水冷式冷水機(jī)組冷凝器污垢熱阻的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究

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1、水冷式冷水機(jī)組冷凝器污垢熱阻的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究摘要本文提出了污垢熱阻研究的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方法，以珠江水(獵德段)作為冷卻水并通過(guò)一系列試驗(yàn)得出了不同流速下的污垢熱阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并觀察到了污垢老化現(xiàn)象。這些數(shù)據(jù)比IITRI/TEMA推薦的數(shù)值更具體，可為冷水機(jī)組冷凝器的設(shè)計(jì)、監(jiān)控和清洗提供參考。關(guān)鍵詞污垢熱阻冷卻水冷凝器冷水機(jī)組換熱表面的污垢會(huì)使傳熱惡化，且隨著強(qiáng)化換熱技術(shù)的應(yīng)用，污垢熱阻對(duì)傳熱過(guò)程的影響更加明顯，因此冷凝器冷卻水側(cè)污垢熱阻值的選取便成了水冷式冷水機(jī)組優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題之一。冷卻水污垢熱阻的數(shù)值通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值或是文獻(xiàn)、規(guī)范等確定，如根據(jù)HT

2、RI/TEMAJointCommittee推薦的污垢熱阻[1]，河水的污垢熱阻值是X10-4?X10_4m2?°C/W，而根據(jù)《工業(yè)循環(huán)水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50050-95)[2],敞開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)的污垢熱阻值為X10-4?X10-4m2?°C/W。由于不同參考資料給出的污垢熱阻的數(shù)值變化較大，給實(shí)際的設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了困難。另外不同河流、不同區(qū)段、在不同季節(jié)時(shí)冷卻水所形成的污垢也有所不同，因此我們擬采用試驗(yàn)方法，選用在珠江三角洲地區(qū)被廣泛用作冷卻水的珠江水為試驗(yàn)工質(zhì)進(jìn)行冷卻水污垢熱阻的試驗(yàn)，試驗(yàn)是在6月到10月期間進(jìn)行。冷卻水污垢熱阻的影響因素主

3、要是溫度、流速和水質(zhì)。由參考文獻(xiàn)［1］分析，冷卻水溫度低于50°C時(shí)溫度對(duì)污垢熱阻的影響可忽略。因此主要研究冷卻水流速對(duì)污垢熱阻的影響，為冷凝器的設(shè)計(jì)提供較具體的污垢熱阻數(shù)據(jù)。1試驗(yàn)原理及試驗(yàn)裝置1.1試驗(yàn)原理由傳熱學(xué)法測(cè)量污垢熱阻Rf，即(1)(2)于是，(3)通過(guò)計(jì)算冷凝器換熱管兩側(cè)的換熱系數(shù)和總的傳熱系數(shù)，從分離出污垢熱阻。本試驗(yàn)采用實(shí)際的水冷式冷水機(jī)組，制冷量是30kW,制冷劑為HCFC-22。冷凝器是兩回程的管殼式換熱器，管內(nèi)徑是，銅管數(shù)目是38根。對(duì)管外側(cè)冷凝的HCFC-22，可不考慮污垢熱阻。HCFC-22的冷凝換熱系數(shù)ac，fz為

4、［3］:⑷(5)(6)在換熱管的內(nèi)側(cè)流動(dòng)的冷卻水處于旺盛的紊流，其對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，通過(guò)測(cè)量流體流速、進(jìn)出口溫度就可以由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出相應(yīng)條件下的換熱系數(shù)。冷凝器總的傳熱系數(shù)可以由其總的換熱量、換熱面積和對(duì)數(shù)平均換熱溫度計(jì)算得出。因此，在實(shí)驗(yàn)室條件下可以通過(guò)測(cè)量溫度、流速和壓力等參數(shù)來(lái)確定aw，ac，fz和KI，進(jìn)而就可以得出冷凝器冷卻水側(cè)的動(dòng)態(tài)污垢熱阻Rf。1.2試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置是由兩部分組成：一是冷水機(jī)組，二是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。如圖1所示，冷水機(jī)組又分為制冷劑回路、冷卻水回路冷凍水回路。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集冷水機(jī)中三個(gè)回路的不同物理量，即冷

5、卻水流量和出入口溫度、冷凍水流量和出入口溫度、冷凝壓力，輸入到計(jì)算機(jī)并根據(jù)上述試驗(yàn)原理和公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出各個(gè)時(shí)刻的污垢熱阻，并監(jiān)控試驗(yàn)各個(gè)階段。圖1污垢熱阻試驗(yàn)裝置2污垢熱阻試驗(yàn)研究以及數(shù)據(jù)分析2.1驗(yàn)證性試驗(yàn)為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，先以自來(lái)水作冷卻水進(jìn)行試驗(yàn)，所得結(jié)果如圖2的曲線1和曲線2所示，結(jié)果表明:當(dāng)冷卻水流速改變時(shí)，所測(cè)得的冷卻水側(cè)的污垢熱阻基本不變且維持為X10-7?2X10-7m2?°C/W，約為珠江水污垢熱阻（見(jiàn)圖2的曲線3?曲線5）的1%。?2%。，故可以認(rèn)為試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)合理，所得試驗(yàn)結(jié)果可靠。圖2試驗(yàn)結(jié)果2.2不同流速下

6、珠江水（獵德段）污垢熱阻試驗(yàn)采用珠江水為冷卻水的污垢試驗(yàn)在兩個(gè)流速下進(jìn)行。為保證冷卻水質(zhì)的一致性，定期補(bǔ)充珠江水到試驗(yàn)裝置中。如圖2的曲線3、曲線4所示，試驗(yàn)在36天的期間內(nèi)，冷卻水流速為/s時(shí)，污垢熱阻Rf的漸近值為X10_4m2?°C/W。冷卻水流速為/s時(shí)，污垢熱阻Rf的漸近值為X10-4m2-°C/W。污垢熱阻的漸近值與冷卻水流速成反比關(guān)系。這些污垢熱阻的數(shù)據(jù)比TEMA推薦要低。試驗(yàn)結(jié)果注釋：曲線1:不同自來(lái)水流速下污垢熱阻的變化曲線2:自來(lái)水流速的變化曲線3:1?20天冷卻水流速為/s時(shí)污垢熱阻的實(shí)驗(yàn)曲線，Rf的漸近值為X10_4m2?

7、°C/Wo曲線4:21?36天冷卻水流速為/s時(shí)污垢熱阻的實(shí)驗(yàn)曲線，Rf的漸近值為X10-4m2?°C/W。曲線5:37?42天后冷卻水流速為/s時(shí)污垢熱阻的實(shí)驗(yàn)曲線，Rf的漸近值為X10_4m2?°C/W。曲線6:43?46天后冷卻水流速為/s時(shí)污垢熱阻的實(shí)驗(yàn)曲線，Rf的漸近值為X10-4m2?°C/W。換熱面上污垢的變化試驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)污垢的老化現(xiàn)象。老化的進(jìn)行使沉積物的特性發(fā)生變化，老化的表現(xiàn)為：晶體結(jié)構(gòu)的變化、沉積物的聚合、微生物的饑鋨死亡等［4］。通常污垢的老化都會(huì)引起沉積物隨時(shí)間變得更加堅(jiān)軔，更難以剝蝕。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)污垢老化的研究尚缺

8、乏必要的數(shù)據(jù)。如圖2的曲線5所示，當(dāng)試驗(yàn)歷經(jīng)了36天后，在沒(méi)有停機(jī)清洗的情況下直接將冷卻水流速增至/s，發(fā)現(xiàn)污垢熱阻并沒(méi)有由X10-4m