申请/专利权人：上海理工大学;上海安得利给水设备有限公司;上海荏本制泵有限公司;上海同驰换热设备科技有限公司

申请日：2018-12-30

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN109596664B

主分类号：G01N25/48

分类号：G01N25/48

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2019.05.03#实质审查的生效;2019.04.09#公开

摘要：本发明涉及一种监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置及方法，换热件模拟器的中心设有一与换热件模拟器外壳形状一致的电加热元件，电加热元件与换热件模拟器外壳间包裹有至少八个第一温度传感器，换热件模拟器的正上方和正下方分别置有喷淋水温度采集器的上下矩形漏斗状接水器具，在上矩形漏斗收口处装有至少四个第二温度传感器，在下矩形漏斗收口处装有至少四个第三温度传感器；蒸发冷却或蒸发冷凝设备被冷工质的进口处装有一个第四温度传感器，蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭塔被冷工质的出口装有一个第五温度传感器；所述采集控制器的采集仪连接第一至第五温度传感器，加热电功率测量仪连接换热件模拟器内的电加热元件。

主权项：1.一种监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置的监测方法，该装置具有一个换热件模拟器，一个采集控制器，所述换热件模拟器的中心设有一与换热件模拟器外壳形状一致的电加热元件，电加热元件与换热件模拟器外壳间包裹有至少八个第一温度传感器，所述换热件模拟器外壳、电加热元件和第一温度传感器三者间填充导热绝缘材料；所述换热件模拟器的正上方和正下方分别置有喷淋水温度采集器的上下矩形漏斗状接水器具，在上矩形漏斗状接水器具的漏斗收口处装有至少四个第二温度传感器，在下矩形漏斗状接水器具的漏斗收口处装有至少四个第三温度传感器；所述换热件模拟器和喷淋水温度采集器两端分别通过支架固定连接；蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质的进口处装有一个第四温度传感器，蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质的出口装有一个第五温度传感器；所述采集控制器集成有直流稳压电源、加热电功率测量仪、采集仪、控制器和显示器；所述采集仪连接第一至第五温度传感器，所述直流稳压电源连接换热件模拟器内的电加热元件，为电加热元件供电，所述加热电功率测量仪连接换热件模拟器内的电加热元件，以测量其电功率，其特征在于：其步骤为：1直流稳压电源提供可调节的稳定的直流电给换热件模拟器的电加热元件，加热电功率测量仪测量所述换热件模拟器的电加热元件的电功率；2采集仪采集和变送第一至第五温度传感器信号和加热电功率信号，其中第一温度传感器所采温度取平均值为换热件模拟器的壁面温度，或者，电加热元件中的电加热丝采用铂电阻丝，直接利用铂电阻丝通电加热，通过调节电压控制加热量进而控制其温度，测量其电流I和电压值U，按I×U计算其加热电功率，按UI计算其电阻值，从而得到换热件模拟器的壁面的平均温度Tb；第二温度传感器所采温度取平均值与第三温度传感器所采温度取平均值后再平均为喷淋水的平均温度；3根据第四和第五温度传感器所采温度的平均值与第一温度传感器所采温度之差，采用数字PID方法调节电加热元件的电功率，使换热件模拟器的壁面温度与蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质进出口温度的平均值保持随动并趋一致；4计算传热系数K并保存；所述传热系数K，单位:Wm2℃按下式计算：K＝QFTb-Tf式中：Q为加热电功率，单位:W；F为换热件模拟器的壁面的表面积，单位:m2；Tb为换热件模拟器的壁面的平均温度，单位:℃；Tf为流过换热件模拟器壁面喷淋水的平均温度，单位:℃；5由显示器显示所采的各温度值、加热电功率值、当前传热系数K、当前传热系数与原始传热系数的差值ΔK。

