CN117053614A - 一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及换热器技术领域，更具体地说，它涉及一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，包括设有空腔的壳体和设于所述壳体内的流体管，所述壳体首尾两端分别设置有进水端和出水端，所述流体管呈螺旋设置；其所述流体管内表层涂覆有Ni‑P‑TiO2的复合改性材料，基于复合改性材料的管程运行下，并在壳程处，于所述进水端和所述出水端处分别设置有温度传感器；根据所述温度传感器，测算出所述进水端的温度、所述出水端温度为T1、T2；在流体的质量流量已知的情况下，依据进水端和出水端之间的温差，计算出换热量；通过设定预设换热量数值的差值范围，判断壳体内是否有污垢的积淀，具有能够持续提升换热器的换热效率的同时，提高定时维护效率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，更具体地说，它涉及一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式。
背景技术
颗粒污垢是换热设备常见的污垢类型之一，它是冷却水中大量颗粒物在换热表面积聚形成的层状物。
换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器，其中管壳式换热器是管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；另一种在管外流动，其行程称为壳程。
于壳程或者管程中，长时间的冷却液流动，势必在管内和管外形成污垢积淀，导致热交换率下降，常见的治理手段，是通过定时定段安排人工将安装该换热器的设备进行拆解，进行及时清洁零件层状物或者及时更换内部零件，导致作业繁杂，费时费力。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，具有能够持续提升换热器的换热效率的同时，提高定时维护效率的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，包括设有空腔的壳体和设于所述壳体内的流体管，所述壳体首尾两端分别设置有进水端和出水端，所述流体管呈螺旋设置；
其所述流体管内表层涂覆有Ni-P-TiO2的复合改性材料，基于复合改性材料的管程运行下，并在壳程处，于所述进水端和所述出水端处分别设置有温度传感器；
根据所述温度传感器，测算出所述进水端的温度、所述出水端温度为T1、T2；
在流体的质量流量已知的情况下，依据进水端和出水端之间的温差，计算出换热量；
通过设定预设换热量数值的差值范围，判断壳体内是否有污垢的积淀。
优选的，所述换热量的计算方法为：Q＝CP *qm *△T；
其中CP表示比定压热容，qm表示质量流量，△T表示进水端和出水端之间的温度差。
优选的，基于积淀污垢产生的情形下，通过计算出瞬时污垢热阻的大小，通过瞬时污垢热阻的大小，给出对应的污垢去除方式。
优选的，所述污垢去除方式包括：将循环冷却液进行更换，亦或者同时提高冷却液流速，利用流速将污垢去除。
优选的，所述污垢热阻的计算方法为：
其中Rsi—瞬时污垢热阻；D—传热试管的内径；L—传热试管的有效换热长度；qv—循环冷却水的体积流量；T—蒸汽温度。
优选的，所述流体管为金属管，通过水浴恒温加热，促使Ni-P-TiO2的复合改性材料，通过镀覆的形式覆盖于所述流体管内壁表面。
优选的，其中镀覆涉及的镀液成分为：硫酸镍20～30g/L，次亚磷酸钠20～30g/L，醋酸钠10～20g/L，柠檬酸钠10～20g/L，乳酸15～30ml/L，纳米TiO2颗粒1g/L，表面活性剂2～4g/L。
综上所述，本发明具有的有益效果：
1、管程中，在流体管内表层涂覆有Ni-P-TiO2的复合改性材料，利用复合改性材料的物体特性，使得污垢在表面的附着和积聚得到抑制，同时在较大的壁面剪切力作用下，Ni-P-TiO2的复合改性材料表面积聚的污垢层更容易被剥离表面，实现高效持久抑垢。
2、在壳程中，通过在所述进水端和所述出水端处分别设置有温度传感器，利用温度传感器时时测算出所述进水端的温度和所述出水端温度，并在流体的质量流量已知的情况下，依据进水端和出水端之间的温差，计算出壳程的换热量，根据预设热量数值的范围，可时时对壳程中的换热量进行监控，一旦出现异常，可基于换热量的范围差值，判断出壳体内是否有污垢的积淀。
3、在管程中实现高效持久抑垢，在壳程中实现污垢检测，双管齐下，能够持续提升换热器的换热效率的同时，提高定时维护的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明整体的结构示意图。
图2是本发明的流体管的结构示意图。
图中：1、壳体；2、流体管；3、进水端；4、出水端；5、温度传感器。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，参见图1和图2，包括设有空腔的壳体1和设于所述壳体1内的流体管2，所述壳体1首尾两端分别设置有进水端3和出水端4，所述流体管2呈螺旋设置；
其所述流体管2内表层涂覆有Ni-P-TiO2的复合改性材料，基于复合改性材料的管程运行下，并在壳程处，于所述进水端3和所述出水端4处分别设置有温度传感器5；
根据所述温度传感器5，测算出所述进水端3的温度、所述出水端4温度为T1、T2；
在流体的质量流量已知的情况下，依据进水端3和出水端4之间的温差，计算出换热量；
通过设定预设换热量数值的差值范围，判断壳体1内是否有污垢的积淀。
