CN107643015A - 一种微通道换热器污垢监测处理系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微通道换热器污垢监测处理系统与方法，包括：换热器运行数据监测模块、监测数据处理模块、污垢识别模块和污垢处理模块；监测装置的测试端伸入各个流体输送管道内部；监测数据处理模块的信号输入端与监测装置的信号输出端相连接，污垢识别模块的信号输入端与监测数据处理模块的信号输出端相连接；污垢处理模块的信号输入端与污垢识别模块的信号输出端相连接，污垢处理模块的信号输出端与污垢处理模块的执行装置的信号输入端相连接，污垢处理模块的执行装置分别与换热器的流体输送管路相连通。本发明可以对微通道换热器运行的实时数据进行采集和监控，对于不同的污垢可进行针对性的清洁处理，可获得较好的清洁效果。

Description

一种微通道换热器污垢监测处理系统与方法

技术领域

本发明属于换热器领域，特别涉及一种微通道换热器污垢监测处理系统与方法。

背景技术

在能源领域中，物质间的能量交换是最基本的过程，也是很多大型动力系统和小型电子系统中极为关键的一环，而换热器作为一种热能传递的设备，在能源工业中有着广泛的应用。目前大量采用的换热器包括管式和板式换热器等，这些换热器换热能力一般，实际应用中往往还需要庞大且复杂的管路系统，具有较高的制造与维护成本，近年来发展的微通道换热器，采用高度集成化的微型换热通道，单位体积换热能力明显提升，相比传统的管、板式换热器，管路系统也更为简单，较小的体积即可满足较大的功率要求，因而具有广阔的应用前景。

现有的微通道换热器，由于通道截面尺寸较小，且流动工质不可避免地携带有杂质，一些不溶性的微小颗粒会附着在微型换热通道的内壁上且不断沉积，结垢与堵塞是现有的微通道换热器面临的最主要问题之一。

目前解决换热器的结垢问题的方法主要包括日常监测与定期检修。日常监测是在换热器运行时人工对进出口流体参数进行监测，由于人工监测对数据的变化不敏感，在缺乏准确评价体系的情况下，发现参数异常时换热器往往已经发生大面积结垢甚至堵塞，具有较严重的滞后问题；而定期检修会影响换热器的正常工作，造成时间和资源的大量浪费，也会给企业带来较大的经济损失。微通道换热器的结垢问题相比于传统的管式和板式换热器更明显，其内的污垢沉积速度更快，对于不同的污垢类型往往需要采用针对性的处理方法才能达到理想的处理效果，而目前没有针对微通道换热器的污垢监测处理系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微通道换热器污垢监测处理系统与方法，以解决现有的微通道换热器污垢清理过程中人工监测滞后、定期检修时间和资源消耗量大以及处理效果不理想的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种微通道换热器污垢监测处理系统，包括：

换热器运行数据监测模块，所述换热器运行数据监测模块的监测装置均包括测试端和信号输出端，监测装置的测试端分别伸入微通道换热器本体的热流体输入管、热流体输出管、冷流体输入管及冷流体输出管内部；

监测数据处理模块，所述监测数据处理模块的信号输入端与所有监测装置的信号输出端相连接，所述监测数据处理模块还设置有信号输出端；

污垢识别模块，所述污垢识别模块的信号输入端与所述监测数据处理模块的信号输出端相连接，所述污垢识别模块还设置有信号输出端；

污垢处理模块，所述污垢处理模块的信号输入端与所述污垢识别模块的信号输出端相连接，所述污垢处理模块的信号输出端与污垢处理模块的执行装置的信号输入端相连接。

进一步的，换热器运行数据监测模块的监测装置包括多个流量监测装置、多个温度监测装置及多个压力监测装置，流量监测装置、温度监测装置及压力监测装置测试端分别伸入对应微通道换热器本体的热流体输入管、热流体输出管、冷流体输入管及冷流体输出管内部。

