CN115218959A - 一种循环冷却水系统结垢在线监测装置及方法 - Google Patents

一种循环冷却水系统结垢在线监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种循环冷却水系统结垢在线监测装置及方法，装置包括流量控制单元、监测单元、控制及显示单元；所述流量控制单元包括：恒温器；所述恒温器入口与循环冷却水取样管连接，恒温器入口上设置有流量计；所述监测单元包括流通池和油浴加热管；所述流通池的入口与恒温器出口连接，油浴加热管设置在流通池内；所述流通池的入口设置有入口温度传感器，出口设置有出口温度传感器；所述控制及显示单元分别与流量计、恒温器、入口温度传感器、出口温度传感器电连接。该装置避免了循环水侧传热面温度过高，温差变化大，导致监测结果不准确的问题。

Description

一种循环冷却水系统结垢在线监测装置及方法
技术领域
本发明涉及工业循环冷却水技术领域，特别是涉及一种循环冷却水系统结垢在线监测装置及方法。
背景技术
在工业生产中，设备、物料或介质的冷却主要是通过工业循环冷却水冷却。工业循环冷却水随着温度升高、散热蒸发，不断浓缩容易发生结垢，一旦结垢轻则影响设备运行，重则设备报废或停产检修。提前或及时监测到循环冷却水系统发生结垢，采取降低运行浓缩倍率、增加加药量或对水质进行调整等措施，可有效制止或降低循环冷却水系统结垢对设备的危害。
目前常用循环冷却水结垢的监测方法主要有水质分析和旁流模拟监测法。水质分析监测法的缺点是需要循环水系统发生结垢至水中成垢离子发生变化后才能检测出，滞后比较严重。现有旁流模拟监测装置主要的缺点有：①常用高温蒸汽或电热棒直接加热，循环水侧的传热面温度过高，导致误判；②循环水进水温度不稳定，温差变化大，导致监测结果不准确；③循环水进水流量变化大或不稳定，导致判断误差大。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种循环冷却水系统结垢在线监测装置及方法，该装置避免了循环水侧传热面温度过高，温差变化大，进水流量变化大或不稳定等导致监测结果不准确的问题。
为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种循环冷却水系统结垢在线监测装置，包括流量控制单元、监测单元、控制及显示单元；
所述流量控制单元包括：恒温器；所述恒温器入口与循环冷却水取样管连接，恒温器入口上设置有流量计；
所述监测单元包括流通池和油浴加热管；所述流通池的入口与恒温器出口连接，油浴加热管设置在流通池内；所述流通池的入口设置有入口温度传感器，出口设置有出口温度传感器；
所述控制及显示单元分别与流量计、恒温器、入口温度传感器、出口温度传感器电连接。
作为本发明的进一步改进，所述恒温器的入口还设置有流量调节阀，水流量计出口与流量计连接；所述控制及显示单元与入口流量调节阀电连接。
作为本发明的进一步改进，所述油浴加热管内安装有电加热棒，电加热棒与所述控制及显示单元电连接。
作为本发明的进一步改进，所述油浴加热管沿流通池中轴线设置，且油浴加热管一端伸出流通池，油浴加热管伸出一端与流通池可拆卸连接，连接处设置有密封结构。
作为本发明的进一步改进，所述流通池的材料为透明材质。
作为本发明的进一步改进，所述油浴加热管的材质为不锈钢，壁厚为0.50～0.75mm；所述油浴加热管内装满矿物油。
作为本发明的进一步改进，所述油浴加热管上设置有油浴温度传感器；所述控制及显示单元与油浴温度传感器电连接。
作为本发明的进一步改进，所述控制及显示单元包括PLC和显示器，PLC和显示器电连接，PLC还连接有报警器。
一种所述的循环冷却水系统结垢在线监测装置的测量方法，包括以下步骤：
打开控制及显示单元，将恒温器加热到设定的温度值；
调节进水流量和恒温器的温度，使流通池入口水的流量及温度在设定范围内；油浴加热管加热到设定的温度并稳定后，同时采集流量计、流通池的入口温度传感器和出口温度传感器的数据；
连续间隔时间T1采集多次，计算热阻值，取热阻平均值为参比值；
此后每间隔时间T2采集数据，并计算出实时热阻值后与参比值进行比较：
当实时热阻值与参比值的差值大于阈值或发现油浴加热管外壳有垢沉积，则认为被测循环冷却水在设定温度下处于结垢状态。
可选的，计算热阻值的方法为：
Figure BDA0003766219290000031
式中：r——热阻值；
A——特征值；
Q——循环水流量；
T8——油浴温度；
T4——流通池入口循环水的温度；