本实施例实施时，在管程中，在流体管2内表层涂覆有Ni-P-TiO2的复合改性材料，利用复合改性材料的物体特性，使得污垢在表面的附着和积聚得到抑制，同时在较大的壁面剪切力作用下，Ni-P-TiO2的复合改性材料表面积聚的污垢层更容易被剥离表面，实现高效持久抑垢。
在壳程中，通过在所述进水端3和所述出水端4处分别设置有温度传感器5，利用温度传感器5时时测算出所述进水端3的温度和所述出水端4温度，并在流体的质量流量已知的情况下，依据进水端3和出水端4之间的温差，计算出壳程的换热量，根据预设热量数值的范围，可时时对壳程中的换热量进行监控，一旦出现异常，可基于换热量的范围差值，判断出壳体1内是否有污垢的积淀。
在管程中实现高效持久抑垢，在壳程中实现污垢检测，双管齐下，能够持续提升换热器的换热效率的同时，提高定时维护的效率。
具体的，所述换热量的计算方法为：Q＝CP *qm *△T；
其中CP表示比定压热容，qm表示质量流量，△T表示进水端3和出水端4之间的温度差。
在选定冷却液的前提下，确定比定压热容，通过变化的质量流量，确定出在不同温度差的情况下，预设好正常换热量数值的范围值。基于正常换热量数值的情况下，利用进水端3和出水端4之间的温度差，得算出壳程的时时换热量，利用时时换热量数值与预设换热量数值之间的比对，对壳体1内是否有污垢进行基础判断。
具体的，基于积淀污垢产生的情形下，通过计算出瞬时污垢热阻的大小，通过瞬时污垢热阻的大小，给出对应的污垢去除方式。
基于壳体1内污垢初步判定之后，即换热量数值低于预设换热量数值时，可通过计算出此时污垢热阻的大小，通过瞬时污垢热阻的大小，给出对应的污垢去除方式和解决方案。
具体的，所述污垢去除方式包括：将循环冷却液进行更换，亦或者同时提高冷却液流速，利用流速将污垢去除。
根据污垢热阻大小的不同，可是通过不同的方式进行污垢处理：
1、将循环冷却液进行更换。由于污垢沉淀，受流体化学含量的不同，其污垢沉淀的化学成分也不尽相同，其中涉及硅酸铝等污垢杂质，通过将循环冷却液更换，能够有效溶解部分污垢杂质，达到除污，排污的过程，亦或者直接用对应溶解剂，使得污垢杂质得到溶解。
2、通过加压的方式，提高冷却液流速，即提升壁面剪切力，使得在较大壁面剪切力的情况下，通过冷却液将污垢掀起并带走。
3、亦或者二者同时实施。
具体的，所述污垢热阻的计算方法为：其中Rsi—瞬时污垢热阻；D—传热试管的内径；L—传热试管的有效换热长度；qv—循环冷却水的体积流量；T—蒸汽温度。
对监测换热器装置，保持冷却液的体积流量、进口水温、蒸汽温度不变，污垢热阻可通过冷却水进、出口温差变化计算得出。
具体的，所述流体管2为金属管，通过水浴恒温加热，促使Ni-P-TiO2的复合改性材料，通过镀覆的形式覆盖于所述流体管2内壁表面。
所述流体管2的金属管，为不锈钢管，为提升镀层表面Ni-P-TiO2和不锈钢管基材表面之间的结合力，需要先在不锈钢管基材上闪镀一层镍，然后在基材表面进一步镀覆Ni-P-TiO2。
具体的，其中镀覆涉及的镀液成分为：硫酸镍20～30g/L，次亚磷酸钠20～30g/L，醋酸钠10～20g/L，柠檬酸钠10～20g/L，乳酸15～30ml/L，纳米TiO2颗粒1g/L，表面活性剂2～4g/L。
上述实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，其特征是：包括设有空腔的壳体和设于所述壳体内的流体管，所述壳体首尾两端分别设置有进水端和出水端，所述流体管呈螺旋设置；
其所述流体管内表层涂覆有Ni-P-TiO2的复合改性材料，基于复合改性材料的管程运行下，并在壳程处，于所述进水端和所述出水端处分别设置有温度传感器；
根据所述温度传感器，测算出所述进水端的温度、所述出水端温度为T1、T2；
在流体的质量流量已知的情况下，依据进水端和出水端之间的温差，计算出换热量；
通过设定预设换热量数值的差值范围，判断壳体内是否有污垢的积淀。
2.根据权利要求1所述的一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，其特征是：所述换热量的计算方法为：Q＝CP *qm *△T；
其中CP表示比定压热容，qm表示质量流量，△T表示进水端和出水端之间的温度差。
3.根据权利要求2所述的一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，其特征是：基于积淀污垢产生的情形下，通过计算出瞬时污垢热阻的大小，通过瞬时污垢热阻的大小，给出对应的污垢去除方式。
4.根据权利要求3所述的一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，其特征是：所述污垢去除方式包括：将循环冷却液进行更换，亦或者同时提高冷却液流速，利用流速将污垢去除。
5.根据权利要求4所述的一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，其特征是：所述污垢热阻的计算方法为：
其中Rsi—瞬时污垢热阻；D—传热试管的内径；L—传热试管的有效换热长度；qv—循环冷却水的体积流量；T—蒸汽温度。
6.根据权利要求5所述的一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，其特征是：所述流体管为金属管，通过水浴恒温加热，促使Ni-P-TiO2的复合改性材料，通过镀覆的形式覆盖于所述流体管内壁表面。
7.根据权利要求6所述的一种复合改性材料换热器及污垢积淀监控方式，其特征是：其中镀覆涉及的镀液成分为：硫酸镍20～30g/L，次亚磷酸钠20～30g/L，醋酸钠10～20g/L，柠檬酸钠10～20g/L，乳酸15～30ml/L，纳米TiO2颗粒1g/L，表面活性剂2～4g/L。
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