进一步的，换热器运行数据监测模块的监测装置包括冷流体入口流量监测装置、热流体入口流量监测装置、冷流体入口温度监测装置、冷流体出口温度监测装置、热流体入口温度监测装置、热流体出口温度监测装置、冷流体入口压力监测装置、冷流体出口压力监测装置、热流体入口压力监测装置和热流体出口压力监测装置，其中，冷流体入口流量监测装置、冷流体入口压力监测装置、冷流体入口温度监测装置的测试端通入冷流体输入管，冷流体出口压力监测装置、冷流体出口温度监测装置的测试端通入冷流体输出管，热流体入口流量监测装置、热流体入口压力监测装置、热流体入口温度监测装置的测试端通入热流体输入管，热流体出口压力监测装置、热流体出口温度监测装置的测试端通入热流体输出管。

进一步的，执行装置为反向冲刷装置；冷流输出管和热流输出管的侧壁上分别设置有冲刷气/液入口，所述冲刷气/液入口通过管路与冲刷气/液供给装置相连通，冷流输入管和热流输入管的侧壁上分别设置有冲刷气/液出口，所述冲刷气/液出口通过管路与冲刷气/液收集装置相连通。

进一步的，热流输入管和冷流输入管的流体进口处均设置有过滤器。

进一步的，测数据处理模块接收来自换热器运行数据监测模块的测量数据，绘制换热器的参数运行曲线，包括冷热通道的流量、温度和压力，此外，对测量数据进行处理，将原始测量数据转化为污垢识别模块能够直接使用的数据，计算换热器的热阻：R＝AΔt/Q，结垢后的总热阻减去洁净时的热阻即为污垢热阻，进一步计算获得污垢热阻随时间的变化函数；A为换热表面积，Δt为冷热端流体温差，Q为换热量。

进一步的，污垢识别模块接收经过监测数据处理模块加工过的数据；污垢识别模块中嵌入有一套污垢等级评价标准，该标准以污垢热阻为基础，通过污垢热阻数值将结垢程度进行分类，通过污垢热阻随时间的变化函数规律将污垢生长速度进行分类，一开始可以给一个粗略的分类，后续可根据热阻与实际处理结果不断更新与完善，按照这一标准以及传输来的污垢热阻及污垢热阻随时间的变化函数对污垢等级及结垢速度进行判定，并通过取样来分析污垢的成分；污垢识别模块中存储有处理方案的指令，包括各管道阀门启闭以及阀门开度，并与污垢等级、结构速度和污垢成分相对应，根据不同的污垢等级、结垢速度及污垢成分选择相应的指令传输至污垢处理模块。

一种微通道换热器污垢监测处理方法，包括以下步骤：

步骤01：通过换热器运行数据监测模块监测换热器的实时运行数据，并将监测到的实时数据传递给监测数据处理模块及污垢识别模块；

步骤02：监测数据处理模块接收换热器运行数据，绘制参数曲线，并对数据进行加工，转化为污垢识别模块能够直接分析的数据，计算换热器的热阻：R＝AΔt/Q，结垢后的总热阻减去洁净时的热阻即为污垢热阻，进一步计算获得污垢热阻随时间的变化函数；

步骤03：污垢识别模块接收监测数据处理模块传输的二次加工数据；污垢识别模块中嵌入有一套污垢等级评价标准，该标准以污垢热阻为基础，通过污垢热阻数值将结垢程度进行分类，通过污垢热阻随时间的变化函数规律将污垢生长速度进行分类，并通过取样来分析污垢的成分；污垢识别模块中存储有处理方案的指令，包括各管道阀门启闭以及阀门开度，并与污垢等级、结构速度和污垢成分相对应，根据不同的污垢等级、结垢速度及污垢成分选择相应的指令传输至污垢处理模块；

