部分和抽真空部分；海水循环蒸发部分与冷凝部分、热源部分分别连接，冷凝部分 与抽真空部分连接。

所述海水循环蒸发部分包括：用于贮存实验海水的原水贮水箱与蒸发器连接，蒸发器与 用于使海水在蒸发器内循环流动的海水循环泵连接。

所述冷凝部分包括：冷凝器，以及与冷凝器分别连接的用于输出淡水的淡水输送泵、用 于输入冷却水的冷凝器水阀、用于与抽真空部分连接的冷凝器抽真空阀。

所述热源部分包括：热水箱，以及与热水箱连接的用于使热水在热水箱和蒸发器内循环 流动的热水循环泵。

所述抽真空部分包括：依次连接的抽真空泵循环水箱、抽真空泵和喷射器，所述喷射器 与冷凝器抽真空阀连接。

所述海水循环蒸发部分还包括：

在所述蒸发器上分别设有换热管、用于让海水均匀喷淋在换热管上的布水管以及蒸发器 真空表；布水管设置在换热管的正上方，补水管底端均匀打孔；所述布水管与海水循环泵的 出口连接。

所述海水循环蒸发部分还包括：

海水循环泵的入口和出口处分别设有海水循环泵入口阀和海水循环泵出口阀；所述海水 循环泵的出口还依次经过浓海水排污阀、浓海水排污流量计后进入排污渠道。

所述海水循环蒸发部分还包括：

所述原水贮水箱出口处设有原水贮水箱出液阀，原水贮水箱出液阀经过一路管道依次连 接海水补水流量计和海水补水阀后与蒸发器连接、经过另一路管道与海水放空阀连接后进入 排空渠道。

