CN104950081A - 一种列管换热器的清洁率在线测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列管换热器的清洁率在线测试方法及装置，该方法为将试剂注入到换热管中，试剂在换热管中浸泡预定时间后，将换热管中的反应后试剂抽出，在反应后试剂抽出的过程中实现对反应后试剂中钙、镁离子的检测。装置包括定位装置和试剂罐，定位装置上设置有清垢注嘴，试剂罐通过注液泵连接内有腐蚀样片的腐蚀箱，腐蚀箱连接注液阀，注液阀连接清垢注嘴；该装置还包括储液罐，储液罐连接钙、镁离子测试仪，钙、镁离子测试仪连接PH测试仪，PH测试仪Ⅰ连接过滤器，过滤器通过回液阀连接腐蚀箱；试剂罐装有一个PH测试仪Ⅱ。本发明为电厂确定最优清洗周期与清洗模式，以最小的成本完成最佳的清洗效果提供了可靠保障。

Description

一种列管换热器的清洁率在线测试方法及装置

技术领域

本发明属于工业用换热器化学清洗领域，具体涉及一种列管换热器的清洁率在线测试方法及装置。

背景技术

列管式水冷却器是广泛应用于动力、化工、石油、和原子能等工业部门主要辅助设备之一，担负着各种动力、电气、机械和化学反应设备重要的冷却任务，其工作性能的好坏对企业的安全、经济运行有着重要的影响。在传热过程中，列管式水冷却器中换热管水侧内壁由于受加热和水质的影响易形成水垢和污渍，对换热器的性能产生不良的影响，如何及时清除水垢和污渍,确定最佳清洗周期,一直是一个亟待解决的重要问题。

以电厂为例：凝汽器就是一种列管式水冷却器：由数千根换热管组成，管外走蒸汽，管内走冷却水，因有热交换的存在，冷却水中的盐份在连续加热过程中不断析出，形成大量的水垢并附着在管壁上，导致凝汽器内真空下降，发电煤耗率上升，发电成本增加，因此降低汽轮发电机组的效率。当凝汽器结垢0.5mm左右,可使真空度由90％以上降到85％以下,使发电煤耗升高15～20g/kW·h，对于一台年运转7000h、负荷率为90％的300MW机组来说，每年将多耗标准煤约28～38万t,如果水垢厚度达1mm，则不仅多耗煤量将超过每年5万多吨,而且将影响10％的出力。凝汽器内真空下降，还会使汽轮机的排汽温度升高，导致低压缸的变形，不仅影响电厂运行的经济性，还直接影响汽轮发电机组的运行安全。

如何确定电厂凝汽器的清洁率是电厂运行的重要课题,针对这一问题,电厂一般都是通过凝汽器端差来判断,也有人提出了各种清洁率计算方法,都是通过对运行参数计算传热系数间接得到的,但影响传热系数的因素很多,以电厂凝汽器为例,机组负荷、循环水水温、汽侧漏空气量和汽侧热阻等都会对计算结果产生影响，其可准确性只有在特定条件下才能成立；此外，以上方法都只能判断换热器整体上的传热系数，对局部的清洁率就无法计算；本发明就是针对这些问题而提出的，以极少量有针对性的、特定的化学清洗剂，可对凝汽器任意各区域中换热管进行抽样化验，能精确测定换热器清洁率分布规律，为水垢和污渍实现有针对性在线化学的精确清洗提供了可靠的技术支持，是一种全新的直接清洁率在线测试方法。

下面，以电厂凝汽器为例,将本发明对电厂常用的在线清洗的方法的指导意义进行一个分析:

1)凝汽器胶球清洗方法(此法为电厂标准配置):在凝汽器水则投入大量胶球,胶球随循环水流动，通过凝汽器换热管，对换热管进行清洗，它虽然能起到一定除垢的作用，由于无法确定管内的清洁率情况，只能根据经验进行定期投放，有一定的盲目性，容易生成过度清洗，造成浪费；对此问题有大量论文进行了探讨。

2)凝汽器在线化学清洗方法：专利《一种工业列管式水冷却器在线精确化学清垢装置及其方法》的提出，使电厂凝汽器实现在线清洗成为可能，本发明的方法可准确测定出凝汽器换热管清洁率的分布情况，为这一专利的有效实施(以最小的清洗成本达到最大的清洗效果)提供了可靠的技术支持。

发明内容

根据现有技术存在的不足：本发明提出了一种清洗剂用量少、除垢效果好、可实现零排放的工业列管式水冷却器在线精确化学清垢方法和装置，为电厂确定最优清洗周期与清洗模式提供了可靠保障,以最小的成本完成最佳的清洗效果。