步骤04：污垢处理模块根据接收到的污垢处理方案，通过执行装置对换热器进行清洗处理；

步骤05；进行流动测试，判断污垢是否清除干净，如果清除干净则处理过程完毕，如果还有残存的污垢颗粒，则重复步骤04，直至污垢处理完毕。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的微通道换热器监测评价与处理系统，通过换热器运行数据监测模块可对工质的流动情况进行实时监测，相比于传统的人工监测，可提高敏感性降低滞后性；监测数据处理模块可将接收到的换热器的实时运行数据构建换热器运行参数数据库，并通过人工智能分析算法进行分析，可对不同运行参数下换热器的结垢程度进行精确识别，换热器运行参数数据的输入可不断完善数据库，通过智能算法不断优化与校正，可逐步增强污垢识别的广度和精度；污垢识别模块可全方位地对换热器中的污垢情况进行评价，对结垢位置、程度以及污垢增长速度均采用定量化地评价方式，可对污垢进行取样分析，深入了解污垢组分以及结垢原因，从而可为下一步的污垢处理提供可行方案，对换热器的实际运行提供指导，从根源上避免颗粒的沉积与污垢的形成，该评价体系可随着数据的积累不断完善、扩展；污垢处理模块可根据得出的污垢处理方案选用适合的执行装置，具有极强的针对性，可快速且高效地完成污垢清洁工作，同时达到较好的处理效果。

进一步地，通过工业内窥镜及相应的成像设备，可对换热器内部进行检查，从直观上对污垢颗粒的大小进行判断，通过监测装置可采集微通道换热器的实时运行数据。

进一步地，通过冲刷气的反向冲刷，可除去不必用化学方法溶解的污垢和颗粒。

进一步地，污垢处理模块可对气体增压装置和第一控制阀进行实时控制，可提高除垢的清洁度，也可提高除垢的效率。

进一步地，通过冲刷液的反向冲刷，可排除通道内的残余污垢颗粒。

进一步地，污垢处理模块可对液体增压装置和第二控制阀进行实时控制，可提高除垢的清洁度，也可提高除垢的效率，另外，通过增大冲刷液的压力，可实现水力冲射，通过高压的冲击射流，可将附着在内壁面上的残渣剥落，同时带走油、脂及其它污垢颗粒。

进一步地，通过配置的碱性溶液可以清除蜡、油等污垢，通过酸性溶液可清除金属氧化膜等污垢。

进一步地，通过设置过滤器，可在工质进入换热器前，将其中较大的颗粒除去。

附图说明

图1是本发明的一种微通道换热器污垢检测处理系统的连接结构示意图；

图2是图1中的换热器运行数据监测模块的连接结构示意图；

图3是本发明的一种微通道换热器污垢检测处理方法的污垢清洁流程图。

在图2中：1微通道换热器本体；201冷流体入口温度监测装置；202冷流体出口温度监测装置；203热流体入口温度监测装置；204热流体出口温度监测装置；301冷流体入口压力监测装置；302冷流体出口压力监测装置；303热流体入口压力监测装置；304热流体出口压力监测装置；401冷流体入口流量监测装置；402热流体入口流量监测装置；501冷流体入口过滤器；502冷流体出口过滤器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参考图1和图2，本发明的一种微通道换热器污垢监测处理系统，包括：换热器运行数据监测模块、监测数据处理模块、污垢识别模块和污垢处理模块。

微通道换热器本体1的热流入口与热流输入管相连通，换热器本体1的热流出口与热流输出管相连通，微通道换热器本体1的冷流入口与冷流输入管相连通，换热器本体1的冷流出口与冷流输出管相连通，冷流体输入管的入口端设置有冷流体入口过滤器501，热流体输入管的入口端设置有热流体入口过滤器502。

