CN2438127Y - 水处理技术阻垢效果在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可实时检测各种水处理技术阻垢效果的在线监测装置,置于电加热的除盐水浴池中的两根同样材料和尺寸的金属试验管,每根管与补水箱、集水槽、水泵、流量或压差测量元件构成各自的回路,补水箱设有溢流作用的竖管可将两补水箱调节为相同水位,每个进水管设有温度调节器控制的加热器以维持两管进口温度相同,实验管进、出口设有水温测量元件,试验管壁设有壁温测量元件,各温度、流量及进出口压差信号输入微型计算机,可以在线实时测量,算出污垢热阻,精度高,设备简单。

Description

水处理技术阻垢效果在线监测装置

本实用新型涉及冷却水动态模拟试验装置的改进，具体说是涉及可测量各种水处理技术阻垢效果评价监测装置的改进。

化工部标准HG/T2160-91公布了一种试验装置，用常压饱和水或热水加热的换热器。饱和水蒸气由电加热锅炉产生，使用过的水蒸汽经过冷凝管排往大气。给水经过补充水槽进入给水池由水泵打入实验段。实验段是一个由螺纹连接若干短管组成的单管换热器。主要测量参数有冷却水流量、进出口温度、蒸气温度和管子尺寸。通过计算起始时的传热系数和结垢后的传热系数来计算污垢热阻，同时采用称重法测量积垢量。该试验装置有蒸汽炉、冷凝器等。设备较复杂，由于要对实验管称重，不能在线实时监测，而且误差较大。

本实用新型的任务是提供一种测量精度较高、设备更简单、能在线实时监测水处理技术阻垢效果的监测评价装置。

本实用新型的任务是由下述技术方案来完成的。水处理技术阻垢效果在线监测装置包括换热器、置于换热器内的试验管、试验管进口和出口水的温度测量元件、补水箱、集水槽、间接测量流速的元件和水泵，所说的换热器是具有电加热器的热水浴池，其中设有水温度测量元件，所说的试验管是两根同样材料且同样尺寸的整根金属管，每根试验管与补水箱、集水槽、水泵、间接测量流速的元件构成各自单独的回路，在每根试验管壁设有至少一个管壁温度测量元件，每个集水槽设有冷却水管，每个补水箱中有一个高度可调的用于调整和保持水位的竖管，在两个试验管的回路上设有由温度调节器8控制的进口温度的加热器，各温度测量元件和间接测量流速的元件的信号输出端与微型计算机的输入端相接。

补水箱中调整并保持水位的竖管由两或三段管组成，最下段管的下端固定在箱底，下端通到箱外，上段管与下段管以足够长的螺纹连接。

测试时，先向热水浴池中注入除盐水，用电加热器将其加热到当地气压下的饱和温度后，适当减小加热功率使其浴池温度在整个过程中维持在低于饱和温度5-10℃不变。在某种水处理器需要接入补水箱至实验管之间时，为保证两实验管流速相同，则应调节两个补水箱中竖管上段管的高度，以补偿水处理器的流动压降。向两补水箱中加入药剂或一个加药剂、一个不加药、开启两个回路的水泵令两个回路水循环，调节进口加热器使两个进口的温度相同，调节阀门使两回路的流量相同或流动压降相同。

利用上述装置监测阻垢效果的原理如下：

设试验管内径为d

试验管有效长度为L

测得进口温度为T_fi

出口温度为T_fo

试验管壁温为T_wf

出口与入口之间的流动压降为Δp

污垢热阻  R_t=(T_wf-T_s)/q $T_s=\frac{T_{\mathrm{fo}}-T_{\mathrm{fi}}{e}^{\frac{{\mathrm{LK}}_f}{2d{\mathrm{Re}}^{\mathrm{\α}}{\mathrm{Pr}}^{2/3}}}}{1-e^{\frac{{\mathrm{LK}}_f}{2d{\mathrm{Re}}^{\mathrm{\α}}{\mathrm{Pr}}^{2/3}}}}$ $q=\frac{d{C}_P}{4L}(T_{\mathrm{fo}}-T_{\mathrm{fi}}){\left(\frac{2d^{L+\mathrm{\α}}}{\mathrm{\ρL}{K}_i{\mathrm{\ν}}^{\mathrm{\α}}}\mathrm{\Δp}\right)}^{1/(2-\mathrm{\α})}$

式中：Re-雷诺数

      K_f,α-常数，可根据雷诺数的范围选择

综上可知，只要测出一根试验管的T_fi、T_fo、T_wf和Δp或试验管流量就可以确定该管的污垢热阻R_f，根据流过经处理和未经处理的两试验管的污垢热阻之差与未经处理水管的污垢热阻之比，便得出该水处理技术的阻垢率。

本实用新型的优点如下：

1、由于取消现有技术中的冷却塔、冷凝器和产生蒸汽的“锅炉”，所以本实用新型设备相对简单。

2、由于不用取下试验管称重，只要测得进出口水温和试验管壁温度和进出口的压差或管流量就可以确定相应的污垢热阻，所以可以进行在线实时监测。

3、由于采用整根试验管，消除了现有技术中因几个短管的接头产生流动干扰及联接件与试验管的导热性不同使试验管的流动长度与传热长度不一而带来的误差，同时还克服了原定义式中容易把对流换热热阻的变化也计入污垢热阻所带来的误差。同时由于采用除水质外其它条件均相同的两根管进行对比试验可以消除其它诸因素的影响。因此本实用新型测量精度比现有技术有所提高。

