CN112284449A - 一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置 - Google Patents

一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置。该实验装置由内循环系统、外循环系统、抑垢效果测试系统、数据分析系统四部分组成。其中，内循环系统包括水箱、循环泵、通过式加热器和内循环管道。外循环系统包括水箱，制冷机、循环泵和外循环管道。抑垢效果测试系统包括待评测的电磁抑垢设备。数据分析系统包括工业相机、红外热成像仪、数据采集模块。实验过程中可通过透明的换热管直观的观察其内部的结垢变化，并通过红外热像图和可见光图像记录结垢过程。通过实验过程流量和温度的变化计算电磁抑垢设备的抑垢效率。该实验装置的测试范围广，便于取垢分析，并具有多个测试指标，实验误差小，能够准确地评判电磁抑垢设备的抑垢性能。

Description

一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置
技术领域
本发明属于水处理领域，主要涉及一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置。
背景技术
管道结垢现象广泛存在于工业生产过程中。结垢可导致管道的机械强度降低、使用寿命缩短，严重影响生产效率和生产安全。研究表明，抑垢的方式主要包括化学法和物理法，其中基于电磁原理的抑垢方法具有不破坏管道及工质性状、高效节能、无污染等优点，长期以来是该领域研究和开发的热点，也已形成了各具特色的电磁抑垢设备。但市场调研及分析表明，各类设备仍普遍存在研发周期长、缺乏系统性的性能测试等问题，造成了抑垢效果参差不齐、适用性差。因此，在研发及测试阶段，对于能够模拟不同应用场景以实现设备性能的快速、综合性能测试的实验装置的需求已尤为凸显。
目前，用于抑垢设备性能测试的实验装置已稍见于相关文献报导。其方法为：针对管内的结垢状况，以污水或化学药剂所配制的溶液为工质，以换热系数、电导率、pH值、污垢热阻等参数为指标开展抑垢设备性能分析。这对于分析污垢这种难于具象表征的参数具有一定的适用性，但仍存在如下缺陷。其一：污垢热阻为换热参数的间接表征量，在测量及分析过程中难免引入模型或测量误差；其二：对于连续运行的测试系统，管内结垢、抑垢过程囿于非透明管材无法进行直观观测。
因此，本领域需要一种以管外壁结垢、抑垢过程为监测对象，可模拟不同性状、浓度致垢工质环境，模拟传热及垢质吸附及剥离过程，可结合图像技术、热成像技术观测其理化过程的抑垢设备性能测试实验装置，以构建综合评价指标和评测分析方法，促进电磁抑垢相关技术的研究及设备的发展和推广应用。
发明内容
本发明提供一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，以解决对电磁抑垢设备的研发与性能指标评测过程中的误差较大和标准不统一的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，实验装置包括：内循环系统、外循环系统、抑垢效果测试系统、数据分析系统四部分；其中，内循环系统包括水箱、循环泵、通过式加热器和内循环管道；外循环系统包括水箱，制冷机、循环泵和外循环管道；内循环管道从外循环管道内穿过共同构成换热管段；内、外循环系统的内、外循环管道进出口方向分别安装放液阀；抑垢效果测试系统包括安装在外循环系统管路上的待评测的电磁抑垢设备；换热管段的内、外循环管道入水口和出水口处分别安装流量计和热电阻，热电阻和流量计采集换热管段的内、外循环管道出入口温度及流量，并上传至数据采集模块；数据分析系统包括工业相机、红外热成像仪、数据采集模块；所述换热管段外循环管道为透明的，通过工业相机和红外热成像仪观察换热管段中内循环管外壁表面的结垢情况。
所述内循环系统，其水箱中工质为去离子水，并利用通过式加热器将工质加热到指定温度。
所述外循环系统，根据待评测电磁抑垢设备的测试需求，其水箱中所采用的工质可为成分、浓度不同的致垢溶液。
所述抑垢效果测试系统，待评测的电磁抑垢装置安装在外循环管道的出水口处。
所述热电阻和流量计，每分钟采集一次抑垢效果测试系统中换热管段的内、外循环管道出入口温度及流量，并上传至数据采集模块。
所述换热管段外侧换热流体循环管为透明的聚碳酸酯材质。
所述数据分析系统的工业相机和红外热成像仪安装于换热管段的中间位置，每十分钟采集一次换热管段中内循环管外壁表面图片和热流图，并将采集的图片上传至数据分析系统。
为了减少水流对系统的扰动，所述换热管段中的外循环管的出入口在换热管段的两侧。
所述换热管段外循环管段两端安装有可拆卸防水法兰，内循环管段两端安装有可快速拆卸防水堵头。