换热器运行数据监测模块的监测装置包括冷流体入口流量监测装置401、热流体入口流量监测装置402、冷流体入口温度监测装置201、冷流体出口温度监测装置202、热流体入口温度监测装置203、热流体出口温度监测装置204、冷流体入口压力监测装置301、冷流体出口压力监测装置302、热流体入口压力监测装置303和热流体出口压力监测装置304，其中，冷流体入口流量监测装置401、冷流体入口压力监测装置301、冷流体入口温度监测装置201的测试端通入冷流体输入管，冷流体出口压力监测装置302、冷流体出口温度监测装置202的测试端通入冷流体输出管，热流体入口流量监测装置402、热流体入口压力监测装置303、热流体入口温度监测装置203的测试端通入热流体输入管，热流体出口压力监测装置304、热流体出口温度监测装置204的测试端通入热流体输出管；监测数据处理模块的信号输入端与所有监测装置的信号输出端相连接，监测数据处理模块还设置有信号输出端；污垢识别模块的信号输入端与监测数据处理模块的信号输出端相连接，污垢识别模块还设置有信号输出端；污垢处理模块的信号输入端与污垢识别模块的信号输出端相连接，污垢处理模块的信号输出端与污垢处理模块的执行装置的信号输入端相连接。

本发明的一种微通道换热器污垢监测处理系统的污垢处理执行装置为反向冲刷气装置，冷流输出管和热流输出管的侧壁上分别设置有冲刷气入口，冲刷气入口通过管路与冲刷气供给装置相连通，冷流输入管和热流输入管的侧壁上分别设置有冲刷气出口，冲刷气出口通过管路与冲刷气收集装置相连通，冲刷气可选用惰性气体，冲刷气入口与冲刷气供给装置之间的管路上设置有气体增压装置和第一控制阀，气体增压装置和第一控制阀的信号输入端分别与污垢处理模块的信号输出端相连接，通过气体增压装置可根据需要实时增加冲刷气的气压，通过第一控制阀可以实时控制冲刷气的流量。

本发明的一种微通道换热器污垢监测处理系统的污垢处理执行装置为反向冲刷液装置，冷流输出管和热流输出管的侧壁上分别设置有冲刷液入口，冲刷液入口通过管路与冲刷液供给装置相连通，冷流输入管和热流输入管的侧壁上分别设置有冲刷液出口，冲刷液出口通过管路与冲刷液收集装置相连通。冲刷液可选用蒸馏水，冲刷液入口与冲刷液供给装置之间的管路上设置有液体增压装置和第二控制阀，液体增压装置和第二控制阀的信号输入端分别与污垢处理模块的信号输出端相连接，通过液体增压装置可根据需要实时增加冲刷液的液压，通过第二控制阀可以实时控制冲刷液的流量。

本发明的一种微通道换热器污垢监测处理系统的污垢处理执行装置为反向清洗液装置，冷流输出管和热流输出管的侧壁上分别设置有清洗液入口，清洗液入口通过管路与清洗液供给装置相连通，冷流输入管和热流输入管的侧壁上分别设置有清洗液出口，清洗液出口通过管路与清洗液收集装置相连通，清洗液入口与清洗液供给装置之间的管路上设置有第三控制阀，第三控制阀的信号输入端与污垢处理模块的信号输出端相连接，清洗液可为碱性溶液或酸性溶液，通过第三控制阀可以实时控制清洗液的流量。

参考图3，本发明的一种微通道换热器污垢监测处理方法包括以下步骤：

步骤01：通过换热器运行数据监测模块监测换热器的实时运行数据，并将监测到的实时数据传递给监测数据处理模块及污垢识别模块；

步骤02：监测数据处理模块接收换热器运行数据，绘制参数曲线，并对数据进行加工，转化为污垢识别模块能够直接分析的数据，计算换热器的热阻：R＝AΔt/Q，结垢后的总热阻减去洁净时的热阻即为污垢热阻，进一步计算获得污垢热阻随时间的变化函数；A为换热表面积，Δt为冷热端流体温差，Q为换热量；

