CN112881050A - 一种换热器传热性能评价方法 - Google Patents

一种换热器传热性能评价方法 Download PDF

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CN112881050A CN202110032711.7A CN202110032711A CN112881050A CN 112881050 A CN112881050 A CN 112881050A CN 202110032711 A CN202110032711 A CN 202110032711A CN 112881050 A CN112881050 A CN 112881050A
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陆彬
刘永松
罗威
魏龙玮
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褚英杰
梁雪飞
韩尧鑫
张德山
熊伯炜
卢定坤
陈杰
戴煜朴
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Abstract

本发明涉及一种换热器传热性能评价方法，包括：获取换热器的监测参数；根据监测参数进行计算，获得流过换热器的实际流量；根据实际流量和监测参数，获得换热器在试验工况下的污垢传热系数；获取换热器在试验工况下的清洁传热系数；基于污垢传热系数和清洁传热系数进行修正，获得换热器在修正后的修正传热系数；根据修正传热系数对换热器的性能进行评价。本发明将试验工况所得到的换热器传热系数修正到验收工况下的传热系数，验收方式更合理，且还能减少系统温度、流量波动对传热系数的影响，便于换热器性能趋势跟踪，在换热器增加旁路后，不需要增加流量测量设备仍可实现对换热器的性能进行评价。

Description

一种换热器传热性能评价方法
技术领域
本发明涉及核电厂设备冷却水系统的技术领域，更具体地说，涉及一种换热器传热性能评价方法。
背景技术
设备冷却水系统(RRI)换热器是与核电厂安全有关的重要设备，RRI换热器传热性能是定期试验监督大纲中要求定期检验的项目，试验的目的是保证RRI换热器传热效率满足安全要求，是核电厂定期试验的重要组成部分。
由于RRI系统实施了冬季防低温改造，低温情况下需打开旁路，但在每周的换热器性能试验时需要关闭旁路进行，频繁开关旁路会引起RRI换热器下游用户温度波动。
目前的方案是通过直接计算试验工况下的传热系数，再与验收工况(安全工况)的传热系数标准相比来进行验收，而传热系数的计算受流量、温度影响，原有试验方案计算出的传热系数与安全工况的传热系数工况不同，因此，不能正确反映安全工况的传热系数，而且，对于换热器增加旁路后，因缺少流量测量设备，原有试验方案无法执行。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种换热器传热性能评价方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种换热器传热性能评价方法，包括：
获取换热器的监测参数；
根据所述监测参数进行计算，获得流过所述换热器的实际流量；
根据所述实际流量和所述监测参数，获得所述换热器在试验工况下的污垢传热系数；
获取所述换热器在试验工况下的清洁传热系数；
基于所述污垢传热系数和所述清洁传热系数进行修正，获得所述换热器在修正后的修正传热系数；
根据所述修正传热系数对所述换热器的传热性能进行评价。
在本发明所述的换热器传热性能评价方法中，所述监测参数包括：换热器热侧的测量流量、换热器热侧的出口温度、换热器热侧的进口温度、换热器热侧出口处的混合温度、换热器冷侧的进口温度、换热器冷侧的出口温度、换热器冷侧的测量流量。
在本发明所述的换热器传热性能评价方法中，所述根据所述监测参数进行计算，获得流过所述换热器的实际流量包括：
根据所述换热器热侧的测量流量、换热器热侧的出口温度、换热器热侧的进口温度、换热器热侧出口处的温度进行计算，获得流过所述换热器的实际流量。
