CN114324128B - 一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置及方法，该试验装置包括储液箱、振源和热源，储液箱的外部设置有用于固定U形管的固定架，固定架上还设有用于向U形管表面喷淋冷却液的喷头，热源连接在U形管的一端以向U形管内通入热介质，U形管位于储液箱上方的开口处，U形管的一端固定在固定架上，U形管的另一端连接有定位架，振源滑动设置在定位架上，定位架与U形管可升降的滑动并转动连接，以通过调整振源与U形管的相对位置从而改变U形管的振频、振幅及振动方向。本发明用于模拟换热器弯头在实际应用中的真实工况，保证了试验工况的相似性，试验结果可靠。
Description
技术领域
本发明涉及换热器腐蚀试验装置领域，具体的说是一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置及方法。
背景技术
随着随着石油化工、煤化工、液化天然气装置的大型化发展，管式换热器以其传热效率高、结构紧凑等优点得到了大量的使用。管式换热器在使用过程中通过向其外表面喷淋冷却水使其内部的热介质冷却，一方面冷却水可以直接带走换热器内部热介质的热量，另一方面冷却水的蒸发也可以使换热器散热，因此，通过喷淋方式的管式散热器在实际应用中较为广泛。
但是，在沿海城市使用管式换热器时，换热器弯头处的腐蚀现象比较严重。换热器弯头的设计寿命一般在8—10年，而实际应用中换热器弯头投入使用后半年即会发生结垢现象，随着结垢现象的进一步加重则会在弯头的表面发生腐蚀、生成红锈，严重的还会出现蚀坑，最终对换热器的使用寿命造成影响。经研究发现在换热器的弯头处喷涂防腐涂层可以减缓结垢和腐蚀现象的发生，但是，目前在判定不同厚度防腐涂层对换热器弯头腐蚀现象影响的试验过程中，无法模拟换热器弯头在实际应用时的真实工况，试验结果的参考性较差。
发明内容
本发明旨在提供一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置及方法，以模拟换热器弯头在实际应用中的真实工况，保证了试验工况的相似性，试验结果可靠。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为：一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置，包括储液箱、振源和热源，储液箱的外部设置有用于固定U形管的固定架，固定架上还设有用于向U形管表面喷淋冷却液的喷头，热源连接在U形管的一端以向U形管内通入热介质，U形管位于储液箱上方的开口处，U形管的一端固定在固定架上，U形管的另一端连接有定位架，振源滑动设置在定位架上，定位架与U形管可升降的滑动并转动连接，以通过调整振源与U形管的相对位置从而改变U形管的振频、振幅及振动方向。
作为上述技术方案的进一步优化，定位架包括定位套和滑轨，滑轨用于供振源在其上滑动，定位套连接在滑轨的端部且滑轨的长度方向与定位套的轴向垂直，定位套套设在U形管上并用于沿U形管上下滑动或绕U形管转动。
作为上述技术方案的进一步优化，固定架上固定的U形管为并列设置的多个，热源的热介质由U形管的一端进入U形管内并由U形管的另一端流出。
作为上述技术方案的进一步优化，固定架上固定的U形管为并列设置的多个，相邻的U形管之间依次通过连接管连通，热源的热介质由边部的U形管进入并流经另外两个U形管后流出。
作为上述技术方案的进一步优化，储液箱的侧壁上设置有输液机构，输液机构与喷头连接。
作为上述技术方案的进一步优化，输液机构包括输液管和设置在输液管上的输送泵。
作为上述技术方案的进一步优化，振源为振动电机，热源为热风机。
一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)参数测量：对真实工况条件下换热器弯管的振动和温度进行测量，得到弯管处的振频、振幅、振动方向以及温度；
2)制作腐蚀试样：在U形管表面喷涂不同厚度的防腐涂层；
3)腐蚀试验：向U形管内通入热介质，通过输液机构和喷头向U形管外表面喷洒冷却液，调整振动电机相对于U形管的位置以模拟换热器弯管的真实工况；
4)结果分析：将喷涂不同厚度防腐涂层的U形管的腐蚀状况分析比对。
进一步的，步骤1)中参数测量时，采用相机拍摄换热器弯管振动的视频，用数字图像技术处理视频，计算出换热器弯管的振频、振幅和振动方向。