步骤03：污垢识别模块接收监测数据处理模块传输的二次加工数据；污垢识别模块中嵌入有一套污垢等级评价标准，该标准以污垢热阻为基础，通过污垢热阻数值将结垢程度进行分类，通过污垢热阻随时间的变化函数规律将污垢生长速度进行分类，并通过取样来分析污垢的成分；污垢识别模块中存储有处理方案的指令，包括各管道阀门启闭以及阀门开度，并与污垢等级、结构速度和污垢成分相对应，根据不同的污垢等级、结垢速度及污垢成分选择相应的指令传输至污垢处理模块；

步骤04：污垢处理模块根据接收到的污垢处理方案，选取不同的执行装置对换热器进行清洗处理，通过反向气冲刷、反向液冲刷、化学溶解清除通道内的污垢；

步骤05；进行流动测试，判断污垢是否清除干净，如果清除干净则处理过程完毕，如果还有残存的污垢颗粒，则重复上述步骤，直至污垢处理完毕。

步骤04具体包括：

(a)进行可视化检查以确定污垢颗粒大小及位置：采用内窥镜及相应的成像设备对换热器内部进行检查，从而直观地对污垢颗粒大小进行判断；

(b)反向气体冲刷：确定正常运行时的气流方向以及污垢形成位置，采用相反的方向进行气体冲刷；一般采用惰性气体，操作过程中最大压力可以略高于设计压力；主要目的是移除不必用化学方法溶解的污垢和颗粒；

(c)反向水冲刷：在气体冲刷之后，采用蒸馏水冲刷通道以排出残余污垢颗粒；

(d)碱性溶液清洗和酸性溶液清洗：配置相应的碱性溶液，通入换热器清洗，然后用蒸馏水冲洗干净，该措施可以移除蜡、油等污染物；配置相应的酸性溶液，通入换热器清洗，随后用蒸馏水冲洗干净，该措施可以清除金属氧化膜等污垢；

步骤05进行流动测试以确定污垢颗粒是否存在：进行真实流动状态下的模拟实验，同时监测工质进出口温度、压力和流量参数，将其输入污垢识别模块进行识别；若污垢已经清除，则清洁工作完成；若仍存在污垢，进行水力冲射：对于不溶性污垢，采用高压的冲击射流，将附着在内壁面上的残渣剥落，同时带走油、脂及其它污垢颗粒，然后重复步骤04的步骤(d)，直至污垢清洁完成。

Claims (8)

1.一种微通道换热器污垢监测处理系统，其特征在于，包括：

换热器运行数据监测模块，所述换热器运行数据监测模块的监测装置均包括测试端和信号输出端，监测装置的测试端分别伸入微通道换热器本体的热流体输入管、热流体输出管、冷流体输入管及冷流体输出管内部；

监测数据处理模块，所述监测数据处理模块的信号输入端与所有监测装置的信号输出端相连接，所述监测数据处理模块还设置有信号输出端；

污垢识别模块，所述污垢识别模块的信号输入端与所述监测数据处理模块的信号输出端相连接，所述污垢识别模块还设置有信号输出端；

污垢处理模块，所述污垢处理模块的信号输入端与所述污垢识别模块的信号输出端相连接，所述污垢处理模块的信号输出端与污垢处理模块的执行装置的信号输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种微通道换热器污垢监测处理系统，其特征在于，换热器运行数据监测模块的监测装置包括多个流量监测装置、多个温度监测装置及多个压力监测装置，流量监测装置、温度监测装置及压力监测装置测试端分别伸入对应微通道换热器本体的热流体输入管、热流体输出管、冷流体输入管及冷流体输出管内部。