本发明所述的一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，其优点在于：成垢位置在换热管道外测，便于提取垢样进行后续分析；换热管段外侧为透明材质，可通过工业相机和红外热成像仪直观观察结垢过程及状态；具有多个评测指标、各个评测指标可相互验证进行综合性分析；同时本发明适用于不同原理所开发的电磁抑垢设备的实验测试及性能评测。
附图说明
图1是本发明的实验装置结构组成示意图；
图2是本发明的换热管段剖面图。
具体实施方式
所述一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，包括内循环系统、外循环系统、抑垢效果测试系统、数据分析系统四部分。其中，内循环系统包括水箱、循环泵、通过式加热器和内循环管道；外循环系统包括水箱，制冷机、循环泵和外循环管道；内循环管道从外循环管道内穿过共同构成换热管段；内、外循环系统的管道进出口方向分别安装放液阀。抑垢效果测试系统包括待评测的电磁抑垢设备，其换热管段的内、外循环管道入水口和出水口处分别安装流量计和热电阻。
所述内循环系统，其水箱中工质为去离子水，并利用通过式加热器将工质加热到指定温度。
所述外循环系统，根据待评测电磁抑垢设备的测试需求，其水箱中所采用的工质可为成分、浓度不同的致垢溶液。
所述抑垢效果测试系统，待评测的电磁抑垢装置安装在外循环管道的出水口处。
所述热电阻和流量计，每分钟采集一次抑垢效果测试系统中换热管段的内、外循环管道出入口温度及流量，并上传至数据采集模块。
所述抑垢效果测试系统，其换热管段外侧换热流体循环管为透明的聚碳酸酯材质，用于观察换热管段中内循环管外壁表面的结垢情况。
所述数据分析系统，其工业相机和红外热成像仪安装于换热管段的中间位置，每十分钟采集一次换热管段中内循环管外壁表面图片和热流图，并将采集的图片上传至数据分析系统。
所述抑垢效果测试系统，其换热管段中外循环管的出入口在换热管段的两侧，从而减少水流对系统的扰动。换热管段外循环管段两端安装有可拆卸防水法兰，内循环两段安装有可快速拆卸防水堵头。
参见图1、图2，本发明提供一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置。以致垢工质为碳酸钙水溶液开展电磁抑垢装置性能测试为例，其具体实施过程包括以下步骤：
步骤1，将适量的氯化钙(CaCl2)和碳酸氢钠(NaHCO3)粉末混合到适量蒸馏水中制备碳酸钙水溶液。混合这两种化学物质的化学反应如下:
CaCl2+2NaHCO3→2NaCl+CaCO3+H2O+CO2 (1)
步骤2，对图1中的换热管段17进行水循环测试，换热管段抛面图详见图2。首先通过防水法兰175(178、1710、1713)固定换热管段的外管段1712。连接换热管段的内管段177，两端通过快速拆卸防水堵头1714(173)固定。令内管道通水循环，外管道1712暂不通水，以测试快速拆卸防水堵头1714(173)的密封性。令内管道177不通水，外管道1712连接两个四分螺纹176(1711)通水循环，以测试防水法兰175(178、1710、1713)的密封性。
步骤3，按照图1安装整个实验台。向外循环水箱9和内循环水箱6中分别添加去离子水，其中外循环水箱9与制冷机7连接。打开外循环的水泵8、制冷机7，将温度设置为25℃，然后打开内循环的水泵5，待整个循环系统稳定后开启通过式加热器2，将温度设为60℃。通过热电阻1(3、14、16)测出冷、热水循环管道的进出口温度，通过流量计5(10)测出两管道的流量。
步骤4，向内循环水箱6中添加去离子水，外循环水箱9中添加步骤1制备的人工硬水。在外循环的进水管段上安装电磁抑垢装置11。其中外循环水箱与制冷机7连接。打开外循环的水泵8、制冷机7，将温度设置为25℃，然后打开内循环的水泵5，待整个循环系统稳定后开启通过式加热器2，将温度设为60℃。
步骤5，整个系统稳定运行后，通过工业相机15和红外热成像仪4每十分钟采集一次换热管段17内的可见光图像和红外热像图，流量计5(10)每分钟采集一次内、外循环管段的流量，热电阻1(3、14、16)每分钟采集一次进出口温度。并将采集的各个数据上传至数据采集模块12。
步骤6，系统换热效率分析。设冷水管道入水口温度为t1，出水口温度为t2，流量为q1；热水管入口温度为t3，出水口温度为t4，流量为q2；系统的换热效率为：
Figure BDA0002730236360000041
利用公式2实时计算系统的换热效率。在本实验中，引起系统换热效率变化的唯一因素为污垢，换热效率越高则说明所测试的电磁抑垢设备抑垢效果越好。
步骤7，分析步骤5中采集的可见光图像和红外热像图。获得可见光图像-时间，红外热像图-时间关系图，作为电磁抑垢设备性能评价指标。
步骤8，实验结束后，拆卸防水法兰175(178、1710、1713)和快速拆卸防水堵头1714(173)，刮取位于换热内管道177外表面的垢样。可SEM分析和EDS分析，观测垢样形貌和各原子数量的变化，作为电磁抑垢设备性能评价指标。