全文数据：监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置及方法技术领域本发明涉及一种监测装置及方法，尤其是一种监测蒸发冷却包含闭式冷却塔或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢热阻的装置及方法。背景技术蒸发冷却含闭式冷却塔或蒸发冷凝设备，由于喷淋水在换热元件壁面的蒸发，很容易在其表面结垢，结垢速度与喷淋水水质、换热元件壁面材质和温度等因素相关。污垢的传热系数很小，造成设备换热性能持续下降。因此及时了解污垢生成情况并及时清理污垢成了保障设备正常高效运行的重要问题。因此，需要发明一种通过监测与污垢热阻相关的传热系数K的变化来了解污垢生成情况的装置及方法。发明内容本发明是要提供一种监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置及方法，通过模拟蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔的实际运行情况，依据传热系数的变化及时记录污垢生成过程，以便于适时清洗。为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置，具有一个换热件模拟器，一个采集控制器，所述换热件模拟器的中心设有一与换热件模拟器外壳形状一致的电加热元件，电加热元件与换热件模拟器外壳间包裹有至少八个第一温度传感器，所述换热件模拟器外壳、电加热元件和第一温度传感器三者间填充导热绝缘材料；所述换热件模拟器的正上方和正下方分别置有喷淋水温度采集器的上下矩形漏斗状接水器具，在上矩形漏斗状接水器具的漏斗收口处装有至少四个第二温度传感器，在下矩形漏斗状接水器具的漏斗收口处装有至少四个第三温度传感器；所述换热件模拟器和喷淋水温度采集器两端分别通过支架固定连接；蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质的进口处装有一个第四温度传感器，蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质的出口装有一个第五温度传感器；所述采集控制器集成有直流稳压电源、加热电功率测量仪、采集仪、控制器和显示器；所述采集仪连接第一至第五温度传感器，所述直流稳压电源连接换热件模拟器内的电加热元件，为电加热元件供电，所述加热电功率测量仪连接换热件模拟器内的电加热元件，以测量其电功率。进一步，所述换热件模拟器外壳形状为圆管、多边形管、椭圆管、片状中的一种。进一步，所述圆管的管径、多边形管的当量直径或者椭圆管的长短轴在10～30mm范围内，管长为5～10cm；所述片状的边长为10～15cm。进一步，所述换热件模拟器外壳材质为被监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔中换热件所用材质：铜、不锈钢、镀锌钢、铝及铝合金中的一种。进一步，所述矩形漏斗状接水器具的矩形漏斗的长边与换热件模拟器的管长或者板长一致，矩形漏斗的接水口宽为5～15mm，深度为10～20mm，矩形漏斗的出水口宽为2～4mm，深度为5～10mm，上矩形漏斗的出水口离换热件模拟器上边沿的距离为2～5mm，下矩形漏斗的接水口离换热件模拟器下边沿的距离为10～15mm。进一步，所述支架上设有吊环，所述支架通过吊环固定在被监测的蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔的换热管或换热片间的测点上。一种采用监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔喷淋水侧污垢热阻装置的监测方法，其步骤为：1直流稳压电源提供可调节的稳定的直流电给换热件模拟器的电加热元件，加热电功率测量仪测量所述换热件模拟器的电加热元件的电功率；2采集仪采集和变送第一至第五温度传感器信号和加热电功率信号，其中第一温度传感器所采温度取平均值为换热件模拟器的壁面温度，第二温度传感器所采温度取平均值与第三温度传感器所采温度取平均值后再平均为喷淋水的平均温度；3根据第四和第五温度传感器所采温度的平均值与第一温度传感器所采温度之差，采用数字PID方法调节电加热元件的电功率，使换热件模拟器的壁面温度与蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质进出口温度的平均值保持随动并趋一致；4计算传热系数K并保存；5由显示器显示所采的各温度值、加热电功率值、当前传热系数K、当前传热系数与原始传热系数的差值ΔK。进一步，当前传热系数K与原始传热系数的差值ΔK超过设定限值时，输出报警信号；当本装置与蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔共同清洗之后，记下刚开始运行时的传热系数K值，作为下一轮监测的原始值。进一步，所述传热系数K，单位:Wm2℃按下式计算：K＝QFTb-Tf式中：Q为加热电功率，单位:W；F为换热件模拟器的壁面的表面积，单位:m2；Tb为换热件模拟器的壁面的平均温度，单位:℃；Tf为流过换热件模拟器壁面喷淋水的平均温度，单位:℃。作为变形例，所述电加热元件中的电加热丝采用铂电阻丝，直接利用铂电阻丝通电加热，通过调节电压控制加热量进而控制其温度，测量其电流I和电压值U，按I×U计算其加热电功率，按UI计算其电阻值，从而得到换热件模拟器的壁面的平均温度Tb。本发明的有益效果是：本发明采用换热件模拟器和采集控制器，能够模拟设备的实际运行情况，通过传热系数的变化及时记录污垢生成过程，能及时了解污垢生成情况并及时清理污垢，保障设备的正常高效运行。