本发明技术方案按照下述方法实现：

一种列管换热器的清洁率在线测试方法，该方法包括如下步骤：

将试剂注入到换热管中，试剂在换热管中浸泡预定时间后，将所述换热管中的反应后试剂抽出，在所述反应后试剂抽出的过程中实现对反应后试剂中钙、镁离子的检测。

在钙、镁离子的检测之前，先对所述反应后试剂进行PH值检测。

在对反应后试剂进行PH值检测之前，先对所述反应后试剂进行泥沙过滤。

在所述试剂注入和反应后试剂抽出的交界处有用于间接反映换热管内腐蚀情况的样片。

一种列管换热器的清洁率在线测试方法的装置，包括定位装置和试剂罐，所述定位装置上设置有清垢注嘴，所述试剂罐通过注液泵连接内有腐蚀管的腐蚀箱，所述腐蚀箱连接注液阀，所述注液阀连接清垢注嘴；该装置还包括储液罐，所述储液罐连接钙、镁离子测试仪，所述钙、镁离子测试仪连接PH测试仪，所述PH测试仪Ⅰ连接过滤器，所述过滤器通过回液阀连接腐蚀箱；所述试剂罐装有一个PH测试仪Ⅱ。

该装置还包括回液泵，所述回液泵与所述回液阀以并联的方式连接。

所述试剂罐和储液罐上各装有一个液位器。

所述试剂罐和储液罐的底部各装有一个排污阀。

所述钙、镁离子测试仪和PH测试仪Ⅰ上各安装有一个手动取样阀。

所述试剂罐设置有搅拌器。

本发明有益效果是：

1、采用专用试剂提高了清洁率的测定精确，排除了热负荷变化、蒸汽侧传热系数变化、冷却水流量变化对清洁率计算产生的影响；

2、实现了对大型列管换热器(如电厂凝汽器3m×6m)分区域的清洁率测定，可确定水垢的真实分布情况，这是其它清洁率计算方法无法做到的，提高了清洗率测定的准确性；

3、实现了对换热管的泥沙的过滤提取；

4、实现了钙、镁离子浓度在线测试；

5、实现了针对凝汽器特定区域污染物成份在线分析；

6、可发现污染的发展规律；

7、为电厂确定最优清洗周期与清洗模式提供了可靠保障,以最小的成本完成最佳的清洗效果。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

1—定位装置，2—清垢注嘴，3—试剂罐，4—注液泵，5—储液罐，6—过滤器，7—回液阀，8—钙、镁离子测试仪，9—PH测试仪Ⅰ，10—回液泵，11—液位器，12—排污阀，13—搅拌器，14—注液阀，15—腐蚀箱，16—PH测试仪Ⅱ，17—手动取样阀，18—凝汽器，19—换热管。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本发明技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种列管换热器的清洁率在线测试方法的装置，该装置包括试剂罐3，试剂罐3上安装有用于搅拌试剂的搅拌器13和用于观测内部水位的液位器11，还安装有用于检测试剂酸碱度的PH测试仪Ⅱ16，试剂罐3的下部连接注液泵4，注液泵4连接内有腐蚀管的腐蚀箱15，腐蚀箱15连接注液阀14，注液泵4将试剂罐3中的试剂通过凝汽器18中的定位装置1上的清垢注嘴2注入到换热管19中，试剂将换热管19中的冷却水驱除，当试剂注满换热管19后，清垢注嘴2将换热管19端口封闭，避免冷却水进入和试剂的外漏，根据换热管19中污垢的程度，对试剂在换热管19中设定不同的浸泡时间，污垢严重，可以浸泡时间长一些；达到设定的清洗浸泡时间后，开启回液阀7，依靠凝汽器18内部的压力，可将换热管19中浸泡后的反应后的试剂经过注液阀14和腐蚀箱15后，通过回液阀7进入到过滤器6中进行过滤，将其中的泥沙等大颗料过滤掉后，然后通过PH测试仪Ⅰ9和钙、镁离子测试仪8后进入到储液罐5中，PH测试仪Ⅰ9对反应后的试剂进行PH值的测定，钙、镁离子测试仪8对反应后的试剂进行钙、镁离子的测试，从钙、镁离子测定量的多少能够得出水垢的厚度以及清洁率，从而确定试剂在换热管19中的浸泡时间。

通过此方法能够进行多个或多组的换热管进行清洗。

如果凝汽器18中的压力不足，此时，关闭回液阀7，打开回液泵10，通过回液泵10将反应后的试剂抽出。试剂罐3和储液罐5底部安装有排污阀12，能够定期的对试剂罐3和储液罐5排污和清洗。在钙、镁离子测试仪8和PH测试仪Ⅰ9上各安装有一个手动取样阀17，用于现场取样，将取样后的反应后的试剂带到化验室进行进一步的检测。通过观测腐蚀箱15中的腐蚀管(此腐蚀管与换热管为同一材料)的污垢情况，进而进一步验证和制定试剂在换热管19中的浸泡时间。为电厂确定最优清洗周期与清洗模式提供了可靠保障,以最小的成本完成最佳的清洗效果。