进一步的，在步骤3)中，通过调整定位架的转动角度以调整U形管的振动方向，通过调整定位架的高度和振源在定位架上的水平位置以调整U形管的振幅和振频，在调整振幅和振频两个参数时，首先调整定位架的高度使其中一个参数接近真实工况，再调整振源在定位架上的水平位置以使另外一个参数接近真实工况，如此往复调整定位架的高度和振源在定位架上的水平位置，以使U型管使其处于换热器弯管的真实振动工况；利用相机拍摄U形管振动的视频，并通过数字图像技术处理视频，得到U型管的振频、振幅及振动方向，与步骤1)获得的振频、振幅和振动方向对比，以验证U型管是否处于换热器弯管的真实振动工况。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1、管式换热器弯头处的实际工况环境较为复杂，包含了热介质在弯头内流动时的振动，热介质向弯头处传递的热量，喷洒的冷却液溶入有沿海环境的化学物质，三者的共同作用加速了换热器弯头处的腐蚀，本发明的试验装置将温度、振动、喷淋在同一个试验中进行共同作用，能够更准确的模拟出换热器弯头处的真实工况，保证了试验工况的相似性，使试验结果更加可靠。
2、本发明中通过调整振源与U形管的相对位置从而改变U形管的振频、振幅及振动方向，利用相机拍摄U形管振动的视频，并通过数字图像技术处理视频，得到U型管的振频、振幅及振动方向，与在实际工况环境下获得的管式换热器弯头处的振频、振幅和振动方向对比，以验证U型管是否处于换热器弯管的真实振动工况，最终模拟出换热器弯头处的振动情况。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为图2中A处的放大图；
图4为振动电机在定位架上的侧视图；
图5为本发明中U形管直接与热源连接时的结构示意图；
附图标记：1、储液箱，2、振动电机，3、定位架，301、定位套，302、锁紧螺栓，303、滑轨，304、滑块，305、支撑条，306、定位螺栓，4、U形管，401、直线段，402、弯曲段，5、固定架，501、底座，502、支架6、进热管，7、连接管，8、出热管，9、输液装置，901、输液管，902、输送泵，10、喷头，11、冷却液。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明为一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置，包括储液箱1、振源和热源。振源为振动电机2，热源为热风机，振动电机2和热风机均为市售产品，振动电机2的型号为：vzb，RK-370型,12V,热风机的型号为：Wairheat,WR30S-B型，规格230V,3300W，与热风机相连的还有鼓风机，鼓风机的型号为：RB-400S,400W。
储液箱1的外部设置有用于固定U形管4的固定架5，在模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验过程中通过U形管4模拟换热器弯管，储液箱1的上方开口，储液箱1用于盛接喷淋至U形管4外表面的冷却液。固定架5包括底座501和设置在底座501上的支架502，支架502为由横梁和竖梁构成的倒L形，底座501由槽钢制作而成，所用槽钢为12.6#槽钢，横梁和竖梁均由角钢制作而成，所用角钢为5#角钢。竖梁垂直固定在底座501上，横梁与竖梁垂直固定且横梁朝向储液箱1上方伸出，以使固定架5上的U形管4位于储液箱1上方并与储液箱1的开口处对应。U形管4包括平行分布的两个直线段401和连接在直线段401之间的弯曲段402，U形管4的一个直线段401与横梁上的通孔过盈配合安装。作为U形管4在横梁上的另一种固定方式，可以在横梁上固定设置卡箍，卡箍套设在U形管4的一个直线段401上，通过卡箍对U形管4进行紧固以实现U形管4在横梁上的牢固固定。
U形管4的另一个直线段401上连接有定位架3，振动电机2滑动设置在定位架3上，定位架3与U形管4可升降的滑动并转动连接，以通过调整振动电机2与U形管4的相对位置从而改变U形管4的振频、振幅及振动方向。具体的，定位架3包括定位套301和滑轨303，滑轨303用于供振动电机2在其上滑动，定位套301连接在滑轨303的端部且滑轨303的长度方向与定位套301的轴向垂直，定位套301套设在U形管4的直线段401上。如图3、图4所示，滑轨303固定在支撑条305的上表面上，支撑条305的下表面还垂直设置有肋板以对支撑条305的支撑作用进行加强，支撑条305和肋板均与定位套301固定连接。滑轨303上设置有滑块304，振动电机2固定在滑块304上，随着滑块304在滑轨303上的水平移动以调整振动电机2相对与U形管4的位置，进而调整U形管4的振频和振幅。此外，为了使振动电机2沿滑轨303滑动时保持水平，可以将滑轨303设置为平行的两条。
如图4所示，振动电机2在滑轨303上的位置调整后，随着振动电机2的振动可能会导致振动电机2出现滑动现象，从而影响对振动电机2定位的精确度。为了避免振动电机2出现自动滑动，在滑块304和支撑条305之间设置有定位螺栓306，支撑条305上开设有沿支撑条305长度方向的滑槽，定位螺栓306设置在滑块304上且定位螺栓306能够穿过滑槽，定位螺栓306穿过滑槽的一端在穿过滑槽后设置有定位螺母。调节振动电机2在滑轨303上的位置时，松开定位螺母，推动滑块304带动振动电机2在滑轨303上滑动，此时，定位螺栓306随着滑块304的滑动在滑槽内移动，当振动电机2在滑轨303上滑动至一定位置时，紧固定位螺母，使振动电机2的位置固定。定位螺栓306可以设置在滑轨303的一侧，支撑条305上的滑槽设置为一条，也可以将定位螺栓306设置为两条且对称设置在滑轨303的两侧，相应的，支撑条305上供定位螺栓306穿过并滑动的滑槽也设置为两条。
