CN111398526A - 一种循环冷却水监测换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环冷却水监测换热系统，其包括物料回路以及循环水回路；物料回路包括导热油加热器、模拟换热器以及过热保护器；导热油加热器与模拟换热器之间依序设置有第一流量计以及第一温度传感器，模拟换热器与过热保护器之间设置有第二温度传感器，过热保护器与导热油加热器之间设置有第三温度传感器；循环水回路包括水循环装置、模拟换热器以及换热管；水循环装置与模拟换热器之间依序设置有第二流量计以及第四温度传感器模拟换热器与换热管之间依序设置有第五温度传感器以及第一压力传感器，换热管与水循环装置之间设置有第二压力传感器。本发明实现对工业循环水的模拟实验及现场工况实时监测。

Description

一种循环冷却水监测换热系统

技术领域

本发明涉及一种循环冷却水监测换热系统。

背景技术

目前，常用的工业循环水监测换热器在实验室给定条件下，用常压饱和蒸汽加热模拟换热器，模拟冷却水现场各工艺参数，综合评定水处理剂的缓蚀与阻垢性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种循环冷却水监测换热系统，实现对工业循环水的模拟实验及现场工况实时监测。

为实现上述目的，本发明所提供的一种循环冷却水监测换热系统，包括物料回路以及循环水回路；所述物料回路包括沿输送方向依序连接形成回路的导热油加热器、模拟换热器以及过热保护器；所述导热油加热器与所述模拟换热器之间依序设置有第一流量计以及第一温度传感器，所述模拟换热器与所述过热保护器之间设置有第二温度传感器，所述过热保护器与所述导热油加热器之间设置有第三温度传感器；所述循环水回路包括沿输送方向依序连接形成回路的水循环装置、所述模拟换热器以及换热管；所述水循环装置与所述模拟换热器之间依序设置有第二流量计以及第四温度传感器；所述模拟换热器与所述换热管之间依序设置有第五温度传感器以及第一压力传感器，所述换热管与所述水循环装置之间设置有第二压力传感器；所述模拟换热器的热媒进口与导热油加热器连接，所述模拟换热器的热媒出口与所述过热保护器连接；所述模拟换热器的冷媒进口与所述水循环装置连接，所述模拟换热器的冷媒出口与所述换热管连接。

上述循环冷却水监测换热系统中，所述过热保护器包括水冷机以及保护换热器，所述保护换热器的冷媒进出口分别连接所述水冷机的进出口形成回路，所述水冷机与所述保护换热器之间依序设置有第三流量计以及第六温度传感器，所述保护换热器与所述水冷机之间设置有第七温度传感器；所述保护换热器的热媒进口与模拟换热器的热媒出口连接，所述保护换热器的热媒出口与所述导热油加热器连接。

上述循环冷却水监测换热系统中，所述有第二流量计以及第四温度传感器之间通过管道连接于所述第一流量计以及第一温度传感器之间，所述过热保护器与所述第二温度传感器之间通过管道连接于所述水冷机与所述第七温度传感器之间。

上述循环冷却水监测换热系统中，所述水循环装置包括冷却风机以及循环水池，所述循环水池的进出口分别与所述模拟换热器的冷媒进口以及水循环装置连接。

上述循环冷却水监测换热系统中，还包括与所述循环水池连接的补充水池，所述补充水池与所述循环水池之间还设置有第四流量计；所述补充水池连接有排空阀以及第五流量计，所述循环水池内设置有第八温度传感器以及第一液位计，所述补充水池内设置有第九温度传感器以及第二液位计。

上述循环冷却水监测换热系统中，所述循环水池设置有排污装置，所述排污装置包括连接所述循环水池的排污阀以及第六流量计。

上述循环冷却水监测换热系统中，还包括水质检测装置，所述水质检测装置通过输入管道分别连接所述循环水池；所述水质检测装置通过输出管道分别连接所述补充水池连接。

上述循环冷却水监测换热系统中，所述水质检测装置内设置有氯离子传感器、电导率传感器、pH传感器、ORP传感器、微生物粘泥传感器、碳钢腐蚀速率在线传感器、铜腐蚀速率在线传感器、304不锈钢腐蚀速率在线传感器以及在线荧光示踪自动加药系统。