下面一张表格为现场列管换热器的清洁率抽样计算表，换热管长度为11m，内径为23.5mm，从钙、镁离子测试仪中测到钙离子摩尔数为0.1mol/L，镁离子摩尔数为0.05mol/L，从而算出碳酸钙重量为50g，氢氧化镁重量为10.5g，水垢在换热管中的厚度为0.0916mm，清洁率为78.87％，[清洁率：表明换热管的污染和结垢程度，以及对列管换热器传热系数影响。以清洁率为78.87％为例，表明无污垢时换热器的传热系数为1kW/(m².℃)]，下降到了有污垢时的0.7887kW/(m².℃)]，因此，一个试管需要试剂的容积为5L，总浸泡时间为3min，试剂完全注入时间为1min，试剂完全抽出时间为1min，试剂在换热管中停留浸泡时间为1min。

名称	符号	单位	计算公式	数值1
					钙离子摩尔数	Pca	mol/L	测定	0.1
镁离子摩尔数	Pmg	mol/L	测定	0.05
					试剂容积	Vs	L	换热管内容积计算	5
					碳酸钙分子量	Wca		已知	100
碳酸钙重量	Gca	g	Pca*Wca*Vs	50
					碳酸钙密度	ρca	kg/m3	已知	2600
碳酸钙容积	Vca	m3	Gca/ρca	1.92E-05
氢氧化镁分子量	Wmg		已知	42
					氢氧化镁重量	Gmg	g	Pmg*Wmg*Vs	10.5
氢氧化镁密度	ρmg	kg/m3	已知	2360
					氢氧化镁容积	Vmg	m3	Gmg/ρmg	4.44E-06
					垢容积	Vg		Vca+Vmg	2.36E-05
换热管内径	d	mm	给定	23.5
					换热管长度	L	m	给定	11
水垢在换热管中的厚度	δ	mm	Vg/d/l	0.0916
					水垢导热系数	λ	w/(m.C)		1.163
水垢热阻	Rg	m2.C/W	δ/λ	7.87E-05
凝汽器理想传热系数	Knt	w/(m2.C)	已知	3400
					凝汽器理想热阻	Rnt	m2.C/W	1/Knt	0.000294118
考虑水垢后的总热阻	Rn	m2.C/W	Rnt+Rg	0.000372884
					有水垢后的总传热系数	Kn	W/(m2.C)	1/Rn	2681.80
					清洁率	F	％	Kn/Knt*100	78.87

本发明以极少量有针对性的、特定的化学试剂，对凝汽器任意各区域中换热管进行抽样化验，能精确测定换热器清洁率分布规律，为水垢和污渍实现有针对性在线化学的精确清洗提供了可靠的技术支持，是一种全新的直接清洁率在线测试方法。

Claims (10)

1.一种列管换热器的清洁率在线测试方法，该方法包括如下步骤：

将试剂注入到换热管中，试剂在换热管中浸泡预定时间后，将所述换热管中的反应后试剂抽出，其特征在于：在所述反应后试剂抽出的过程中实现对反应后试剂中钙、镁离子的检测。

2.根据权利要求1所述一种列管换热器的清洁率在线测试方法，其特征在于：在钙、镁离子的检测之前，先对所述反应后试剂进行PH值检测。

3.根据权利要求2所述一种列管换热器的清洁率在线测试方法，其特征在于：在对反应后试剂进行PH值检测之前，先对所述反应后试剂进行泥沙过滤。

4.根据权利要求1所述一种列管换热器的清洁率在线测试方法，其特征在于：在所述试剂注入和反应后试剂抽出的交界处有用于间接反映换热管内腐蚀情况的样片。

5.一种用于实现权利要求1所述列管换热器的清洁率在线测试方法的装置，包括定位装置（1）和试剂罐（3），所述定位装置（1）上设置有清垢注嘴（2），其特征在于：所述试剂罐（3）通过注液泵（4）连接内有腐蚀管的腐蚀箱（15），所述腐蚀箱（15）连接注液阀（14），所述注液阀（14）连接清垢注嘴（2）；该装置还包括储液罐（5），所述储液罐（5）连接钙、镁离子测试仪（8），所述钙、镁离子测试仪（8）连接PH测试仪（9），所述PH测试仪Ⅰ（9）连接过滤器（6），所述过滤器（6）通过回液阀（7）连接腐蚀箱（15）；所述试剂罐（3）装有一个PH测试仪Ⅱ（16）。

6.根据权利要求5所述一种装置，其特征在于：该装置还包括回液泵（10），所述回液泵（10）与所述回液阀（7）以并联的方式连接。

7.根据权利要求5或6所述一种装置，其特征在于：所述试剂罐（3）和储液罐（5）上各装有一个液位器（11）。

8.根据权利要求5或6所述一种装置，其特征在于：所述试剂罐（3）和储液罐（5）的底部各装有一个排污阀（12）。

9.根据权利要求5或6所述一种装置，其特征在于：所述钙、镁离子测试仪（8）和PH测试仪Ⅰ（9）上各安装有一个手动取样阀（17）。

10.根据权利要求5所述一种装置，其特征在于：所述试剂罐（3）设置有搅拌器（13）。