在本发明所述的换热器传热性能评价方法中，所述根据所述实际流量和所述监测参数，获得所述换热器在试验工况下的污垢传热系数包括：
根据所述实际流量和所述监测参数进行计算，获得所述换热器的热负荷；
根据所述监测参数进行计算，获得对数平均温差；
根据所述换热器的热负荷和所述对数平均温差进行计算，获得所述换热器在试验工况下的污垢传热系数。
在本发明所述的换热器传热性能评价方法中，所述根据所述实际流量和所述监测参数进行计算，获得所述换热器的热负荷包括：
根据所述实际流量、所述换热器热侧的进口温度、所述换热器热侧出口处的混合温度、水比热容和水密度进行计算，获得所述换热器热侧负荷；
根据所述换热器冷侧的测量流量、所述换热器冷侧的进口温度、所述换热器冷侧的出口温度、水比热容和水密度进行计算，获得所述换热器冷侧负荷；
对所述换热器热侧负荷和所述换热器冷侧负荷进行均值运算，获得所述换热器热负荷。
在本发明所述的换热器传热性能评价方法中，所述根据所述换热器的热负荷和所述对数平均温差进行计算，获得所述换热器在试验工况下的污垢传热系数包括：
将所述换热器的热负荷与所述对数平均温差作商，获得所述换热器的热负荷与所述对数平均温差的商值；
所述换热器的热负荷与所述对数平均温差的商值为所述换热器在试验工况下的污垢传热系数。
在本发明所述的换热器传热性能评价方法中，所述获取所述换热器在试验工况下的清洁传热系数包括：
确定所述换热器的类型；
根据所述换热器的类型，获取所述换热器的出厂数据；
基于所述换热器的出厂数据进行拟合运算，获得拟合常数；
根据所述拟合常数及所述换热器的清洁传热系数的计算式子，获得所述换热器在试验工况下的清洁传热系数。
在本发明所述的换热器传热性能评价方法中，所述基于所述污垢传热系数和所述清洁传热系数进行修正，获得所述换热器在修正后的修正传热系数包括：
基于所述污垢传热系数和所述清洁传热系数，获得所述换热器的污垢程度；
根据所述换热器的污垢程度和所述清洁传热系数，获得所述换热器在修正后的修正传热系数。
在本发明所述的换热器传热性能评价方法中，所述基于所述污垢传热系数和所述清洁传热系数，获得所述换热器的污垢程度包括：
将所述污垢传热系数与所述清洁传热系数进行作商，获得所述污垢传热系数和所述清洁传热系数的商值；所述污垢传热系数和所述清洁传热系数的商值为所述换热器的污垢程度。
在本发明所述的换热器传热性能评价方法中，所述根据所述修正传热系数对所述换热器的传热性能进行评价包括：
分别获取两台换热器的修正传热系数；
将所述两台换热器的修正传热系数进行求和运算，获得两台换热器的修正传热系数的和；
将所述两台换热器的修正传热系数的和与预设值进行比较；
根据比较结果评价换热器的传热性能。
实施本发明的换热器传热性能评价方法，具有以下有益效果：包括：获取换热器的监测参数；根据监测参数进行计算，获得流过换热器的实际流量；根据实际流量和监测参数，获得换热器在试验工况下的污垢传热系数；获取换热器在试验工况下的清洁传热系数；基于污垢传热系数和清洁传热系数进行修正，获得换热器在修正后的修正传热系数；根据修正传热系数对换热器的性能进行评价。本发明将试验工况所得到的换热器传热系数修正到验收工况下的传热系数，验收方式更合理，且还能减少系统温度、流量波动对传热系数的影响，便于换热器性能趋势跟踪，在换热器增加旁路后，不需要增加流量测量设备仍可实现对换热器的性能进行评价。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例提供的换热器热侧的管路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的换热器传热性能评价方法的流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
为了解决核电厂设备冷却水系统换热器在低温情况下进行性能试验时所存在的问题，本发明提供了一种换热器性能评价方法，该将试验工况所得到的换热器传热系数修正到验收工况下的传热系数，验收方式更加合理；减少系统温度、流量波动对传热系数的影响，便于换热器性能趋势跟踪；对于换热器增加旁路后，不增加流量计等情况下，换热器性能试验仍然能正常执行。