上述循环冷却水监测换热系统中，所述导热油加热器设置有警报装置，所述警报装置包括第三液位计、第十温度传感器以及第三压力传感器。

上述循环冷却水监测换热系统中，还包括用于检测管控所述循环冷却水监测换热系统各数据参数的管控平台。

上述技术方案所提供的一种循环冷却水监测换热系统，与现有技术相比，其有益效果包括：在物料回路中，用导热油代替常压饱和蒸汽加热模拟换热器，导热油在导热油加热器加热后输送至模拟换热器，途经第一流量计和第一温度传感器，收集模拟换热器的物料测进口温度、流量和流速，通过在模拟换热器内与循环水回路中的循环水完成热交换后流经第二温度传感器，得到物料出口温度，进入过热保护器作热交换，经降温后的导热油流经第三温度传感器确认导热油温度低于设定温度后回到导热油加热器中进行重新加热，用于实验的循环冷却水置于水循环装置中输送至模拟换热器，第二流量计以及第四温度传感器，收集模拟换热器的循环水回路的进口温度、流量和流速。在模拟换热器内与导热油完成热交换后流经第五温度传感器得到循环水出口温度，然后循环水先后经过第一压力传感器、换热管以及第二压力传感器，得到循环水进出换热管的两项压力值，利用两者的压力差比照经验公式计算沉积物管内生物粘泥等构成的沉积物质量和附着情况，从而推算模拟换热器内换热管的沉积物质量和附着情况，由于模拟换热器内工况基本与现场换热器工况一致，进而可推算现场换热器内换热管的情况，实现在不停车的状态下实时监测换热管的沉积物附着情况。

附图说明

图1是本发明的循环冷却水监测换热系统的结构示意图。

其中，1－导热油加热器，2－模拟换热器，3－过热保护器，301－，水冷机，302－保护换热器，4－第一流量计，5－第一温度传感器，6－第二温度传感器，7－第三温度传感器，8－水循环装置，9－换热管，10－第二流量计，11－第四温度传感器，12－第五温度传感器，13－第一压力传感器，14－第二压力传感器，15－第三流量计，16－第六温度传感器，17－第七温度传感器，18－补充水池，19－第四流量计，20－排空阀，21－第五流量计，22－第八温度传感器，23－第一液位计，24－第九温度传感器，25－第二液位计，26－排污阀，27－第六流量计，28－水质检测装置，29－氯离子传感器，30－电导率传感器，31－pH传感器，32－ORP传感器，33－微生物粘泥传感器，34－碳钢腐蚀速率在线传感器，35－铜腐蚀速率在线传感器，36－304不锈钢腐蚀速率在线传感器，37－在线荧光示踪自动加药系统，38－第三液位计，39－第十温度传感器，40－第三压力传感器，41－管控平台，42－水泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参阅附图1，包括物料回路以及循环水回路；物料回路包括沿输送方向依序连接形成回路的导热油加热器1、模拟换热器2以及过热保护器3；导热油加热器1与模拟换热器2之间依序设置有第一流量计4以及第一温度传感器5，模拟换热器2与过热保护器3之间设置有第二温度传感器6，过热保护器3与导热油加热器1之间设置有第三温度传感器7；循环水回路包括沿输送方向依序连接形成回路的水循环装置8、模拟换热器2以及换热管9；水循环装置8与模拟换热器2之间依序设置有第二流量计10以及第四温度传感器11；模拟换热器2与换热管9之间依序设置有第五温度传感器12以及第一压力传感器13，换热管9与水循环装置8之间设置有第二压力传感器14；模拟换热器2的热媒进口与导热油加热器1连接，模拟换热器2的热媒出口与过热保护器3连接；模拟换热器2的冷媒进口与水循环装置8连接，模拟换热器2的冷媒出口与换热管9连接。