所述冷凝部分还包括：

在所述冷凝器内设有冷凝管，在所述淡水输送泵的入口和出口处分别设有淡水输送泵入 口阀和淡水输送泵出口阀。

所述热源部分还包括：

在所述的热水箱底部设有温控电加热器，所述热水循环泵出口处设有热水循环泵出口阀， 热水循环泵出口阀与换热管一端连接、换热管另一端经过热水回水阀连接至热水箱。

一种低温多效海水淡化阻垢剂的动态模拟试验装置的方法，包括以下步骤：

(1)分别将试验海水和阻垢剂按预定的浓度加入到原水贮水箱；建立蒸发器—海水循环 泵—蒸发器的海水循环。

(2)对冷凝器和蒸发器内抽真空。

(3)建立热水箱—热水循环泵—蒸发器换热管—热水箱的热水循环。

(4)循环的海水达到饱和温度，且冷凝器内的淡水水位上升到冷凝管下沿时，启动淡水 输送泵将淡水排出。

(5)当蒸发器内的液位降低到设定的试验浓缩倍率时，进行蒸发器补水和浓海水排污。

(6)试验结束后，停运实验装置。

所述步骤(1)的具体过程如下：

试验海水先加入到原水贮水箱，阻垢剂按预定的浓度也加入原水贮水箱，开启原水贮水 箱出液阀和海水补水阀，将原海水注入蒸发器，蒸发器液位控制在换热管下沿。

关闭海水补水阀，启动海水循环泵，开启海水循环泵出口阀，关闭浓海水排污阀，蒸发 器—海水循环泵—蒸发器的海水循环，记录初始蒸发器内液位读数。

所述步骤(3)的具体过程如下：

通过软管向热水箱补水到接近满水位，启动热水循环泵，开启热水循环泵出口阀及热水 回水阀，建立热水箱—热水循环泵—蒸发器换热管—热水箱的热水循环。

循环正常建立后，投入温控加热器，温控加热器的最高温度设定为试验对象第一效蒸发 器实际运行的最高温度的±1℃。

开启冷凝器进水阀，投入冷却水。

所述步骤(6)的具体过程如下：

1)停运温控加热器，水温接近室温后，停运热水循环泵。

2)关闭抽真空阀，停运抽真空泵。

3)关闭冷凝水阀，停运淡水输送泵。

4)关闭原水贮水箱出液阀，关闭浓海水排污阀。

5)停海水循环泵。

6)开启海水放空阀，放空蒸发器内存水。

本发明的有益效果是：

可以完全模拟低温多效海水淡化工业装置的真实环境及状态，从而使试验结果更具有代 表性和指导价值。本发明功能模块化设计，流程清晰，布置灵活，体积小，可以放置于实验 室内，蒸发器和冷凝器采用透明有机玻璃材质，试验过程易于观察。蒸发器内的换热管采用 实际工业装置的换热管作为试验管段，安装与拆卸方便。

温度、压力、喷淋密度、浓缩倍率、阻垢剂浓度等参数均可调整，可用于低温多效海水 淡化系统阻垢剂的筛选、开发，阻垢剂适用温度、加药量、浓缩倍率、最小喷淋流量等运行 参数的确定。

附图说明

图1为本发明低温多效海水淡化阻垢剂的动态模拟试验装置结构示意图；

图2为本发明换热管安装示意图；

其中，1.蒸发器，2.冷凝器，3.换热管，4.布水管，5.海水循环泵，6.海水循环泵入 口阀，7.海水循环泵出口阀，8.蒸发器真空表，9.冷凝管，10.冷凝水阀，11.浓海水排污 阀，12.浓海水排污流量计，13.原水贮水箱，14.原水贮水箱出液阀，15.海水补水阀，16. 海水补水流量计，17.海水放空阀，18.热水箱，19.热水循环泵，20.热水循环泵出口阀， 21.热水回水阀，22.温控电加热器，23.抽真空泵循环水箱，24.抽真空泵，25.抽真空泵 出口阀，26.喷射器，27.凝汽器抽真空阀，28.淡水输送泵入口阀，29.淡水输送泵，30.淡 水输送泵出口阀。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

对于低温多效的海水淡化，最易于结垢的区域在第一效蒸发器，因为第一效的海水含盐 浓度最高，温度最高，只要做到第一效的运行条件下不发生明显结垢就达到了目的。所以， 本模拟装置运行参数也按照第一效的恶劣条件设计。

如图1所示，整个实验装置包括海水循环蒸发器部分、冷凝器部分、热源部分和抽真空 部分。

海水循环蒸发部分包括：用于贮存实验海水的原水贮水箱13与蒸发器1连接，蒸发器1 与用于使海水在蒸发器内循环流动的海水循环泵5连接；在蒸发器1上分别设有换热管3、 布水管4，布水管4的作用是让海水均匀喷淋在换热管上，布水管4正下方中线上均匀打孔， 孔的总截面积为布水管截面积的1/2。和蒸发器真空表8；海水循环泵5的出口与布水管4连 接。

海水循环泵5的入口和出口处分别设有海水循环泵入口阀6和海水循环泵出口阀7；海 水循环泵5的出口还依次经过浓海水排污阀11、浓海水排污流量计12后进入排污渠道。

原水贮水箱13出口处设有原水贮水箱出液阀14，原水贮水箱出液阀14经过一路管道依 次连接海水补水流量计16和海水补水阀15后与蒸发器1连接、经过另一路管道与海水放空 阀17连接后进入排空渠道。

冷凝部分包括：冷凝器2，以及与冷凝器2分别连接的用于输出淡水的淡水输送泵29、 用于输入冷却水的冷凝器水阀10、用于与抽真空部分连接的冷凝器抽真空阀27；在冷凝器2 内设有冷凝管9，在淡水输送泵29的入口和出口处分别设有淡水输送泵入口阀28和淡水输 送泵出口阀30。

热源部分包括：热水箱18，以及与热水箱18连接的用于使热水在热水箱和蒸发器内循 环流动的热水循环泵19；在热水箱18内部设有温控电加热器22，热水循环泵19出口处设有 热水循环泵出口阀20，热水循环泵出口阀20与换热管3一端连接、换热管3另一端经过热 水回水阀21连接至热水箱18。

