CN109283090A - 热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置，包括检测管路、泄流管路、上位机、数据传输模块、监控主机、冷却器、截止阀、三通球阀、减压稳压阀、压力表、过滤室、第一流量调节阀、第一流量计、微量液体流量检测仪和第一单向阀；三通球阀的第三个接口连接有手泵，过滤室并联有压差变送器、第二流量调节阀、第二流量计和第二单向阀。本发明还公开了热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置的检测方法。本发明实现了热力循环系统水中胶态及颗粒状不溶物含量的连续实时在线监测；过滤实验条件容易控制，得到的数据结果准确、具有可比性；作为取样设备时，滤膜可手动更换且操作简便。

Description

热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置及方法

技术领域

本发明属于热力循环系统水质检测技术领域，具体涉及一种热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置及方法。

背景技术

热力循环系统的工作介质是水，而水质对热力设备的腐蚀防护、运行寿命及安全经济运行意义重大。水质不好通常会导致结垢或设备的腐蚀，会降低热力系统的热效率，造成严重的安全隐患。

不论是供暖循环水还是火电厂循环水，其悬浮物含量均有明确规定。不同热力系统或者同系统不同位置的循环水悬浮物来源及含量也不尽相同。通常循环水中悬浮物有水垢或其析出物、管道及设备等金属的腐蚀产物、泥渣和沉渣等。水中悬浮物含量过多，会因受热不均或水流流动滞缓等原因富集于一些部位，从而降低热交换设备的传热效率，增加水的流动阻力，加速系统的腐蚀速度。

在火力发电厂中，经过处理的锅炉补给水汽水品质符合GB/T 12145-2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》期望值的要求，大多数铁含量数据均在3μg/L以下，但结垢速率并未达到DL/T 1115-2009中规定的一类水平，结垢、积盐速率较高。原因是：水中胶态铁含量较高。其汽水处理后，以盐形式结合的溶解性铁离子含量虽然很低，但在汽水碱性条件下，管道及设备中的铁被轻微腐蚀后以胶体态存在。实际检测中的检测方法：分光光度法和原子吸收法能够有效检测出离子态的铁含量，但对胶体态或颗粒状的铁无法测定。同时，有些热力循环系统水通过加氧处理，来减缓腐蚀速度。腐蚀后的氧化产物会因为受热不均或其他原因而剥离，呈颗粒状（90%的颗粒粒径在5μm~50μm之间）分布于循环水中。为了减缓热力系统设备的腐蚀速率，检测循环水中不溶物含量是非常有必要的。

市面上现有的检测水中不溶物含量的设备或装置较少，大多采用过滤法，在规定的条件下，将水中的不溶物用滤膜滤出，然后烘干、称量，可得不溶物含量。也有采用浊度来反映水中不溶物的含量，这类检测方法需先进行取样。但是，由于存在局部结垢或腐蚀，水中不溶物并不是时刻均匀分布的，取样存在随机性。热力循环系统一般需要对水质进行连续监测，才能真实反映热力系统腐蚀防护效果。同时，样品水的取样量对测定结果有很大影响。比如热力系统水经过处理后，水质较好，这时就需要样品水量足够多才能检测到所需数据。除此之外，滤膜前压力、水温、滤膜品质等测定条件也对测定结果影响很大，导致测定结果准确性和精密性不高，数据没有可比性。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种原理科学、便于操作、检测结果准确的热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置，包括检测管路、泄流管路、上位机、数据传输模块和监控主机；

检测管路上沿水流方向依次设置有冷却器、截止阀、三通球阀、减压稳压阀、压力表、过滤室、第一流量调节阀、第一流量计、微量液体流量检测仪和第一单向阀；三通球阀的第三个接口连接有手泵，过滤室并联有压差变送器；

泄流管路上沿水流方向依次设置有第二流量调节阀、第二流量计和第二单向阀；

泄流管路的进水口连接在截止阀和三通球阀之间的检测管路上；

检测管路和泄流管路的出水口均连接有排水槽；

压差变送器和微量液体流量检测仪的检测信号通过通讯线连接上位机，上位机与数据传输模块通过有线的方式相连，数据传输模块通过无线或有线的方式与监控主机连接。

还包括箱体，箱体底部设置有万向减振脚轮，箱体上部后侧设置有伸缩推拉杆，箱体前侧设置有玻璃门，箱体内设置有取样架，第一流量调节阀、第二流量调节阀、减压稳压阀、三通球阀、过滤室、第一流量计、第二流量计、压力表和上位机的显示器均设置在取样架上。