基于上述技术特征，在物料回路中，用导热油代替常压饱和蒸汽加热模拟换热器2，导热油在导热油加热器1加热后输送至模拟换热器2，途经第一流量计4和第一温度传感器5，收集模拟换热器2的物料测进口温度、流量和流速，通过在模拟换热器2内与循环水回路中的循环水完成热交换后流经第二温度传感器6，得到物料出口温度，进入过热保护器3作热交换，经降温后的导热油流经第三温度传感器7确认导热油温度低于设定温度后回到导热油加热器1中进行重新加热，用于实验的循环冷却水置于水循环装置8中输送至模拟换热器2，第二流量计10以及第四温度传感器11，收集模拟换热器2的循环水回路的进口温度、流量和流速。在模拟换热器2内与导热油完成热交换后流经第五温度传感器12得到循环水出口温度，然后循环水先后经过第一压力传感器13、换热管9以及第二压力传感器14，得到循环水进出换热管9的两项压力值，利用两者的压力差比照经验公式计算沉积物管内生物粘泥等构成的沉积物质量和附着情况，从而推算模拟换热器2内换热管9的沉积物质量和附着情况，由于模拟换热器2内工况基本与现场换热器工况一致，进而可推算现场换热器内换热管9的情况，实现在不停车的状态下实时监测换热管9的沉积物附着情况；其中第四温度传感器11还可用于保护导热油加热器1，避免其因温度过高炸膛。

过热保护器3包括水冷机301以及保护换热器302，保护换热器302的冷媒进出口分别连接水冷机301的进出口形成回路，水冷机301与保护换热器302之间依序设置有第三流量计15以及第六温度传感器16，保护换热器302与水冷机301之间设置有第七温度传感器17；保护换热器302的热媒进口与模拟换热器2的热媒出口连接，保护换热器302的热媒出口与导热油加热器1连接；导热油通过与水冷机301出来的冷水在保护换热器302中作热交换，经降温后的导热油流经回到导热油加热锅炉，重新加热；通过第三流量计15以及第六温度计测算出水冷机301流出的冷液的温度、流量和流速；通过第七温度传感器17测算出保护换热器302的出口处冷液温度。

有第二流量计10以及第四温度传感器11之间通过管道连接于第一流量计4以及第一温度传感器5之间，过热保护器3与第二温度传感器6之间通过管道连接于水冷机301与第七温度传感器17之间；当采用低温液作为换热物料时，可通过闭合物料回路的其它管路，冷液通过水冷机301降温输送泵输送至模拟换热器2，途经第三流量计15、第六温度传感器16，用于收集冷液进口的流速、流量和进口温度，在冷液进入模拟换热器2与循环水完回路成热交换后通过第一温度传感器5后回到水冷机301，完成一次物料回路的循环，即可实现低温液作为换热物料。

水循环装置8包括冷却风机以及循环水池，循环水池的进出口分别与模拟换热器2的冷媒进口以及水循环装置8连接；循环水通过风机冷却后跌落至循环水池，实现循环。

还包括与循环水池连接的补充水池18，补充水池18与循环水池之间还设置有第四流量计19；补充水池18连接有排空阀20以及第五流量计21，循环水池内设置有第八温度传感器22以及第一液位计23，补充水池18内设置有第九温度传感器24以及第二液位计25；循环水池内设有第一液位计23，当液位低于设定值时，试验用的补充水从补充水池18抽至循环水池内，由第五流量计21记录补充水量。循环水池内设有第一液位计23，当池内水位低于报警值时，会自动报警，提醒管理人员或实验人员及时补充。同时设有排空阀20和第五流量计21用于统计实验结束后补充水剩余水量，用于精确统计循环水浓缩倍数；通过第八温度传感器22以及第九温度传感器24用于记录循环水池以及补充水池18内的温度。