抽真空部分包括：依次连接的抽真空泵循环水箱23、抽真空泵24和喷射器26，喷射器 26与抽真空泵组合实现抽真空功能，所述喷射器26与冷凝器抽真空阀27连接。

为便于模拟实验中对内部状况的随时观察，蒸发器1和冷凝器2采用透明的有机玻璃材 质，材料耐温应在80℃下不变形，且可以承受完全真空耐压强度，系统密闭性要完好。

海水循环蒸发器部分包括的所有部件的材质应耐海水腐蚀，其余部分选材按接触淡水要 求。

蒸发器1内的换热管3，采用实际工业装置的换热管作为试验管段，安装前在试验管段 的两端用套丝机进行套丝，便于安装及拆卸，其布置及安装如图2所示。

本发明试验装置的具体实验过程如下：

第一步，建立海水循环:

1)试验海水先加入到原水贮水箱13，阻垢剂按预定的浓度也加入原水贮水箱13。

2)开启原水贮水箱出液阀14和海水补水阀15，将原海水注入蒸发器1，液位控制在换 热管3下沿，关闭海水补水阀15。

3)启动海水循环泵5，开启海水循环泵出口阀7，关闭浓海水排污阀11，建立蒸发器1 —海水循环泵5—蒸发器1的海水循环，记录初始状态下蒸发器1内的液位读数，以容积L 标示。

第二步，建立真空：

1)通过软管向抽真空泵循环水箱23注入自来水到溢流口位置。

2)启动抽真空循环泵24，开启泵出口阀25及抽真空阀27，对冷凝器2及蒸发器1抽真 空，到60mm汞柱以下。

第三步，系统升温：

1)通过软管向热水箱18补水到接近满水位。

2)启动热水循环泵29，开启热水循环泵出口阀20及热水回水阀21，建立循环如下：热 水箱18-热水循环泵19-蒸发器换热管3-热水箱18。

3)循环正常建立正常后，投入温控加热器22，设定温度在试验温度±1℃。

动态模拟试验以某个具体海淡装置为模拟对象，试验温度就是指该试验对象第一效蒸发 器实际运行的最高温度。

4)开启冷凝器进水阀10，投入冷却水(接自自来水)。

第四步，稳定运行：

1)随着系统温度的升高，循环的海水达到饱和温度，喷淋的海水在换热管3表面蒸发产 生蒸汽，蒸汽经蒸汽通道进入冷凝器2，冷却成淡水，冷凝器2内淡水水位上升到冷凝管下 沿时，启动淡水输送泵29将淡水排出，调节淡水输送泵出口阀30使冷凝器2内液位稳定。

2)当蒸发器1内的液位降低到拟定的试验浓缩倍率(浓缩倍率＝初始状态下蒸发器1内 液位/当前液位)，缓慢开启海水补水阀15，及浓海水排污阀11。调整海水补水阀15及浓海 水排污阀11开度，使得：蒸发器1内液位稳定，补水流量与排污流量的比等于试验浓缩倍率。

这样就保证了在相当长的试验时间内，循环的海水离子浓度及阻垢剂浓度是基本稳定的。

第五步，试验结束停运步骤：

当试验进行到预定的期限，或换热管3结垢非常严重需要结束试验时，按如下步骤操作：

1)停运温控加热器22，水温接近室温后，停热水循环泵19。

2)关闭抽真空阀27，停抽真空泵24。

3)关闭冷凝器冷却水进水阀10，停淡水输送泵29。

4)关闭原水贮水箱出液阀14，关闭浓海水排污阀11。

5)停海水循环泵5。

6)开启海水放空阀17，放空蒸发器1内存水。

7)取出试验用换热管2进行表面结垢情况观察并进行垢量分析，从而评价该阻垢剂方案 的阻垢性能。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。