具体的，参考图1，设备冷却水系统(RRI)在冬季运行模式下，部分流体通过旁路管线绕过换热器后与换热器下游经过换热降温后的流体混合。需要说明的是，图1所示为换热器热侧的结构示意图。而对于换热器冷侧则不需要设置旁路管线。
参考图2，图2为本发明实施例提供的换热器传热性能评价方法的流程示意图。
如图2所示，该换热器传热性能评价方法包括：
步骤S201、获取换热器的监测参数。
其中，监测参数包括：换热器热侧的测量流量、换热器热侧的出口温度、换热器热侧的进口温度、换热器热侧出口处的混合温度、换热器冷侧的进口温度、换热器冷侧的出口温度、换热器冷侧的测量流量。可以理解地，这些监测参数均可通过现有的测量装置或者监测仪表直接测得，在增加旁路管线的情况下，不需要增加测量装置或者监测仪表，且本发明在进行换热器传热性能评价时，也不需要关闭旁路，从而避免因频繁开关旁路引起RRI换热器下游用户温度波动的问题。
步骤S202、根据监测参数进行计算，获得流过换热器的实际流量。
一些实施例中，根据监测参数进行计算，获得流过换热器的实际流量包括：根据换热器热侧的测量流量、换热器热侧的出口温度、换热器热侧的进口温度、换热器热侧出口处的温度进行计算，获得流过换热器的实际流量。
具体的，流过换热器的实际流量满足：
q′RRI×(T1-T2′)＝qRRI×(T1-T2)
Figure BDA0002892104760000061
其中，q′RRI为换热器热侧的测量流量，T1为换热器热侧的进口温度，T2为换热器热侧的出口温度，T2′为换热器热侧出口处的混合温度。
步骤S203、根据实际流量和监测参数，获得换热器在试验工况下的污垢传热系数。
可选的，换热器在试验工况下的污垢传热系数为换热器实际运行下的传热系数。
一些实施例中，根据实际流量和监测参数，获得换热器在试验工况下的污垢传热系数包括：根据实际流量和监测参数进行计算，获得换热器的热负荷；根据监测参数进行计算，获得对数平均温差；根据换热器的热负荷和对数平均温差进行计算，获得换热器在试验工况下的污垢传热系数。
一些实施例中，根据实际流量和监测参数进行计算，获得换热器的热负荷包括：根据实际流量、换热器热侧的进口温度、换热器热侧出口处的混合温度、水比热容和水密度进行计算，获得换热器热侧负荷；根据换热器冷侧的测量流量、换热器冷侧的进口温度、换热器冷侧的出口温度、水比热容和水密度进行计算，获得换热器冷侧负荷；对换热器热侧负荷和换热器冷侧负荷进行均值运算，获得换热器热负荷。
进一步地，一些实施例中，根据换热器的热负荷和对数平均温差进行计算，获得换热器在试验工况下的污垢传热系数包括：将换热器的热负荷与对数平均温差作商，获得换热器的热负荷与对数平均温差的商值；换热器的热负荷与对数平均温差的商值为换热器在试验工况下的污垢传热系数。
具体的，根据(1)式计算得到流过换热器的实际流量后，根据所计算得到的流过换热器的实际流量、换热器热侧的进口温度、换热器热侧出口处的混合温度、水比热容以及水密度即可计算出换热器热侧负荷，用数学表达式可表示为：
Figure BDA0002892104760000071
其中，Qh为换热器热侧负荷，cRRI为换热器热侧的水比热容，ρRRI为换热器热侧的水密度。
进一步地，在获得换热器冷侧的测量流量、换热器冷侧的进口温度、换热器冷侧的出口温度、水比热容和水密度后，即可计算得到换热器冷侧负荷，数学表达式可表示为：
Figure BDA0002892104760000072
其中，Qc为换热器热侧负荷，cSEC为换热器热侧的水比热容，ρSEC为换热器热侧的水密度，q′SEC为换热器冷侧的测量流量，t2为换热器冷侧的出口温度，t1为换热器冷侧的进口温度。
进一步地，将(2)式与(3)式求和除以2即可得到换热器热负荷，即：
Figure BDA0002892104760000073
其中，Q为换热器热负荷。
一些实施例中，对数平均温度满足：
Figure BDA0002892104760000074
因此，通过(5)式可直接算出换热器的对数平均温差。
进一步地，换热器在试验工况下的污垢传热系数满足：
Figure BDA0002892104760000081
将(4)式和(5)式代入(6)式即可得到换热器在试验工况下的污垢传热系数。
