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监测换热器的领域

日期:2019-08-24 02:14
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摘要: 一、 概述 随着我国石油、化工、冶金、纺织、电力工业的发展,大型冷却循环水系统的使用越来越广泛,由此引起循环水在系统中的腐蚀、结垢的矛盾越来越突出。为保证大型循环冷却水系统的正常运转和连续生产,必须有效地对循环水系统的结垢、腐蚀等情况进行监测,从而评定出*佳的水处理方案。由于大规模冷却循环水的水质稳定剂配方的好坏直接影响到换热器的换热效率及管道的腐蚀状况、维修周期、能源消耗等诸多方面,因此使用智能监测换热器就具有特别重要的意义。它不仅可以直观地反应出现场的水质实际情况,而且可以对现场水...

一、   概述

随着我国石油、化工、冶金、纺织、电力工业的发展,大型冷却循环水系统的使用越来越广泛,由此引起循环水在系统中的腐蚀、结垢的矛盾越来越突出。为保证大型循环冷却水系统的正常运转和连续生产,必须有效地对循环水系统的结垢、腐蚀等情况进行监测,从而评定出*佳的水处理方案。由于大规模冷却循环水的水质稳定剂配方的好坏直接影响到换热器的换热效率及管道的腐蚀状况、维修周期、能源消耗等诸多方面,因此使用智能监测换热器就具有特别重要的意义。它不仅可以直观地反应出现场的水质实际情况,而且可以对现场水质稳定剂的配方筛选进行指导。

   由我公司研制并生产的JHQ-Z型智能监测换热器,经过几年的厂家使用得到证明,是一种较理想的水质监测设备。它能在大型冷却水系统不停工的情况下,利用冷却水旁路,对其传热面上的腐蚀、结垢、粘附速率、循环水流量、温度、PH、电导率、浓缩倍数、浊度等参数进行在线不间断的有效监测。其测试效果对于冷却水化学处理方案的确认和调整以及药剂效果的评定是可靠而有效的。由于监测换热器装置是模拟生产装置换热器的工况条件设计的,因此它具有较好的相似性。同时它还具有结构简单、规格较小、一家设计试管方便拆卸的特点,被广泛运用于循环冷却水化学处理的现场监测。

智能化监测换热器直接对现场水质的监测可以做到:

1)通过对循环水状况进行评估和预测,*终给出一份精度很高的现场循循环水水的全分析动态报告为实验人员配置符合实际的水质稳定剂提供可靠依据。

2)对循环水现场管理做到有据可依,有据可查。

3)迅速发现现场循环水的异常,为及时处理赢得了时间。

4)通过后续水质管理软件包对水质进行分析和后处理,减轻化验部门的工作强度,提高分析精度;强大的历史数据库可供查询,为今后水质配方的修改提供有力的参考依据。

5)通过对循环水的PH值、电导率、浓缩倍数、污垢热阻等的检测,并传送信号到DCS控制室分析使用的设备。检测系统为ICS小型集散控制系统,采用CRT显示和I/O端子,人机对话的型式。监测换热器系统循环水的电导率、浓缩倍数、污垢热阻、腐蚀率和结垢速率送入DCS中显示

     JHQ-Z型智能监测换热器由于安装使用方便、性能稳定可靠,数据准确,可对循环冷却水化学处理工艺进行准确评价和监测,对冷却水系统腐蚀、结垢等进行综合评估,受到众多客户的好评。

 

二、装置功能

1、通过腐蚀速率测试仪和污垢热阻测试仪自动在线检测循环水腐蚀速率、点腐蚀趋势、污垢热阻、污垢沉降速率。还可以用试片、试管通过人工秤重计算了解循环水腐蚀、污垢信息。

2、通过温度传感器自动在线检测模拟换热器进、出口水温和蒸汽温度并在电控柜内工控机上显示数值。还可以用双金属温度计观察模拟换热器进、出口水温和蒸汽温度。

3、通过流量传感器、电动调节阀来自动控制水流量。还可以用浮子流量计观察装置水流量,控制流经试管水流速度。

4、通过温度传感器、电动调节阀来自动控制蒸汽流量。可保持蒸汽达到一个平稳的压力和平稳的温度。

5、pH值在线监测提供4-20mA电流信号与加酸量连锁控制。

6、电导率在线监测提供4-20mA电流信号与排污量连锁控制,和补充水的电导率计算浓缩倍数。

7、设备具有对循环水中浊度进行在线监测功能。

8、系统有数据自动采集、处理、输出功能。可输出4~20mA信号(信号在电控柜内接线端子上,用户取走)至DCS/FCS系统;可实现计算机远程监控和就地电控柜控制;

9、设备自带工控机能实时在线监测上述参数,可以随时调用监测数据,打印报表、曲线。

10、试验周期可以根据试验要求来定。

 

三、计算方法

试验中,随着试管水侧污垢的沉积,换热效率逐渐降低,反映在模拟换热器进出口水温差减小,若进口水温恒定,流量恒定,蒸汽温度恒定则可用下式计算热阻:

(一)、清洁管热阻的计算

R0 =[(D*L)/(2G*Cp)]*[(2T - t'出- t'入)/(t'出- t'入)]*3600   (公式1)

     式中: R0—清洁管热阻: ㎡.k/w

      t'出、t'入—清洁管时循环水出口、入口温度:℃

      G—循环水流量:Kg/h(千克/小时)

      D—换热管内径:m(米)

L—换热管有效长度:m(米)