定位套301为具有锁紧功能的卡箍，卡箍的锁紧功能可通过锁紧螺栓302实现，此为现有技术，在此不在赘述。定位套301的外侧与支撑条305固定连接，定位套301用于套设在U形管4的直线段401并能够沿直线段401上下滑动或绕直线段401转动，以带动振动电机2相对于U形管4上下滑动或绕U形管4转动，振动电机2相对于U形管4的上下滑动以调整U形管4的振频和振幅，振动电机2相对于U形管4的转动用于调整U形管4的振动方向。
为了在腐蚀试验中一次测得多组试验数据，支架502可设置为并列的多个，每个支架502上分别固定一个一个U形管4。在本实施例中，支架502的设置数量为三个，相应的，U形管4也为并列设置的三个。
固定架5上还设有用于向U形管4表面喷淋冷却液11的喷头10，储液箱1的侧壁上设置有输液机构9，输液机构9与喷头10连接。输液机构9包括输液管901和设置在输液管901上的输送泵902，输送泵902的设置用于增大输液管901内部的压力以将储液箱1内的冷却液11输送至喷头10处并由喷头10向U形管4表面喷淋。
储液箱1内盛放有冷却液11，冷却液11为含有23％NaNO3和7.8％Nacl的溶液，与实际沿海环境下换热器弯管循环使用的冷却液11成分相同。
实际工况中换热器内通入有热介质从而使换热器的外表面具有一定的温度，不同的温度会对换热器外表面的腐蚀情况产生一定的影响，因此本试验装置中U形管4的一端连接有热源以向U形管4内通入热介质，热源为热风机(图中未示出)，热风机通过U形管4一端的进热管6向U形管4内通入热风，并由U形管4另一端的出热管8将热风送出。当U形管4设置为多个时，相邻的U形管4之间依次通过连接管7连通，热风由边部的一个U形管4进入并流经其他U形管4后流出。此外，如图5所示，U形管4设置为多个时，也可以将每个U形管4分别对应连接一个进热管6和一个出热管8，热源向每个进热管6同时输入热介质，并在热介质流经U形管4后由出热管8流出。
一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验方法，包括以下步骤：
1)参数测量：对真实工况条件下换热器弯管的振动和温度进行测量，得到弯管处的振频、振幅、振动方向以及温度；具体操作为：采用相机拍摄换热器弯管振动的视频，拍摄弯管的振动视频时要包含有静止状态的参照物，通过弯管上振动的点与静止状态的参照物进行比对，用数字图像技术处理视频，计算出换热器弯管的振频、振幅和振动方向。所采用的数字图像技术为现有技术，处理软件为GOM Correlate 2016。
2)制作腐蚀试样：在U形管4表面喷涂不同厚度的防腐涂层，本次试验过程中的三个U形管4分别为：没有喷涂防腐涂层、喷涂一层防腐涂层和喷涂两层防腐涂层；
3)腐蚀试验：向U形管4内通入热介质，使通入热介质后U形管4外表面的温度与步骤1)中测得的真实工况条件下弯管处的温度一致；通过输液机构9和喷头10向U形管4外表面喷洒冷却液11；在保持U形管4内介质及U形管4表面喷洒冷却液11稳定的情况下，调整振动电机2相对于U形管4的位置以模拟换热器弯管的真实工况，调整振动电机2时，振动电机2和U形管4弯曲段402中点的水平距离越远，则U形管4的振幅越大，振频越小；振动电机2和U形管4弯曲段402中点的距离越远，则U形管4的振幅越大，振频越小。
调整过程中设定振动电机2沿滑轨303在水平方向的移动为沿X轴移动，振动电机2随定位架3在U形管4的直线段401上下移动为沿Y轴移动，振动电机2随定位架3在绕U形管4的直线段401转动为沿周向移动。通过调整振动电机2在周向上的位置以确定U形管4的振动方向，在振动方向确定后逐步调整振幅和振频两个参数，调整过程为：通过调整振动电机2在Y轴上的位置以将其中一个参数接近模拟工况，再调整振动电机2在X轴的水平位置以使另一个参数接近模拟工况，如此往复调整振动电机2位于X轴和Y轴的位置，使两个参数最终均能达到真实模拟工况。需要说明的是，调整振动电机2在某一方向上的位置时，可能会改变振动电机2在另一方向上已调整的参数，因此，需要反复调整振动电机2位于X轴和Y轴的位置。在调整振动电机2的位置之后，利用相机拍摄U形管4振动的视频，并通过数字图像技术处理视频，得到U型管的振频、振幅及振动方向，本步骤中相机拍摄U形管4振动的视频的方法与步骤1)中测量参数时采用的拍摄方法和视频处理方法一致，在此不在赘述。将调整振动电机2位置之后所得到的U型管的振频、振幅及振动方向与步骤1)获得的振频、振幅和振动方向对比，以验证U型管是否处于换热器弯管的真实振动工况。若未处于换热器弯管的真实振动工况，则继续进行振动电机2的调整，直至U型管处于换热器弯管的真实振动工况。