T9——流通池出口循环水的温度。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明通过油浴加热管对循环冷却水进行加热，并获取流通池的进水流量和进水出水温度，使得循环水进水温度稳定，温差可控，监测结果准确。该装置属于旁流模拟监测法，采用油浴加热法及增加循环水恒温器等设备，避免了循环水侧传热面温度过高，提高了循环水进水的稳定性，更好地模拟换热设备地工况，可以更准确地在线监测到循环冷却水系统运行是否将发生阻垢，无需人工干预，为运行及时提供控制参考，提早采取防垢措施，起到防止循环冷却水发生结垢的作用。本发明装置实现了循环冷却水系统结垢的提前预测，实现自动在线监测，简单实用且测量准确度高，可以在线自动监测循环冷却水系统运行是否将发生阻垢，无需人工干预，为运行及时提供控制参考，提早采取防垢措施，起到防止循环冷却水发生结垢的作用。
附图说明
图1为本发明可选实施例一种循环冷却水系统结垢在线监测装置；
图2为本发明可选实施例一种循环冷却水系统结垢在线监测方法流程图。
其中，1、入口流量调节阀；2、流量计；3、恒温器；4、入口温度传感器；5、流通池；6、油浴加热管；7、电加热棒；8、油浴温度传感器；9、出口温度传感器、10、控制及显示单元。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种循环冷却水系统结垢在线监测装置，包括流量控制单元、监测单元、控制及显示单元10。
其中，所述流量控制单元包括：恒温器3；所述恒温器3入口与循环冷却水取样管连接，恒温器3入口上设置有流量计2；
所述监测单元包括流通池5和油浴加热管6；所述流通池5的入口与恒温器3出口连接，油浴加热管6设置在流通池5内；所述流通池5的入口设置有入口温度传感器4，出口设置有出口温度传感器9；
所述控制及显示单元10分别与流量计2、恒温器3、入口温度传感器4、出口温度传感器9电连接。
基于上述测量装置，其具体工作过程为：
打开控制及显示单元10，将恒温器3加热到设定的温度值；
调节进水流量和恒温器3的温度，使流通池5入口水的流量及温度在设定范围内；油浴加热管6加热到设定的温度并稳定后，同时采集流量计2、流通池5的入口温度传感器4和出口温度传感器9的数据；
连续间隔时间T1采集多次，计算热阻值，取热阻平均值为参比值；
此后每间隔时间T2采集数据，并计算出实时热阻值后与参比值进行比较，当实时热阻值与参比值的差值大于阈值或发现油浴加热管6外壳有垢沉积，则认为被测循环冷却水在设定温度下处于结垢状态。
其中，阈值设置为实时热阻明显大于参比值的一个数值。其中，T2＞T1。
作为优选地实施例，2.根据权利要求1所述的循环冷却水系统结垢在线监测装置，其特征在于，所述恒温器3的入口还设置有流量调节阀1，流量调节阀1出口与流量计2连接；所述控制及显示单元10与入口流量调节阀1电连接。流量调节阀1可根据流量计2监测结果的反馈值调节循环冷却水的进水流量，保证进入流通池的循环冷却水流量稳定。
恒温器3可根据入口温度传感器4监测结果的反馈值调节加热温度，保证进入流通池的循环冷却水温度稳定。
流通池5为有机玻璃等透明材质，可直接观察到油浴加热管外表面的状态。流通池5内中轴线上安装有油浴加热管6，并且油浴加热管6便于拆卸清洗。所述油浴加热管6沿流通池5中轴线设置，且油浴加热管6一端伸出流通池5，油浴加热管6伸出一端与流通池5可拆卸连接。可以从自由端抽出进行清洁。连接处设置有密封结构，例如设置密封胶条等。
油浴加热管6的材质为S30403不锈钢或S31603不锈钢，壁厚可以为0.50～0.75mm。
所述控制及显示单元10包括PLC和显示器，PLC和显示器电连接，PLC还连接有报警器。报警器可以根据结果进行报警提示工作人员。
参照图2，基于上述一种循环冷却水系统结垢在线监测装置的测量方法，包括以下步骤：
打开控制及显示单元10，将恒温器3加热到设定的温度值；打开进口流量调节阀1，调节进水流量和恒温器3的温度，使流通池5入口水的流量及温度在设定范围内；打开电加热棒7，将油浴加热管6中的矿物油加热到设定的温度并稳定10min后，同时采集流量计2、流通池5进口温度传感器4和出口温度传感器9的数值，计算出热阻值。连续采集3次，每次间隔5min，取热阻平均值为参比值。此后每间隔1h同时采集数据，并计算出实时热阻值后，与参比值进行比较，当实时热阻明显大于参比值或发现油浴加热管5外壳有垢沉积，则认为被测循环冷却水在设定温度下处于结垢状态。
按公式(1)计算热阻值：
Figure BDA0003766219290000061
式中：r——热阻值，m2·℃/W；
A——特征值；
Q——循环水流量，kg/h；
T8——油浴温度，℃；
T4——流通池入口循环水的温度，℃；
T9——流通池出口循环水的温度，℃。
本发明方法可以在无需人工干预的情况下，便捷、准确地实现循环冷却水系统结垢在线监测。
下面结合附图1和附图2对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例
如附图1所示，入口流量调节阀1入口处安装循环冷却水测量水管，保证测量管内水压为0.1～0.2Mpa，便于被测水样流入恒温器3和流通池5内。