过滤室包括通过不锈钢螺钉紧固连接的上壳体和下壳体，上壳体和下壳体内设置有可更换的滤膜。

热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置的检测方法，包括以下步骤，

（1）打开截止阀及第二流量调节阀；将三通球阀调至手泵位置；将检测管路的进水口和热力循环系统的取样点连接，泄流旁路的出水口和检测管路出水口的水排到排水槽内；

（2）仪表校准调零；

（3）在过滤室内放置滤膜；

（4）将三通球阀调至打开检测管路的位置，调整第一流量调节阀，待水流稳定；

（5）读取数据：若需要对数据远程监控，则选择以无线或有线的方式将数据传到监控室的监控主机；

（6）取样称重检测或在线检测。

步骤（2）仪表校准调零的具体过程为，将三通球阀调至打开检测管路位置，调整减压稳压阀，调节第一流量调节阀，对微量液体流量检测仪校准。

步骤（3）在过滤室内放置滤膜的具体过程为，将三通球阀调至手泵位置，打开过滤室，放入选定的滤膜，再旋紧并使用不锈钢螺钉紧固连接上壳体和下壳体。

步骤（6）中取样检测，采用ISAC重量法；ISAC重量法通过控制样品水温度、入口压力过滤条件，在过滤一定体积样品水后，取出滤膜，烘干称重，检测过滤前后滤膜重量的增加；

具体操作为：在滤膜过滤累积流量V的样品水后，累积流量V可从微量液体流量检测仪上传到上位机的数据直接读出；将三通球阀调至连接手泵位置，此时手泵与样品水路相通，按压手泵，将样品水路残余水排尽，打开过滤室，将滤膜小心取出，烘干称重，滤膜的增重Δm，按下面公式计算不溶物平均含量ISAC_Δm，反映了热力系统水样中不溶物的平均含量，单位为mg/L；

式中：λ—选取的滤膜特性系数；Δm—水样通过前、后，滤膜的增重，mg；

V—水样通过滤膜的累积流量，L。

步骤（6）中在线检测，采用ISAC压差法；

ISAC压差法在控制过滤条件的基础上，检测一定时间T前后的瞬时压差ΔP₁、ΔP₂，瞬时流量Q₁、Q₂，计算ISAC_ΔP的数值；根据流体力学，滤膜前后的压强损失：

式中：ζ—局部阻力系数；ρ—水的密度；v—断面平均流速；

ζ与滤膜特性及不溶物累积量有关，在同一型号滤膜的情况下，通过监测一定时间内ζ的增长率即可得到不溶物含量的多少；此时，ζ的增长率可以用不溶物含量ISAC _ΔP 来表示：

测定的ISAC数值越高，说明不溶物含量越高，水质越差；

步骤（6）的具体操作过程为：将三通球阀调至打开检测管路位置，调整第一流量调节阀，待水流稳定；在上位机显示器面板上设定好数据计算间隔时间T，则经过时间T后，可从面板上直接读取不溶物平均含量ISAC_ΔP、实时的压差ΔP、实时的流量Q、累积流量V。

采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

箱体上设置的推拉杆、底部设置的减震万向脚轮，使本装置便于长距离移动。

箱体内部的管路分为泄流管路和检测管路。泄流管路上设置的第二流量调节阀对检测管路起保护和调节作用。

检测管路在入口处装有冷却器，防止高温对滤膜性能造成影响。

在过滤室前的检测管路中串接有减压稳压阀，起到保护滤膜及微量液体流量检测仪的作用，同时为过滤室提供稳定的入口压力。

压差变送器连接在过滤室的进出口，监测滤膜两侧压差的变化。微量液体流量检测仪串接在检测管路末端，可监测样品水的实时流量和累计流量。

上述的压差信号、实时流量和累计流量信号均通过通讯线接入上位机，通过相关监控软件可以对检测数据处理、显示、存储、查询等。

上位机与数据传输模块相连，数据可通过有线的方式传给监控室的监控主机，以实现对数据的远程实时监测。

本装置内置备用电池，可让装置在断电情况下使用。装置的进出水口均采用不锈钢转换接头，利用软管可方便的与水汽取样间要检测的水样进出口进行连接。

本发明所述热力系统水中不溶物含量测定方法的原理为：利用胶体态及颗粒状不溶物对滤膜造成的堵塞，通过测定一段时间后滤膜的重量变化或滤膜前后实时压差及流量，反映热力系统水中不溶物的含量。测定方法中，引入不溶物平均含量的概念（简称ISAC），用ISAC数值来代表热力系统水中不溶物的含量多少。测定的ISAC数值越高，说明不溶物含量越高，水质越差。

本装置可以进行取样检测或在线检测；本装置和检测方法能够准确、可靠、连续监测胶态和颗粒状不溶物的含量，设备便携，操作简便，集取样及连续监测功能于一体。

综上所述，相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、实现了热力循环系统水中胶态及颗粒状不溶物含量的连续实时在线监测；