Claims (9)

1.一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，其特征在于，实验装置包括：内循环系统、外循环系统、抑垢效果测试系统、数据分析系统四部分；其中，内循环系统包括水箱、循环泵、通过式加热器和内循环管道；外循环系统包括水箱，制冷机、循环泵和外循环管道；内循环管道从外循环管道内穿过共同构成换热管段；内、外循环系统的内、外循环管道进出口方向分别安装放液阀；抑垢效果测试系统包括安装在外循环系统管路上的待评测的电磁抑垢设备；换热管段的内、外循环管道入水口和出水口处分别安装流量计和热电阻，热电阻和流量计采集换热管段的内、外循环管道出入口温度及流量，并上传至数据采集模块；数据分析系统包括工业相机、红外热成像仪、数据采集模块；所述换热管段外循环管道为透明的，通过工业相机和红外热成像仪观察换热管段中内循环管外壁表面的结垢情况。
2.根据权利要求1一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，其特征在于，所述内循环系统，其水箱中工质为去离子水，并利用通过式加热器将工质加热到指定温度。
3.根据权利要求1一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，其特征在于，所述外循环系统，根据待评测电磁抑垢设备的测试需求，其水箱中所采用的工质可为成分、浓度不同的致垢溶液。
4.根据权利要求1一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，其特征在于，所述抑垢效果测试系统，待评测的电磁抑垢装置安装在外循环管道的出水口处。
5.根据权利要求1一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，其特征在于，所述热电阻和流量计，每分钟采集一次抑垢效果测试系统中换热管段的内、外循环管道出入口温度及流量，并上传至数据采集模块。
6.根据权利要求1所述一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，其特征在于，所述换热管段外侧换热流体循环管为透明的聚碳酸酯材质。
7.根据权利要求1一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，其特征在于，所述数据分析系统的工业相机和红外热成像仪安装于换热管段的中间位置，每十分钟采集一次换热管段中内循环管外壁表面图片和热流图，并将采集的图片上传至数据分析系统。
8.根据权利要求1一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，其特征在于，为了减少水流对系统的扰动，所述换热管段中的外循环管的出入口在换热管段的两侧。
9.根据权利要求1所述一种用于测试电磁抑垢设备性能的实验装置，其特征在于，所述换热管段外循环管段两端安装有可拆卸防水法兰，内循环管段两端安装有可快速拆卸防水堵头。
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