Cp—循环水定压比热:4186.8焦/Kg.℃

T-蒸汽温度:℃

例如,换热管内径为0.0075m,换热管有效长度1.177m,循环水定压比热:4186.8焦/Kg.℃,循环水流量1908 Kg/h,t'出为42℃,t'入为32℃,蒸汽温度为100℃,则代入公式1可得:R0=0.000024948㎡.k/w=2.4948×10-4㎡.k/w

(二)瞬时热阻的计算

Rf =[(D*L)/(2G*Cp)]*[(2T - t出- t入)/(t出- t入)]*3600      (公式2)

     式中: Rf —瞬时热阻(总热阻): ㎡.k/w

      t出、t入—瞬时时循环水出口、入口温度:℃

      G—循环水流量:Kg/h(千克/小时)

      D—换热管内径:m(米)

L—换热管有效长度:m(米)

Cp—循环水定压比热:4186.8焦/Kg.℃

T-蒸汽温度:℃

(三)瞬时污垢热阻的计算

R=Rf- R0                                            (公式3)

R—瞬时污垢热阻: ㎡.k/w

(四)污垢沉降速率的计算

污垢沉降速率=(污垢热阻值×污垢热导率×污垢密度)/ 时间  (公式4)

单位:污垢热阻值———㎡.k/w

污垢热导率———w/m.k

污 垢 密度———kg/m3

时      间———d(天数)

污垢沉降速率—— kg/m2.d

注: eq \o\ac(,1)1污垢沉降速率的*终显示值以mg/cm2.d为单位,转换关系式为:1 kg/m2.d=1×102mg/cm2.d。

          eq \o\ac(,2)2污垢热导率、污垢密度可由用户输入,若用户没有输入,则它们的参考值为:

污垢热导率:0.62 w/m.k(以钙、镁的碳酸盐垢计)

污垢密度:1.3×103 kg/m3    (以钙、镁的碳酸盐垢计)

瞬时污垢热阻R、污垢沉降速率,由智能仪表运算并显示出计算结果。

 

 

四、技术条件

●设备使用条件:0℃~50

●空气相对湿度:<85%;

●日操作时数24小时,年操作时数大于8000小时;

●供电电源:220VAC±5%;整机功率:<0.7KW;

●一般工作状态下,循环水流量≤2000L/h

                  蒸汽消耗量:≤35Kg/h

 

五、技术指标

1、满足对循环水系统模拟监测的要求。

2、监测换热器技术指标:   

流体介质

管程(壳侧)

冷却水

壳程(管侧)

饱和蒸汽

蒸汽压力

Mpa

0.3~1.3

热负荷

Kcal

27400

蒸汽消耗量

Kg/h

35

进口水温

32

模拟水流量

m3/h

0-2.5

水流速

m/s

0-1.5

模拟温差

8--12

换热管尺寸

mm

19×2×1250

挂片尺寸

mm

50×25×2

循环水进出口尺寸

mm

DN25,法兰

蒸汽进口尺寸

mm

DN25,法兰

蒸汽出口尺寸

mm

DN20,法兰

水流量

m3/h

1.95±0.05

 

3、监测指标要求

序号

监测指标

   测量精度

1

瞬时污垢热阻

±0.001×10-4.k/w

2

腐蚀速率(平均腐蚀率)

±0.001mm/a

3

污垢沉积速率

±0.001×102mg/cm2.d

4

循环水流量

±0.01 m3/h

5

进口温度

±0.1

6

出口温度

±0.1

7

蒸汽温度

±0.5

8

PH

±0.1

9

循环水电导率

±0.1μS

10

浓缩倍数

±0.1

11

浊度仪

±0.1

4、监测换热管:

         换热面积:0.055m2/根

材质:碳钢 、不锈钢、铜

尺寸:φ19×2×1250mm/根,有效长度:1177mm。

5、挂片:

材质:碳钢 、不锈钢 、铜        

       尺寸:(长×宽×厚、I型)50×25×2mm/片

 

六、主要监测参数:

●  循环水进口温度

●  循环水出口温度

●  蒸汽温度

●  循环水流量

●   PH值

●  循环水电导率

●   瞬时污垢热阻

●  污垢沉降速率

●   腐蚀速率

●   浓缩倍数

●   浊度仪

 

七、工作原理、测试装置及流程

 

(一)、工作原理

          监测换热器安装在冷却循环水旁路上进行测试,用低压饱和蒸汽作介质。根据获取的参数计算并预测冷却介质的整体运行状况。监测换热器本身是可以拆卸的,旁路安装方法又可以把试验系统从运行着的冷却循环水系统中隔离开来,因此试验周期可以根据试验要求来定。

  

 

      (二)、测试装置

       1、结构设计为列管式平行排列,换热腔为列管式正三角形排列,管心距31mm。

       2、换热管管径采用φ19×2mm;材质采用碳钢,也可采用其它材质。监测换热管的外壁采用抛光镀铬处理,以消除壳侧流体腐蚀的影响。

       3、热介质为低压蒸汽。现场蒸汽经过减压后进行稳压,使监测换热器能得到一定压力和温度的平稳蒸汽,从而消除由于现场蒸汽不平稳而造成测试数据无规律的状况。

(三)、流程

       1、进入监测换热器的冷却水,由经过冷却塔冷却后的循环水总管供给;出口的冷却水可返回循环系统,也可作为污水排入下水道。

       2、监测换热器的热流体,采用低压蒸汽,减压后进入监测换热器。

       3、监测换热器的配管,因各厂现场条件不尽相同,不作统一设计,可由各单位因地制宜决定。

  4、监测换热器系统尽可能布置在冷却塔或泵房、加药间附近,以缩短管线,并可使冷却水返回冷却塔塔池。

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