高温供热管网换热器结垢模拟试验装置及其使用方法与流程

1.本发明属于供热管网系统中换热板阻垢研究领域，具体涉及一种高温供热管网中换热器结垢模拟试验装置及其使用方法。


背景技术：

2.随着城镇居民集中供热规模不断扩大，为了提高供热效率，集中供热管网中一级网温度不断升高，目前最高已达130℃。供热管网输热过程中，换热器是重要的传热设备，而换热板结垢问题一直困扰运行人员。换热板结垢后，不仅降低了换热板传热效率，减少了水流通面积降低换热量。换热板结垢后，垢层下局部腐蚀环境发生恶化，可能导致局部酸化、氯离子浓度富集等问题，会加剧不锈钢换热板点蚀倾向。输热距离增大后，热网系统中水量增大，水质难以保障，部分系统水质较差。这进一步加剧了换热器结垢风险。换热器一旦结垢，一般只能拆解换热器对换热板逐一进行清洗。
3.板式换热器在运行期间难以检查内部结垢情况，而且热网系统内有几十万吨水容量，水质调控难度大，达到结垢条件后，换热器内可能会快速发生结垢现象。此外，供热管网输水管道普遍采用碳钢制成，碳钢腐蚀形成的腐蚀产物脱落进入循环水中，热网循环水中悬浮铁较高，这些悬浮物可能进一步促进换热器结垢，或者加剧结垢问题。如果能够针对现场工况，通过实验室模拟试验确定水质结垢临界条件，将会对运行人员具有重要的指导意义。
4.对于实验室进行高温供热结垢模拟试验而言，存在几大难点。其一是目前供热管网中水温最高已达130℃，常规的循环水结垢模拟试验装置无法在高温高压下进行试验。部分集中供热管网使用部分软化水作为补充水，常规的静态模拟试验中，实验总水量较少无法观察到明显的结垢现象。部分模拟试验装置的加热器温度大于实际模拟的温度，存在过热现象，这导致试验过程中首先在加热器表面生成水垢，但是实际运行工况下，并不会发生结垢现象。综上，目前市面上没有可以用于超过100℃高温条件热网循环水系统结垢研究的装置。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术存在的难题，本发明的目的在于提供一种用于供热管网结垢模拟装置及其使用方法，本装置可以在实验室模拟供热管网中换热器结垢现象，用于换热器结垢研究工作。
6.为了达到以上的目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种高温供热管网换热器结垢模拟试验装置，包括储水箱和高压釜体；
8.所述储水箱内贮存有试验溶液，储水箱的出液口通过主增压泵及主管路阀门与高压釜的进液口连接；所述高压釜体顶部有高压釜盖，高压釜体内布置有换热器；换热器内填充高温介质；
9.所述主增压泵和主管路阀门之间设置有系统取样阀门；
10.所述高压釜体出口的管路分为第一回路和第二回路，其中第一回路流经第一回路回水阀门后返回储水箱的进液口；第二回路流经第二回路碳钢管段进口阀门、碳钢管段、碳钢管段出口阀门后，返回储水箱的进液口；
11.所述储水箱顶部的进气口连接有高压氩气气瓶。
12.作为本发明的进一步改进，所述储水箱侧壁设置有液位显示装置，底部有储水箱放水阀门，储水箱内有冷却水环管；冷却水环管具有冷却水入口阀门、冷却水出口阀门；储水箱顶部有储水箱压力温度表和温度计。
13.作为本发明的进一步改进，所述储水箱顶部设置有储水箱进水阀门，进气口通过气体阀门与加压阀相连，减压阀与高压氩气气瓶相连。
14.作为本发明的进一步改进，所述主增压泵与主管路阀门之间设置有旁路，液体旁路上设置有旁路流量调节阀，所述旁路另一端与第一回路连通。
15.作为本发明的进一步改进，所述主增压泵与旁路之间设置有第一流量计；第一流量计的下游依次设置有水质调节底部第一预留接口、水质调节底部第二预留接口和系统取样阀门；系统取样阀门出口上设置有取样装置冷却盘管。
16.作为本发明的进一步改进，所述主管路阀门下游设置有第二增压泵和第二流量计。
17.作为本发明的进一步改进，所述第一回路上第一回路回水阀门与旁路汇入口之间设置有水质调节顶部第一预留接口和水质调节顶部第二预留接口。
18.作为本发明的进一步改进，所述换热器入口与油泵相连，油泵通过油浴锅出口阀门与恒温油浴锅连接，所述换热器出口与恒温油浴锅相连，恒温油浴锅内填充二甲基硅油。
19.作为本发明的进一步改进，所述高压釜盖与高压釜体通过法兰螺栓连接，高压釜盖顶部有压力/温度表。
20.一种高温供热管网换热器结垢模拟试验装置的使用方法，包括以下步骤：
21.向储水箱内注入试验溶液；开启主管路阀门和开启主增压泵，使得试验溶液将高压釜内填充满；将储水箱内压力；
22.对高压釜内溶液进行加热；试验过程中部分循环水流经第二回路，与碳钢管段接触，碳钢管段发生腐蚀后，部分腐蚀产物脱落进入循环水；通过恒温取样阀对热网水进行取样，通过分析热网水硬度和碱度变化判断换热器是否存在结垢现象。
23.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