2、过滤实验条件容易控制，得到的数据结果准确、具有可比性；

3、作为取样设备时，滤膜可手动更换且操作简便；

4、操作和安装简单方便，维护量小，反应迅速；

5、箱体设有推拉杆，底部设有万向轮，移动方便；体积小，便于携带。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置，包括检测管路19、泄流管路20、上位机16、数据传输模块17和监控主机18；

检测管路19上沿水流方向依次设置有冷却器1、截止阀2、三通球阀6、减压稳压阀8、压力表9、过滤室10、第一流量调节阀12、第一流量计13、微量液体流量检测仪14和第一单向阀15；三通球阀6的第三个接口连接有手泵7，过滤室10并联有压差变送器11；

泄流管路20上沿水流方向依次设置有第二流量调节阀3、第二流量计4和第二单向阀5；

泄流管路20的进水口连接在截止阀2和三通球阀6之间的检测管路19上；

检测管路19和泄流管路20的出水口均连接有排水槽21；

压差变送器11和微量液体流量检测仪14的检测信号通过通讯线连接上位机16，上位机16与数据传输模块17通过有线的方式相连接，数据传输模块17通过无线或有线的方式与监控主机18连接。

本发明还包括箱体（图中未示意出来），箱体底部设置有万向减振脚轮，箱体上部后侧设置有伸缩推拉杆，箱体前侧设置有玻璃门，箱体内设置有取样架，第一流量调节阀12、第二流量调节阀3、减压稳压阀8、三通球阀6、过滤室10、第一流量计13、第二流量计4、压力表9和上位机16的显示器均设置在取样架上。

过滤室10包括通过不锈钢螺钉紧固连接的上壳体和下壳体，上壳体和下壳体内设置有可更换的滤膜。

热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置的检测方法，包括以下步骤，

（1）打开截止阀2及第二流量调节阀3；将三通球阀6调至手泵7位置；将检测管路19的进水口和热力循环系统的取样点22连接，泄流旁路的出水口和检测管路19出水口的水排到排水槽21内；

（2）仪表校准调零；

（3）在过滤室10内放置滤膜；

（4）将三通球阀6调至打开检测管路19的位置，调整第一流量调节阀12，待水流稳定；

（5）读取数据：若需要对数据远程监控，则选择以无线或有线的方式将数据传到监控室的监控主机18；

（6）取样称重检测或在线检测。

步骤（2）仪表校准调零的具体过程为，将三通球阀6调至打开检测管路19位置，调整减压稳压阀8，调节第一流量调节阀12，对微量液体流量检测仪14校准。

步骤（3）在过滤室10内放置滤膜的具体过程为，将三通球阀6调至手泵7位置，打开过滤室10，放入选定的滤膜，再旋紧并使用不锈钢螺钉紧固连接上壳体和下壳体。

步骤（6）中取样检测，采用ISAC重量法；ISAC重量法通过控制样品水温度、入口压力过滤条件，在过滤一定体积样品水后，取出滤膜，烘干称重，检测过滤前后滤膜重量的增加；

具体操作为：在滤膜过滤累积流量V的样品水后，累积流量V可从微量液体流量检测仪14上传到上位机16的数据直接读出；将三通球阀6调至连接手泵7位置，此时手泵7与样品水路相通，按压手泵7，将样品水路残余水排尽，打开过滤室10，将滤膜小心取出，烘干称重，滤膜的增重Δm，按下面公式计算不溶物平均含量(Insoluble substance average content）ISAC_Δm，反映了热力系统水样中不溶物的平均含量，单位为mg/L；

式中：λ—选取的滤膜特性系数；Δm—水样通过前、后，滤膜的增重，mg；

V—水样通过滤膜的累积流量，L。

步骤（6）中在线检测，采用ISAC压差法；

ISAC压差法在控制过滤条件的基础上，检测一定时间T前后的瞬时压差ΔP₁、ΔP₂，瞬时流量Q₁、Q₂，计算ISAC_ΔP的数值；根据流体力学，滤膜前后的压强损失：

式中：ζ—局部阻力系数；ρ—水的密度；v—断面平均流速；

ζ与滤膜特性及不溶物累积量有关，在同一型号滤膜的情况下，通过监测一定时间内ζ的增长率即可得到不溶物含量的多少；此时，ζ的增长率可以用不溶物含量ISAC _ΔP 来表示：

测定的ISAC数值越高，说明不溶物含量越高，水质越差；

步骤（6）的具体操作过程为：将三通球阀6调至打开检测管路19位置，调整第一流量调节阀12，待水流稳定；在上位机16显示器面板上设定好数据计算间隔时间T，则经过时间T后，可从面板上直接读取不溶物平均含量ISAC_ΔP、实时的压差ΔP、实时的流量Q、累积流量V。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置，其特征在于：包括检测管路、泄流管路、上位机、数据传输模块和监控主机；