循环水池设置有排污装置，排污装置包括连接循环水池的排污阀26以及第六流量计27；通过第六流量计27记录排污的流量以及流速，便于后期的计算与统计。

还包括水质检测装置28，水质检测装置28通过输入管道分别连接循环水池；水质检测装置28通过输出管道分别连接补充水池18连接；水质检测装置28内设置有氯离子传感器29、电导率传感器30、pH传感器31、ORP传感器32、微生物粘泥传感器33、碳钢腐蚀速率在线传感器34、铜腐蚀速率在线传感器35、304不锈钢腐蚀速率在线传感器36以及在线荧光示踪自动加药系统37；循环水池的通过管道泵取水样，经过氯离子传感器29、电导率传感器30、pH传感器31、ORP传感器32、微生物粘泥传感器33、碳钢腐蚀速率在线传感器34、铜腐蚀速率在线传感器35、304不锈钢腐蚀速率在线传感器36分别检测相应的水质数据，最后经过在线荧光示踪自动加药系统37，管理人员设置荧光示踪加药浓度，低于设定值后自动投加药剂到取样水内，回路回至循环水池，实现药剂的旁路投加，药剂可在循环水回路循环。补充水池18由的通过管道泵取水样，经过氯离子传感器29、电导率传感器30、pH传感器31、ORP传感器32、微生物粘泥传感器33、碳钢腐蚀速率在线传感器34、铜腐蚀速率在线传感器35以及304不锈钢腐蚀速率在线传感器36分别检测相应的水质数据。

导热油加热器1设置有警报装置，警报装置包括第三液位计38、第十温度传感器39以及第三压力传感器40。通过第三液位计38、第十温度传感器39以及第三压力传感器40的检测，当液位、温度以及压力低于或高于安全值时则触发断电保护和远程自动报警，确保锅炉安全。

还包括用于检测管控循环冷却水监测换热系统各数据参数的管控平台41，通过PLC电脑微机以及移动设备智能管控平台41实现对本系统的各传感器数值的监控，并根据内置控制公式和现场管理人员和实验人员设置的控制参数、报警参数和紧急停机参数。

综上，用导热油代替常压饱和蒸汽加热模拟换热器2，导热油的温度可精确控制在40－300℃，误差不大于±1℃，通过管道增压泵输送至模拟换热器2的物料侧与循环水侧进行换热过程，精准模拟冷却水现场的流速、水质、流态、换热材质、换热强度、冷却水进出口温度、浓缩倍率、pH值、电导率值、水处理剂添加浓度等主要工艺参数，综合评定水处理剂的缓蚀与阻垢性能和进行循环水药剂不同浓缩倍率运行工况对换热管9腐蚀、结垢性能的监测。

使用冷水机为系统制造冷源，出水可控制在0－30℃，通过管道输送泵输送至模拟换热器2的物料测与循环水侧进行换热过程，模拟“低温垢”形成环境，可用于低温阻垢剂的开发和大型空分系统的现场监测。同时在不做低温垢模拟的时候，导热油与循环水进行完换热过程后温度仍较高，需要进入保护换热器302作进一步冷却降温后才能回流至锅炉内。冷水机可接入保护换热器302给导热油降温。与常规模拟换热器2使用直流自来水冷却剩余水蒸气的方式比较，本方法在实验过程中可节省大量水资源。

在模拟换热器2的循环出水侧增设一根换热管9，材质与管径均与换热器内的换热管9相同。在换热管9的进出口处均设置压力传感器，通过监测两端压差的变化反映换热管9内沉积物变化情况。这是因为换热管9内如有沉积物出现，会使管径变小，进出口的水流压力差变大。通过数学模型的建立，可在设备不停机的情况下较准确地反映换热器内部沉积物变化情况，为循环水现场管理人员对加药方案的调整优化，换热器运行情况提供参考。