3.根据权利要求1所述的一种微通道换热器污垢监测处理系统，其特征在于，换热器运行数据监测模块的监测装置包括冷流体入口流量监测装置(401)、热流体入口流量监测装置(402)、冷流体入口温度监测装置(201)、冷流体出口温度监测装置(202)、热流体入口温度监测装置(203)、热流体出口温度监测装置(204)、冷流体入口压力监测装置(301)、冷流体出口压力监测装置(302)、热流体入口压力监测装置(303)和热流体出口压力监测装置(304)，其中，冷流体入口流量监测装置(401)、冷流体入口压力监测装置(301)、冷流体入口温度监测装置(201)的测试端通入冷流体输入管，冷流体出口压力监测装置(302)、冷流体出口温度监测装置(202)的测试端通入冷流体输出管，热流体入口流量监测装置(402)、热流体入口压力监测装置(303)、热流体入口温度监测装置(203)的测试端通入热流体输入管，热流体出口压力监测装置(304)、热流体出口温度监测装置(204)的测试端通入热流体输出管。

4.根据权利要求1所述的一种微通道换热器污垢监测处理系统，其特征在于，执行装置为反向冲刷装置；冷流输出管和热流输出管的侧壁上分别设置有冲刷气/液入口，所述冲刷气/液入口通过管路与冲刷气/液供给装置相连通，冷流输入管和热流输入管的侧壁上分别设置有冲刷气/液出口，所述冲刷气/液出口通过管路与冲刷气/液收集装置相连通。

5.根据权利要求1所述的一种微通道换热器污垢监测处理系统，其特征在于，热流输入管和冷流输入管的流体进口处均设置有过滤器。

6.根据权利要求1所述的一种微通道换热器污垢监测处理系统，其特征在于，监测数据处理模块接收来自换热器运行数据监测模块的测量数据，绘制换热器的参数运行曲线，包括冷热通道的流量、温度和压力，此外，对测量数据进行处理，将原始测量数据转化为污垢识别模块能够直接使用的数据，计算换热器的热阻：R＝AΔt/Q，结垢后的总热阻减去洁净时的热阻即为污垢热阻，进一步计算获得污垢热阻随时间的变化函数；其中，A为换热表面积，Δt为冷热端流体温差，Q为换热量。

7.根据权利要求1所述的一种微通道换热器污垢监测处理系统，其特征在于，污垢识别模块接收经过监测数据处理模块加工过的数据；污垢识别模块中嵌入有一套污垢等级评价标准，该标准以污垢热阻为基础，通过污垢热阻数值将结垢程度进行分类，通过污垢热阻随时间的变化函数规律将污垢生长速度进行分类，并通过取样来分析污垢的成分；污垢识别模块中存储有处理方案的指令，包括各管道阀门启闭以及阀门开度，并与污垢等级、结构速度和污垢成分相对应，根据不同的污垢等级、结垢速度及污垢成分选择相应的指令传输至污垢处理模块。

8.一种微通道换热器污垢监测处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤01：通过换热器运行数据监测模块监测换热器的实时运行数据，并将监测到的实时数据传递给监测数据处理模块及污垢识别模块；

步骤02：监测数据处理模块接收换热器运行数据，绘制参数曲线，并对数据进行加工，转化为污垢识别模块能够直接分析的数据，计算换热器的热阻：R＝AΔt/Q，结垢后的总热阻减去洁净时的热阻即为污垢热阻，进一步计算获得污垢热阻随时间的变化函数；A为换热表面积，Δt为冷热端流体温差，Q为换热量；

步骤03：污垢识别模块接收监测数据处理模块传输的二次加工数据；污垢识别模块中嵌入有一套污垢等级评价标准，该标准以污垢热阻为基础，通过污垢热阻数值将结垢程度进行分类，通过污垢热阻随时间的变化函数规律将污垢生长速度进行分类，并通过取样来分析污垢的成分；污垢识别模块中存储有处理方案的指令，包括各管道阀门启闭以及阀门开度，并与污垢等级、结构速度和污垢成分相对应，根据不同的污垢等级、结垢速度及污垢成分选择相应的指令传输至污垢处理模块；

步骤04：污垢处理模块根据接收到的污垢处理方案，通过执行装置对换热器进行清洗处理；

步骤05；进行流动测试，判断污垢是否清除干净，如果清除干净则处理过程完毕，如果还有残存的污垢颗粒，则重复步骤04，直至污垢处理完毕。