检测管路上沿水流方向依次设置有冷却器、截止阀、三通球阀、减压稳压阀、压力表、过滤室、第一流量调节阀、第一流量计、微量液体流量检测仪和第一单向阀；三通球阀的第三个接口连接有手泵，过滤室并联有压差变送器；

泄流管路上沿水流方向依次设置有第二流量调节阀、第二流量计和第二单向阀；

泄流管路的进水口连接在截止阀和三通球阀之间的检测管路上；

检测管路和泄流管路的出水口均连接有排水槽；

压差变送器和微量液体流量检测仪的检测信号通过通讯线连接上位机，上位机与数据传输模块通过有线的方式相连，数据传输模块通过无线或有线的方式与监控主机连接。

2.根据权利要求1所述的热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置，其特征在于：还包括箱体，箱体底部设置有万向减振脚轮，箱体上部后侧设置有伸缩推拉杆，箱体前侧设置有玻璃门，箱体内设置有取样架，第一流量调节阀、第二流量调节阀、减压稳压阀、三通球阀、过滤室、第一流量计、第二流量计、压力表和上位机的显示器均设置在取样架上。

3.根据权利要2所述的热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置，其特征在于：过滤室包括通过不锈钢螺钉紧固连接的上壳体和下壳体，上壳体和下壳体内设置有可更换的滤膜。

4.采用如权利要求3所述的热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）打开截止阀及第二流量调节阀；将三通球阀调至手泵位置；将检测管路的进水口和热力循环系统的取样点连接，泄流旁路的出水口和检测管路出水口的水排到排水槽内；

（2）仪表校准调零；

（3）在过滤室内放置滤膜；

（4）将三通球阀调至打开检测管路的位置，调整第一流量调节阀，待水流稳定；

（5）读取数据：若需要对数据远程监控，则选择以无线或有线的方式将数据传到监控室的监控主机；

（6）取样称重检测或在线检测。

5.根据权利要求4所述的热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置的检测方法，其特征在于：步骤（2）仪表校准调零的具体过程为，将三通球阀调至打开检测管路位置，调整减压稳压阀，调节第一流量调节阀，对微量液体流量检测仪校准。

6.根据权利要求4所述的热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置的检测方法，其特征在于：步骤（3）在过滤室内放置滤膜的具体过程为，将三通球阀调至手泵位置，打开过滤室，放入选定的滤膜，再旋紧并使用不锈钢螺钉紧固连接上壳体和下壳体。

7.根据权利要求4所述的热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置的检测方法，其特征在于：步骤（6）中取样检测，采用ISAC重量法；ISAC重量法通过控制样品水温度、入口压力过滤条件，在过滤一定体积样品水后，取出滤膜，烘干称重，检测过滤前后滤膜重量的增加；

具体操作为：在滤膜过滤累积流量V的样品水后，累积流量V可从微量液体流量检测仪上传到上位机的数据直接读出；将三通球阀调至连接手泵位置，此时手泵与样品水路相通，按压手泵，将样品水路残余水排尽，打开过滤室，将滤膜小心取出，烘干称重，滤膜的增重Δm，按下面公式计算不溶物平均含量ISAC_Δm，反映了热力系统水样中不溶物的平均含量，单位为mg/L；

式中：λ—选取的滤膜特性系数；Δm—水样通过前、后，滤膜的增重，mg；

V—水样通过滤膜的累积流量，L。

8.根据权利要求4所述的热力循环系统水中不溶物含量在线检测装置的检测方法，其特征在于：步骤（6）中在线检测，采用ISAC压差法；

ISAC压差法在控制过滤条件的基础上，检测一定时间T前后的瞬时压差ΔP₁、ΔP₂，瞬时流量Q₁、Q₂，计算ISAC_ΔP的数值；根据流体力学，滤膜前后的压强损失：

式中：ζ—局部阻力系数；ρ—水的密度；v—断面平均流速；

ζ与滤膜特性及不溶物累积量有关，在同一型号滤膜的情况下，通过监测一定时间内ζ的增长率即可得到不溶物含量的多少；此时，ζ的增长率可以用不溶物含量ISAC _ΔP 来表示：

测定的ISAC数值越高，说明不溶物含量越高，水质越差；

步骤（6）的具体操作过程为：将三通球阀调至打开检测管路位置，调整第一流量调节阀，待水流稳定；在上位机显示器面板上设定好数据计算间隔时间T，则经过时间T后，可从面板上直接读取不溶物平均含量ISAC_ΔP、实时的压差ΔP、实时的流量Q、累积流量V。