一 前言

工业循环水是石油化工生产的命脉。冷却水腐蚀和结垢是冷换设备损坏和效率降低的主要危害。为实现冷却水系统科学有效的管理，确保循环水低腐蚀率、低污垢沉积率运行，有必要建立一套相应的腐蚀和结垢状况实时在线监测系统以随时掌握运行状况，进而指导生产。有关水质腐蚀速度测量技术，中科院金属腐蚀与防护研究所采用电化学弱极化技术研制的CMB瞬时腐蚀速度测量仪。污垢热阻测量技术在80年代，南京化工大学和兰州石油化工机械研究所采用化工传热原理成功研制了污垢热阻的监测仪器，并均在石化领域应用。
这些并不能满足实际需要，其原因主要有：第一，目前工业应用的水质稳定剂多为缓蚀阻垢剂，对两项指标进行综合测评，统一分析以正确指导药剂添加是很有帮助的。第二：现有污垢热阻测量仪不能进行远程微机监控，需要测试人员经常带着沉重的仪器到现场操作，很不方便。第三：缺乏对较大流速下介质的瞬时腐蚀速率测量的实验研究。为解决石化企业循环水系统腐蚀结垢在线监测一系列问题，中科院腐蚀所与天津石化机械研究所合作开发一种集腐蚀与结垢监测于一体?quot;循环冷却水腐蚀、结垢在线监测系统"。经过一年的现场应用和调试，系统已稳定工作，并得到了与实际相一致的结果。

二 腐蚀热阻监测系统的测量原理

1．腐蚀测量原理：

本系统的腐蚀测量原理采用弱极化测量方法，这是一种快速灵敏的、可以连续测量瞬时腐蚀速度的电化学方法，并且这种测量技术不受腐蚀体系线性度限制，也无须已知塔菲尔常数（1）。通过监测冷却水的腐蚀性来判断投药的效果，也可以调整加药周期。


2．污垢热阻测量原理：


冷换设备运转到有一定沉积物时，冷热流体进出口温差将发生变化，相应的管内表面传热系数将由初绐值K0变为kt，传热系数计算公式为：
K0= 2G*Cp(t2-t1)/A［(T1-t2) +(T2-t1)］
式中：G -- 通过测试管线的水流量；Cp -- 水在运行条件下的定压比热；
t1、、t2 -- 冷流体的进出口温度；A -- 试管有效传热面积；
T1、T2--热流体的进出口温度。
保持流量不变的状态下，可以通过监测温度的方法来获得传热系数，并由K值计算污垢热阻：
Rt=1/Kt-1/K0
从而反映设备的结垢状况，判断加药阻垢效果及换热器是否应该清洗。
如图1所示，温度测量原理：对温度模块施加24V电压，测其电流响应在R0上的压降，经运算放大电路和电子开关的选择进入A/D转换器，从而获得温度值。

三 系统的原理框图

系统以80C31微处理器为核心，采用ICL7109高精度、低噪声、低漂移的双积分式12位A/D转换芯片，及高性能电子开关、通讯、存储等芯片，构成数据采集系统。电源为220V、50HZ市电，可以直接使用现场电源。本系统采用的腐蚀探头是同种材质的探针型三电极探头，可以根据实际情况采用其他如：不锈钢、铜等材质制作。温度探头采用4-20mA DC二线输出的一体化温度变送器，测量精度高稳定性好。
该系统可同时监测多个换热器的腐蚀结垢状况，由监控室计算机设定要监测几个换热器，由现场测量仪内电子开关定时自动切换，轮流测量。

四 系统构成与安装

1． 系统构成


由图3所示，本系统由PC主机、RS-485转换模块、监测仪、探头以及数据处理软件五部分组成。监测仪由PC机控制，定期采集数据，再实时传到PC机。由于本系统采用了RS232-RS485转换模块，使数据可传递1200米。另外此模块可以驱动255台监测仪，因此本系统很容易拓展成为分布式监测网，提高其应用范围。


2．系统的安装


本系统于2000年4月底安装在天津石油化工公司化工厂的生产现场，同时监测两台水冷换热器的腐蚀与结垢情况。具体的实施情况是：分别在甲乙两台换热器的循环水进出口处各安装腐蚀探头一只，在冷流和热流的进出口分别安装温度探头，腐蚀热阻监测仪安装在现场（隔爆），计算机和RS-485放在监控室，通过电缆线与现场的监测仪连接。

五 监测结果与分析

1．腐蚀速度监测的实验室研究


为对现场循环水腐蚀监测提供依据，专门建立了一套实验室模拟实验装置，研究循环水在2米/秒以上流速下的腐蚀率变化规律。

六 结论

经过长时间的现场运行，可以看出，本系统可以实现在一定流速下的瞬时腐蚀速度的测量，并能较好的反映循环水的腐蚀率变化，污垢热阻的监测也与现场实际情况相符。总之，本监测系统的开发与应用填补了此领域的空白，有很大的应用、推广价值。