4)结果分析：将喷涂不同厚度防腐涂层的U形管4的腐蚀状况分析比对，为换热器弯管表面防腐涂层的喷涂厚度提供参考。
Claims (5)
1.一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置，包括储液箱（1）、振源和热源，储液箱（1）的外部设置有用于固定U形管（4）的固定架（5），固定架（5）上还设有用于向U形管（4）表面喷淋冷却液（11）的喷头（10），热源连接在U形管（4）的一端以向U形管（4）内通入热介质，U形管（4）位于储液箱（1）上方的开口处，其特征在于，U形管（4）的一端固定在固定架（5）上，U形管（4）的另一端连接有定位架（3），振源滑动设置在定位架（3）上，定位架（3）与U形管（4）可升降的滑动并转动连接，以通过调整振源与U形管（4）的相对位置从而改变U形管（4）的振频、振幅及振动方向；
定位架（3）包括定位套（301）和滑轨（303），滑轨（303）用于供振源在其上滑动，定位套（301）连接在滑轨（303）的端部且滑轨（303）的长度方向与定位套（301）的轴向垂直，定位套（301）套设在U形管（4）上并用于沿U形管（4）上下滑动或绕U形管（4）转动；
固定架（5）上固定的U形管（4）为并列设置的多个，热源的热介质由U形管（4）的一端进入U形管（4）内并由U形管（4）的另一端流出；
储液箱（1）的侧壁上设置有输液机构（9）；振源为振动电机（2）；
所述用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置的方法包括以下步骤：
1） 参数测量：对真实工况条件下换热器弯管的振动和温度进行测量，得到弯管处的振频、振幅、振动方向以及温度；
2）制作腐蚀试样：在U形管（4）表面喷涂不同厚度的防腐涂层；
3）腐蚀试验：向U形管（4）内通入热介质，通过输液机构（9）和喷头（10）向U形管（4）外表面喷洒冷却液，调整振动电机（2）相对于U形管（4）的位置以模拟换热器弯管的真实工况；
结果分析：将喷涂不同厚度防腐涂层的U形管（4）的腐蚀状况分析比对；
其中，步骤1）中参数测量时，采用相机拍摄换热器弯管振动的视频，用数字图像技术处理视频，计算出换热器弯管的振频、振幅和振动方向；
在步骤3）中，通过调整定位架（3）的转动角度以调整U形管（4）的振动方向，通过调整定位架（3）的高度和振源在定位架（3）上的水平位置以调整U形管（4）的振幅和振频，在调整振幅和振频两个参数时，首先调整定位架（3）的高度使其中一个参数接近真实工况，再调整振源在定位架（3）上的水平位置以使另外一个参数接近真实工况，如此往复调整定位架（3）的高度和振源在定位架（3）上的水平位置，以使U型管（4）使其处于换热器弯管的真实振动工况；利用相机拍摄U形管（4）振动的视频，并通过数字图像技术处理视频，得到U型管的振频、振幅及振动方向，与步骤1）获得的振频、振幅和振动方向对比，以验证U型管（4）是否处于换热器弯管的真实振动工况。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置，其特征在于，固定架（5）上固定的U形管（4）为并列设置的多个，相邻的U形管（4）之间依次通过连接管（7）连通，热源的热介质由边部的U形管（4）进入并流经另外两个U形管（4）后流出。
3.根据权利要求1所述的一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置，其特征在于，输液机构（9）与喷头（10）连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置，其特征在于，输液机构（9）包括输液管（901）和设置在输液管（901）上的输送泵（902）。
5.根据权利要求1所述的一种用于模拟换热器弯管真实工况的腐蚀试验装置，其特征在于，热源为热风机。
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Application publication date: 20220412 Assignee: Yilv Technology (Luoyang) Co.,Ltd. Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980001578 Denomination of invention: A corrosion test device and method for simulating the real working conditions of heat exchanger bends Granted publication date: 20231017 License type: Common License Record date: 20240131 |