还可在管式换热器内预设安装翅片等各种新型换热管9的接口，在每次实验开始前随时更换对应实际生产工况的换热管9再开始实验。其中，本发明中，流体可通过水泵42进行泵取输送。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种循环冷却水监测换热系统，其特征在于，包括物料回路以及循环水回路；

所述物料回路包括沿输送方向依序连接形成回路的导热油加热器、模拟换热器以及过热保护器；所述导热油加热器与所述模拟换热器之间依序设置有第一流量计以及第一温度传感器，所述模拟换热器与所述过热保护器之间设置有第二温度传感器，所述过热保护器与所述导热油加热器之间设置有第三温度传感器；

所述循环水回路包括沿输送方向依序连接形成回路的水循环装置、所述模拟换热器以及换热管；所述水循环装置与所述模拟换热器之间依序设置有第二流量计以及第四温度传感器；所述模拟换热器与所述换热管之间依序设置有第五温度传感器以及第一压力传感器，所述换热管与所述水循环装置之间设置有第二压力传感器；

所述模拟换热器的热媒进口与导热油加热器连接，所述模拟换热器的热媒出口与所述过热保护器连接；所述模拟换热器的冷媒进口与所述水循环装置连接，所述模拟换热器的冷媒出口与所述换热管连接。

2.如权利要求1所述的循环冷却水监测换热系统，其特征在于，所述过热保护器包括水冷机以及保护换热器，所述保护换热器的冷媒进出口分别连接所述水冷机的进出口形成回路，所述水冷机与所述保护换热器之间依序设置有第三流量计以及第六温度传感器，所述保护换热器与所述水冷机之间设置有第七温度传感器；所述保护换热器的热媒进口与模拟换热器的热媒出口连接，所述保护换热器的热媒出口与所述导热油加热器连接。

3.如权利要求2所述的循环冷却水监测换热系统，其特征在于，所述有第二流量计以及第四温度传感器之间通过管道连接于所述第一流量计以及第一温度传感器之间，所述过热保护器与所述第二温度传感器之间通过管道连接于所述水冷机与所述第七温度传感器之间。

4.如权利要求3所述的循环冷却水监测换热系统，其特征在于，所述水循环装置包括冷却风机以及循环水池，所述循环水池的进出口分别与所述模拟换热器的冷媒进口以及水循环装置连接。

5.如权利要求4所述的循环冷却水监测换热系统，其特征在于，还包括与所述循环水池连接的补充水池，所述补充水池与所述循环水池之间还设置有第四流量计；所述补充水池连接有排空阀以及第五流量计，所述循环水池内设置有第八温度传感器以及第一液位计，所述补充水池内设置有第九温度传感器以及第二液位计。

6.如权利要求4所述的循环冷却水监测换热系统，其特征在于，所述循环水池设置有排污装置，所述排污装置包括连接所述循环水池的排污阀以及第六流量计。

7.如权利要求5所述的循环冷却水监测换热系统，其特征在于，还包括水质检测装置，所述水质检测装置通过输入管道分别连接所述循环水池；所述水质检测装置通过输出管道分别连接所述补充水池连接。

8.如权利要求7所述的循环冷却水监测换热系统，其特征在于，所述水质检测装置内设置有氯离子传感器、电导率传感器、pH传感器、ORP传感器、微生物粘泥传感器、碳钢腐蚀速率在线传感器、铜腐蚀速率在线传感器、304不锈钢腐蚀速率在线传感器以及在线荧光示踪自动加药系统。

9.如权利要求1所述的循环冷却水监测换热系统，其特征在于，所述导热油加热器设置有警报装置，所述警报装置包括第三液位计、第十温度传感器以及第三压力传感器。

10.如权利要求1－9任一项所述的循环冷却水监测换热系统，其特征在于，还包括用于检测管控所述循环冷却水监测换热系统各数据参数的管控平台。

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