步骤S204、获取换热器在试验工况下的清洁传热系数。
具体的，换热器在试验工况下的清洁传热系数为换热器不带污垢的传热系数，即换热器在厂家制造时，由厂家根据换热器类型制定的的一套模型。
一些实施例中，获取换热器在试验工况下的清洁传热系数包括：确定换热器的类型；根据换热器的类型，获取换热器的出厂数据；基于换热器的出厂数据进行拟合运算，获得拟合常数；根据拟合常数及换热器的清洁传热系数的计算式子，获得换热器在试验工况下的清洁传热系数。
可以理解地，换热器在试验工况下的清洁传热系数与其本身属性有关，即不同的换热器，其在试验工况下的清洁传热系数不同。以下用一个具体实施例进行说明：
具体的，换热器在试验工况下的清洁传热系数满足：
Figure BDA0002892104760000082
其中，μ为动力粘度，λ为热导率，qSEC为换热器冷侧的测量流量，qSEC为流过换热器的实际流量。A、B、C、D、x、y为通过换热器的出厂数据进行拟合运算得到的拟合常数。
具体的，换热器的出厂数据为由厂家提供的多组工况下(不同的流量、不同的温度)的清洁传热系数的数据。因此，根据厂家提供的多组工况下的清洁传热系数的数据进行拟合可得到(7)式中的A、B、C、D、x、y的具体值，其中，不同的换热器，A、B、C、D、x、y值不同。
在该实施例中，通过拟合可得到A、B、C、D、x、y值如下表所示：
参数 N1/2拟合常数
A 2.118877
B 2.18817
C 0.03813
D 1.163
x 0.792624
骤S205、基于污垢传热系数和清洁传热系数进行修正，获得换热器在修正后的修正传热系数。
一些实施例中，基于污垢传热系数和清洁传热系数进行修正，获得换热器在修正后的修正传热系数包括：基于污垢传热系数和清洁传热系数，获得换热器的污垢程度；根据换热器的污垢程度和清洁传热系数，获得换热器在修正后的修正传热系数。
进一步地，一些实施例中，基于污垢传热系数和清洁传热系数，获得换热器的污垢程度包括：将污垢传热系数与清洁传热系数进行作商，获得污垢传热系数和清洁传热系数的商值；污垢传热系数和清洁传热系数的商值为换热器的污垢程度。
具体的，换热器的污垢程度满足：
Figure BDA0002892104760000091
因此，将(6)式和(7)式代入(8)式即可得到当前换热器的污垢程度。
进一步地，在获得换热器的污垢程度后即可将试验工况下直接计算的传热系数修正到验收工况下的换热系数。
设一具体的验收工况为一回路管道破损工况(即LOCA工况)，因此，可得到：
KSfouling_IAC＝α*KSclean_IAC (9)。
其中，(9)式中的KSclean_IAC即为LOCA工况下的清洁传热系数，可通过(7)式计算得到。KSfouling_IAC为LOCA工况下的带污垢传热系数。
因此，根据(9)式在计算得到KSclean_IAC和α后，即可计算得到在LOCA工况下的传热系数，该传热系数即为验收工况下的传热系数。
步骤S206、根据修正传热系数对换热器的性能进行评价。
一些实施例中，根据修正传热系数对换热器的性能进行评价包括：分别获取两台换热器的修正传热系数；将两台换热器的修正传热系数进行求和运算，获得两台换热器的修正传热系数的和；将两台换热器的修正传热系数的和与预设值进行比较；根据比较结果评价换热器的传热性能。
可以理解地，该实施例中，两台同类型的换热器配套使用，因此，在该实施例中，需要按照步骤S201-步骤S205的方法分别计算两台换热器的修正传热系数，进而基于两台换热器的修正传热系数与验收标准对换热器的传热性能进行评价。需要说明的是，在其他一些实施例中，当有一台或者多台换热器配套使用时，则可根据一台或者多台(三台或者三台以上)的验收标准进行评价。
该实施例中，两台同类型的换热器配套使用的验收标准为：若两台换热器的修正传热系数之和大于4.6MW/℃，则试验合格，则可判定该两台换热器的传热性能合格。
本发明实施例拟合换热器的清洁传热系数，通过计算得到热侧流过换热器的实际流量，同时引入污垢因子的方法，将试验工况下直接计算的传热系数修正到LOCA工况，实现了换热器旁路开启状态下可以执行换热器效率试验，同时最终得出的传热系数结果更加符合安全工况的验收要求。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种换热器传热性能评价方法，其特征在于，包括：