如附图2所示，当控制及显示单元10发出测量指令时，打开恒温器3、入口流量调节阀1和电加热棒7，分别根据流量计3、入口温度传感器4和油浴温度传感器反馈值，相应调节进水流量、恒温器温度和油浴温度；稳定10min后，同时采集流量计2、流通池5入口温度传感器4和出口温度传感器9的数值，计算出热阻值，连续采集3次，每次间隔5min，取热阻平均值为参比值。此后每间隔1h同时采集数据，并计算出实时热阻值后，与参比值进行比较，当实时热阻值明显大于参比值或发现油浴加热管6外壳有垢沉积，则认为被测循环冷却水在设定温度下处于结垢状态。
为了更详细的描述，本发明具体步骤为：
控制及显示单元10发出测量指令，打开恒温器3、入口流量调节阀1和电加热棒7；
分别根据流量计3、入口温度传感器4和油浴温度传感器反馈值，相应调节调节进水流量为120±2kg/h、恒温器温度为43±0.5℃和油浴温度为48±0.5℃；稳定10min后，同时采集流量计2、流通池5入口温度传感器4和出口温度传感器9的数值，根据公式(1)计算出热阻值：
Figure BDA0003766219290000081
式中：r——热阻值，m2·℃/W；
A——特征值；
Q——循环水流量，kg/h；
T8——油浴温度，℃；
T4——流通池入口循环水的温度，℃；
T9——流通池出口循环水的温度，℃。
连续采集3次，每次间隔5min，取热阻平均值为参比值；
此后每间隔1h同时采集数据，并按公式(1)计算出实时热阻值后，与参比值进行比较，当实时热阻值明显大于参比值或发现油浴加热管6外壳有垢沉积，则认为被测循环冷却水在设定温度下处于结垢状态。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种循环冷却水系统结垢在线监测装置，其特征在于，包括流量控制单元、监测单元、控制及显示单元(10)；
所述流量控制单元包括：恒温器(3)；所述恒温器(3)入口与循环冷却水取样管连接，恒温器(3)入口上设置有流量计(2)；
所述监测单元包括流通池(5)和油浴加热管(6)；所述流通池(5)的入口与恒温器(3)出口连接，油浴加热管(6)设置在流通池(5)内；所述流通池(5)的入口设置有入口温度传感器(4)，出口设置有出口温度传感器(9)；
所述控制及显示单元(10)分别与流量计(2)、恒温器(3)、入口温度传感器(4)、出口温度传感器(9)电连接。
2.根据权利要求1所述的循环冷却水系统结垢在线监测装置，其特征在于，所述恒温器(3)的入口还设置有流量调节阀(1)，流量调节阀(1)出口与流量计(2)连接；所述控制及显示单元(10)与入口流量调节阀(1)电连接。
3.根据权利要求1所述的循环冷却水系统结垢在线监测装置，其特征在于，所述油浴加热管(6)内安装有电加热棒(7)，电加热棒(7)与所述控制及显示单元(10)电连接。
4.根据权利要求1所述的循环冷却水系统结垢在线监测装置，其特征在于，所述油浴加热管(6)沿流通池(5)中轴线设置，且油浴加热管(6)一端伸出流通池(5)，油浴加热管(6)伸出一端与流通池(5)可拆卸连接，连接处设置有密封结构。
5.根据权利要求1所述的循环冷却水系统结垢在线监测装置，其特征在于，所述流通池(5)的材料为透明材质。
6.根据权利要求1所述的循环冷却水系统结垢在线监测装置，其特征在于，所述油浴加热管(6)的材质为不锈钢，壁厚为0.50～0.75mm；所述油浴加热管(6)内装满矿物油。
7.根据权利要求1所述的循环冷却水系统结垢在线监测装置，其特征在于，所述油浴加热管(6)上设置有油浴温度传感器(8)；所述控制及显示单元(10)与油浴温度传感器(8)电连接。
8.根据权利要求1所述的循环冷却水系统结垢在线监测装置，其特征在于，所述控制及显示单元(10)包括PLC和显示器，PLC和显示器电连接，PLC还连接有报警器。
9.基于权利要求1至8任意一项所述的循环冷却水系统结垢在线监测装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
打开控制及显示单元(10)，将恒温器(3)加热到设定的温度值；
调节进水流量和恒温器(3)的温度，使流通池(5)入口水的流量及温度在设定范围内；油浴加热管(6)加热到设定的温度并稳定后，同时采集流量计(2)、流通池(5)的入口温度传感器(4)和出口温度传感器(9)的数据；
连续间隔时间T1采集多次，计算热阻值，取热阻平均值为参比值；
此后每间隔时间T2采集数据，并计算出实时热阻值后与参比值进行比较：
当实时热阻值与参比值的差值大于阈值或发现油浴加热管(6)外壳有垢沉积，则认为被测循环冷却水在设定温度下处于结垢状态。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，
计算热阻值的方法为：
Figure FDA0003766219280000021
式中：r——热阻值；
A——特征值；
Q——循环水流量；
T8——油浴温度；
T4——流通池入口循环水的温度；
T9——流通池出口循环水的温度。
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