4、当需要对两种水处理技术或药剂配方对比试验时，可使两个管同时分别流过其中一种处理的水质以提高检测效率。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步阐述。

图1是水处理技术阻垢效果在线监测装置示意图。

图2是热水浴池的剖面图。

图3是补水箱剖面图。

图4是实验管与水浴池的连接图。

水处理技术阻垢效果在线监测装置(见图1)包括换热器即热水浴池1、试验管2及其水流回路和测量元件及微型计算机。

设置在热水浴池中的两根整根的试验管2是同样的金属材料，例如可以是铜、碳钢、不锈钢或按用户要求选定的其他金属，两管具有相同的尺寸(直径、厚度和长度)，每根管与补水箱15、进水管21、间接测量流速的元件9、出水管22、集水槽10、水泵11、逆水阀12、上水管23及阀门14构成水流回路，补水箱的水位维持与竖管16上端相同的高度，多余的水经竖管流回集水槽。

补水箱15安装在高于热水浴池1一定值的位置，补水箱(参见图3)下面有两个出口，一个接通试验管，一个上接竖管16的溢水口，竖管16由两段或三段管组成，其下段管下端与箱底固定(一般为焊接)且伸出箱底，其上段管与下段管以很长的螺纹连接，旋转上段管可以调整其上端开口的高度，该高度即补水箱的水位高度，以通过水位高度的调整来维持两实验管具有相同的流速。

集水槽10装在低于热水浴池1的位置，为对流入集水槽的经换热而升温的水进行冷却，在集水槽10设有冷却水管18，可以为螺旋形或蛇形，通入自来水进行冷却。

热水浴池1是卧式的细长的水槽(参见图2)，槽断面可以是矩形、梯形等，两端是垂直的，其下部沿长度方向而布置有电加热器7，例如可以是内设电阻丝的充满石棉的铜管，两根试验管2布置在热水浴池的中上部同一水平面上，也是沿水浴池的长度方向布置，为了便于拆装和保持密封，两端即进口和出口采用特制的密封压紧装置5(见图四)，该装置包括焊接在水浴池1的出口或入口管壁外的管座26(管座与进出口同轴)，装在管座内并套在实验管外的压套27、以罗纹与管座连接的压盖28，在压套端部与水浴池壁之间有石棉盘根，旋紧压盖，压套将盘根压紧。

热水浴池设有盖19，其上部夹层内充满绝热填料20，在每个试验管内的进口、出口设有水温度测量元件4和17，在每个试验管壁各设有三个管壁温度测量元件3，在热水浴池的中部(与试验管相同的高度)设有加热水温测量元件6，上述水温度测量元件是热电偶或铂热电阻。

每个试验管都装有间接测量流速的元件9，具体可以是串联装在进口或出口的转子流量计，也可以是并联在进口和出口的压差测量仪。

为了使水浴池和集水槽(或补水箱)的水温保持需要的温度，设有恒温调节器8，把水浴温度测量元件6接入调节器8的输入，把电热器7的电线接到调节器8的输出；把集水槽的温度测量元件25接到调节器8的输入，调节器8的输出接通集水槽内的电加热器24。

两个试验管的进口分别设有电加热器5。

上述进口、出口温度试验管壁温度及进出口之间的压差或流量信号输入到计算机，进行数据处理，计算出污垢热阻。

利用上述装置测量某一水处理技术的污垢阻值时，热水浴池内注入除盐水，一个试验管回路中流动的是接有水处理器或加有水处理药剂的水。另一试验回路则流过补水箱中的未经任何处理的水，两者对比，也可以两试验管分别接不同的水处理器和不同水处理药剂，同时分别测量其污垢热阻，以对比两种水处理器技术的阻垢效果。

Claims (4)

1、一种水处理技术阻垢效果的在线监测装置，包括换热器、置于换热器内的实验管(2)、试验管进口和出口的水温度测量元件(4)和(17)、补水箱(15)、集水槽(10)、间接测量流速的元件(9)和水泵(11)，其特征在于：所说的换热器是具有电加热器(7)的热除盐水浴池(1)，其中设有水温度测量元件(6)，所说的试验管(2)是两根同样材料且同样尺寸的整根的金属管，每根试验管分别与补水箱(15)、集水槽(10)、水泵(11)、间接测量流速的元件(9)构成各自单独的回路，在每根试验管壁上设有至少一个管壁温度测量元件(3)，每个集水槽设有冷却水管(18)，补水箱(15)中有一个高度可调的用于调整和保持水位的竖管(16)，在两个试验管的回路上设有由温度调节器(8)控制的调节进口温度的加热器(5)，各温度测量元件(4)、(17)、(3)、(6)间接测量流速的元件(9)的输出端与微型计算机输入端相接。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所说的补水箱(15)中的调整并保持水位的竖管(16)是由两段或三段管组成，最下段管下端固定在箱底，管下端通到箱外，上段管与下段管以足够长的螺纹连接。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所说的热水浴池(1)的上面设有内夹有保温层的盖(19)，在试验管进口和出口的位置，设有便于夹紧和拆装的含有密封的压紧装置(5)，包括焊接在水浴池(1)的端壁上的管座(26)、位于管座内并套在实验管(2)外的压套(27)、压盖(28)、在压套端部与浴池壁之间有被压紧的盘根(29)。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所说的间接测量流速的元件(9)为串接在试验管进口或出口的流量计和并联在试验管进口和出口的压差流量测量仪中的任一种。

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