获取换热器的监测参数；
根据所述监测参数进行计算，获得流过所述换热器的实际流量；
根据所述实际流量和所述监测参数，获得所述换热器在试验工况下的污垢传热系数；
获取所述换热器在试验工况下的清洁传热系数；
基于所述污垢传热系数和所述清洁传热系数进行修正，获得所述换热器在修正后的修正传热系数；
根据所述修正传热系数对所述换热器的传热性能进行评价。
2.根据权利要求1所述的换热器传热性能评价方法，其特征在于，所述监测参数包括：换热器热侧的测量流量、换热器热侧的出口温度、换热器热侧的进口温度、换热器热侧出口处的混合温度、换热器冷侧的进口温度、换热器冷侧的出口温度、换热器冷侧的测量流量。
3.根据权利要求2所述的换热器传热性能评价方法，其特征在于，所述根据所述监测参数进行计算，获得流过所述换热器的实际流量包括：
根据所述换热器热侧的测量流量、换热器热侧的出口温度、换热器热侧的进口温度、换热器热侧出口处的温度进行计算，获得流过所述换热器的实际流量。
4.根据权利要求2所述的换热器传热性能评价方法，其特征在于，所述根据所述实际流量和所述监测参数，获得所述换热器在试验工况下的污垢传热系数包括：
根据所述实际流量和所述监测参数进行计算，获得所述换热器的热负荷；
根据所述监测参数进行计算，获得对数平均温差；
根据所述换热器的热负荷和所述对数平均温差进行计算，获得所述换热器在试验工况下的污垢传热系数。
5.根据权利要求4所述的换热器传热性能评价方法，其特征在于，所述根据所述实际流量和所述监测参数进行计算，获得所述换热器的热负荷包括：
根据所述实际流量、所述换热器热侧的进口温度、所述换热器热侧出口处的混合温度、水比热容和水密度进行计算，获得所述换热器热侧负荷；
根据所述换热器冷侧的测量流量、所述换热器冷侧的进口温度、所述换热器冷侧的出口温度、水比热容和水密度进行计算，获得所述换热器冷侧负荷；
对所述换热器热侧负荷和所述换热器冷侧负荷进行均值运算，获得所述换热器热负荷。
6.根据权利要求4所述的换热器传热性能评价方法，其特征在于，所述根据所述换热器的热负荷和所述对数平均温差进行计算，获得所述换热器在试验工况下的污垢传热系数包括：
将所述换热器的热负荷与所述对数平均温差作商，获得所述换热器的热负荷与所述对数平均温差的商值；
所述换热器的热负荷与所述对数平均温差的商值为所述换热器在试验工况下的污垢传热系数。
7.根据权利要求1所述的换热器传热性能评价方法，其特征在于，所述获取所述换热器在试验工况下的清洁传热系数包括：
确定所述换热器的类型；
根据所述换热器的类型，获取所述换热器的出厂数据；
基于所述换热器的出厂数据进行拟合运算，获得拟合常数；
根据所述拟合常数及所述换热器的清洁传热系数的计算式子，获得所述换热器在试验工况下的清洁传热系数。
8.根据权利要求1所述的换热器传热性能评价方法，其特征在于，所述基于所述污垢传热系数和所述清洁传热系数进行修正，获得所述换热器在修正后的修正传热系数包括：
基于所述污垢传热系数和所述清洁传热系数，获得所述换热器的污垢程度；
根据所述换热器的污垢程度和所述清洁传热系数，获得所述换热器在修正后的修正传热系数。
9.根据权利要求8所述的换热器传热性能评价方法，其特征在于，所述基于所述污垢传热系数和所述清洁传热系数，获得所述换热器的污垢程度包括：
将所述污垢传热系数与所述清洁传热系数进行作商，获得所述污垢传热系数和所述清洁传热系数的商值；所述污垢传热系数和所述清洁传热系数的商值为所述换热器的污垢程度。
10.根据权利要求1所述的换热器传热性能评价方法，其特征在于，所述根据所述修正传热系数对所述换热器的传热性能进行评价包括：
分别获取两台换热器的修正传热系数；
将所述两台换热器的修正传热系数进行求和运算，获得两台换热器的修正传热系数的和；
将所述两台换热器的修正传热系数的和与预设值进行比较；
根据比较结果评价换热器的传热性能。
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