附图说明图1为本发明的监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔喷淋水侧污垢热阻装置结构示意图；图2为换热件模拟器外壳形状和上下矩形漏斗状接水器具横截面及支架的示意图；其中：a圆管，b多边形管，c椭圆管，d片状。具体实施方式下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。如图1所示，本发明的监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔喷淋水侧污垢热阻装置，包括换热件模拟器1、喷淋水温度采集器包含上矩形漏斗状接水器具3和下矩形漏斗状接水器具4、支架10、温度传感器包含电加热元件与换热件模拟器外壳间包裹的第一温度传感器5、上矩形漏斗状接水器具的漏斗收口处的第二温度传感器6、下矩形漏斗状接水器具的漏斗收口处的第三温度传感器7、蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质的进口处的第四温度传感器8、蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质的出口处的第五温度传感器9和采集控制器2。采集控制器2集成有直流稳压电源、加热电功率测量仪、采集仪、控制器和显示器。如图2a，b，c，d所示，换热件模拟器1外壳形状有圆管、多边形管、椭圆管、片状等几种形式可选，对圆管，多边形管当量直径或者椭圆长短轴在10～30mm范围内，管长为5～10cm；对片状的，边长为10～15cm。换热件模拟器外壳材质有铜、不锈钢、镀锌钢、铝及铝合金等几种形式可选。选择换热件模拟器外形和材质的原则是与被监控的蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔的换热管或换热片的外型、管截面尺寸和材质相一致。换热件模拟器1的中心为一与模拟器外壳形状一致的电加热元件，在电加热元件与换热件模拟器外壳间包裹有不少于8个第一温度传感器5，三者间填充导热绝缘材料。喷淋水温度采集器为两矩形漏斗状接水器具，分别置于换热件模拟器1的正上方和正下方，上、下矩形漏斗3，4的长边与换热件模拟器的管长或者板长一致，矩形漏斗的接水口宽为5～15mm，深度为10～20mm，矩形漏斗的出水口宽为2～4mm，深度为5～10mm，在上矩形漏斗3收口处装有不少于4个第二温度传感器6，在下矩形漏斗4收口处装有不少于4个第三温度传感器7，上矩形漏斗3的出水口离换热件模拟器1上边沿的距离为2～5mm，下矩形漏斗4的接水口离所述换热件模拟器1下边沿的距离为10～15mm。支架10在换热件模拟器和喷淋水温度采集器的两端，将换热件模拟器1和喷淋水温度采集器连接固定，支架10还有吊环11可以固定在被测的蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔换热管或换热片间的测点上。温度传感器除所述第一、第二、第三温度传感器5，6，7外，在蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质的进口装有1个第四温度传感器8，在蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质的出口装有1个第五温度传感器9。采集控制器2中的直流稳压电源提供可调节的稳定的直流电给换热件模拟器1的电加热元件，采集控制器2中的加热电功率测量仪测量所述换热件模拟器1的电加热元件的电功率。一种采用监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔喷淋水侧污垢热阻装置的监测方法，其步骤为：1直流稳压电源提供可调节的稳定的直流电给换热件模拟器1的电加热元件；2采集和变送所有温度传感器信号和加热电功率信号，其中第一温度传感器所采温度取平均值为换热件模拟器的壁面温度，第二温度传感器所采温度取平均值与第三温度传感器所采温度取平均值后再平均为喷淋水平均温度；3根据第四和第五温度传感器所采温度的平均值与第一温度传感器所采温度之差，采用数字PID方法调节所述换热件模拟器中的电加热元件的电功率，使换热件模拟器的壁面温度与蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质进出口温度的平均值保持随动并趋一致；4计算传热系数K并保存；5显示所采的各温度值、加热电功率值、当前传热系数K、当前传热系数与原始传热系数的差值ΔK；6在当前传热系数与原始传热系数的差值ΔK超过设定限值时，输出报警信号；7定期启动监测，频次为1～2次天，每次1～2小时。8重置功能：当本装置与蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔共同清洗之后，记下刚开始运行时的传热系数K值，作为下一轮监测的原始值。所述传热系数K单位:Wm2℃按下式计算：K＝QFTb-Tf式中：Q为加热电功率，单位:W；F为换热件模拟器的壁面的表面积，单位:m2；Tb为换热件模拟器的壁面的平均温度，单位:℃；Tf为流过换热件模拟器壁面喷淋水的平均温度，单位:℃。作为变形例，电加热元件的电加热丝可采用铂电阻丝，直接利用铂电阻丝通电加热，通过调节电压控制加热量进而控制其温度，测量其电流I和电压值U，按I×U计算其加热电功率，按UI计算其电阻值，从而得到换热件模拟器的壁面的平均温度Tb。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

权利要求：1.一种监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置，具有一个换热件模拟器，一个采集控制器，其特征在于：所述换热件模拟器的中心设有一与换热件模拟器外壳形状一致的电加热元件，电加热元件与换热件模拟器外壳间包裹有至少八个第一温度传感器，所述换热件模拟器外壳、电加热元件和第一温度传感器三者间填充导热绝缘材料；所述换热件模拟器的正上方和正下方分别置有喷淋水温度采集器的上下矩形漏斗状接水器具，在上矩形漏斗状接水器具的漏斗收口处装有至少四个第二温度传感器，在下矩形漏斗状接水器具的漏斗收口处装有至少四个第三温度传感器；所述换热件模拟器和喷淋水温度采集器两端分别通过支架固定连接；蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质的进口处装有一个第四温度传感器，蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质的出口装有一个第五温度传感器；所述采集控制器集成有直流稳压电源、加热电功率测量仪、采集仪、控制器和显示器；所述采集仪连接第一至第五温度传感器，所述直流稳压电源连接换热件模拟器内的电加热元件，为电加热元供电，所述加热电功率测量仪连接换热件模拟器内的电加热元件，以测量其电功率。2.根据权利要求1所述的监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置，其特征在于：所述换热件模拟器外壳形状为圆管、多边形管、椭圆管、片状中的一种。3.根据权利要求2所述的监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置，其特征在于：所述圆管的管径、多边形管的当量直径或者椭圆管的长短轴在10～30mm范围内，管长为5～10cm；所述片状的边长为10～15cm。4.根据权利要求1所述的监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置，其特征在于：所述换热件模拟器外壳材质为被监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔中换热件所用材质：铜、不锈钢、镀锌钢、铝及铝合金中的一种。5.根据权利要求1所述的监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置，其特征在于：所述矩形漏斗状接水器具的矩形漏斗的长边与换热件模拟器的管长或者板长一致，矩形漏斗的接水口宽为5～15mm，深度为10～20mm，矩形漏斗的出水口宽为2～4mm，深度为5～10mm，上矩形漏斗的出水口离换热件模拟器上边沿的距离为2～5mm，下矩形漏斗的接水口离换热件模拟器下边沿的距离为10～15mm。6.根据权利要求1所述的监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置，其特征在于：所述支架上设有吊环，所述支架通过吊环固定在被测的蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔的换热管或换热片间的测点上。7.一种应用权利要求1-6任一所述的监测蒸发冷却或蒸发冷凝设备喷淋水侧污垢装置的监测方法，其特征在于，其步骤为：1直流稳压电源提供可调节的稳定的直流电给换热件模拟器的电加热元件，加热电功率测量仪测量所述换热件模拟器的电加热元件的电功率；2采集仪采集和变送第一至第五温度传感器信号和加热电功率信号，其中第一温度传感器所采温度取平均值为换热件模拟器的壁面温度，第二温度传感器所采温度取平均值与第三温度传感器所采温度取平均值后再平均为喷淋水的平均温度；3根据第四和第五温度传感器所采温度的平均值与第一温度传感器所采温度之差，采用数字PID方法调节电加热元件的电功率，使换热件模拟器的壁面温度与蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔被冷工质进出口温度的平均值保持随动并趋一致；4计算传热系数K并保存；5由显示器显示所采的各温度值、加热电功率值、当前传热系数K、当前传热系数与原始传热系数的差值ΔK。8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于：当前传热系数K与原始传热系数的差值ΔK超过设定限值时，输出报警信号；当本装置与蒸发冷却或蒸发冷凝设备及闭式冷却塔共同清洗之后，记下刚开始运行时的传热系数K值，作为下一轮监测的原始值。9.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于：所述传热系数K，单位:Wm2℃按下式计算：K＝QFTb-Tf式中：Q为加热电功率，单位:W；F为换热件模拟器的壁面的表面积，单位:m2；Tb为换热件模拟器的壁面的平均温度，单位:℃；Tf为流过换热件模拟器壁面喷淋水的平均温度，单位:℃。10.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于：所述电加热元件中的电加热丝采用铂电阻丝，直接利用铂电阻丝通电加热，通过调节电压控制加热量进而控制其温度，测量其电流I和电压值U，按I×U计算其加热电功率，按UI计算其电阻值，从而得到换热件模拟器的壁面的平均温度Tb。

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