24.本装置在高压釜内进行结垢模拟试验，系统设计了储水箱和高压釜两部分，将储水部分和加热环境分开，可以在降低加热功率的同时保证参与换热的总水量，保证结垢效果易于观察。系统中设计了碳钢管段旁路，用于模拟热网循环水中存在碳钢腐蚀产物时，对热网换热器结垢的影响。并且系统采用氩气加压，系统内高压釜中换热器介质可加热超过100℃，可以模拟大于100℃条件下热网循环水的结垢问题。高压釜中使用恒温油作为加热热源，温度更稳定，不会发生过热现象，更能模拟换热器的传热过程。
附图说明
25.图1为本发明高温供热管网换热器结垢模拟试验装置示意图。
具体实施方式
26.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。
27.本发明提供一种高温供热管网换热器结垢模拟试验装置，包括储水箱36和高压釜体1；
28.所述储水箱36内贮存有试验溶液，储水箱36的出液口通过主增压泵21及主管路阀门12与高压釜1的进液口连接；所述高压釜体1顶部有高压釜盖2，高压釜体1内布置有换热器32；换热器32内填充高温介质；
29.所述主增压泵21和主管路阀门12之间设置有系统取样阀门13；
30.所述高压釜体1出口的管路分为第一回路和第二回路，其中第一回路流经第一回路回水阀门6后返回储水箱36的进液口；第二回路流经第二回路碳钢管段进口阀门7、碳钢管段8、碳钢管段出口阀门9后，返回储水箱36的进液口；
31.所述储水箱36顶部的进气口连接有高压氩气气瓶38。
32.本装置在高压釜1内进行结垢模拟试验，且系统采用氩气加压，系统内高压釜换热器介质可加热超过100℃，可以模拟大于100℃条件下热网循环水的结垢问题。高压釜中使用恒温油作为加热热源，温度更稳定，不会发生过热现象，更能模拟换热器的传热过程。系统设计了储水箱36和高压釜1两部分，将储水部分和加热环境分开，可以在降低加热功率的同时保证参与换热的总水量，保证结垢效果易于观察。而且系统中设计了碳钢管段旁路，用于模拟热网循环水中存在碳钢腐蚀产物时，对热网换热器结垢的影响。
33.具体的，结合附图和实施例对发明具体结构进行详细说明：
34.如图1所示，本发明的一种高温供热管网换热器结垢模拟试验装置，装置中有高压釜体1，高压釜体1顶部有圆形高压釜盖2，高压釜盖2与高压釜体通过法兰螺栓3连接，高压釜盖2顶部有压力/温度表4，压力/温度表4可以显示高压釜内压力和温度。高压釜体1内布置有换热器32，换热器32与油泵31相连，恒温油浴锅33将二甲基硅油35加热并维持在恒定温度，高温油流经油浴锅出口阀门34、经油泵31增压后流入换热器32。油浴锅可以在室温～200℃之间调节，控制精度
±
1℃。高压釜出口有温度压力检测表5，可对高压釜出口位置压力和温度进行检测，其后管路分为第一回路和第二回路。其中第一回路流经第一回路回水阀门6后返回储水箱。第二回路流经第二回路碳钢管段进口阀门7、碳钢管段8、碳钢管段出口阀门9后，返回储水箱。
35.系统中除第二回路碳钢管段外，其他管道均采用316l不锈钢材质。
36.储水箱36侧壁设计有液位显示装置30，底部有储水箱放水阀门22，储水箱内有冷却水环管23。冷却水入口阀门24、冷却水出口阀门25。储水箱顶部有储水箱压力温度表28，温度计29。顶部设计有储水箱进水阀门27，储水箱顶部有进气口，通过气体阀门37与加压阀26相连，减压阀26与高压氩气气瓶38相连，减压阀26可调控装置内部气体压力。
37.试验溶液贮存于储水箱36内，通过主增压泵21、第一流量计20，主管路阀门12，第二增压泵11，第二流量计10后将溶液注入高压釜内，在高压釜内与换热器换热后，从高压釜侧壁管道流出。在第一流量计20下游设计有旁路，旁路安装有旁路流量调节阀19，部分水源
从该旁路分流，最终汇入第一回路流回储水箱。在流量调节旁路与主管路阀门12之间设计有水质调节底部第一预留接口16、水质调节底部第二预留接口15和系统取样阀门13，取样装置冷却盘管14。在第一回路上第一回路回水阀门6与流量调节旁路汇入口之间设计有水质调节顶部第一预留接口17和水质调节顶部第二预留接口18。
38.基于上述用于热网循环水系统结垢研究的模拟装置的使用方法，包括如下步骤：
39.向储水箱36内注入试验溶液；开启主管路阀门12和开启主增压泵21，使得试验溶液将高压釜内填充满；将储水箱36内压力；
40.对高压釜1内溶液进行加热；试验过程中部分循环水流经第二回路，与碳钢管段接触，碳钢管段发生腐蚀后，部分腐蚀产物脱落进入循环水；通过恒温取样阀13对热网水进行取样，通过分析热网水硬度和碱度变化判断换热器是否存在结垢现象。
41.具体包括以下步骤：
42.通过储水箱进水阀门27向储水箱36内注入试验溶液，根据储水箱36侧壁的液位显示装置30判断储水箱内溶液注入量。开启主管路阀门12、第一回路回水阀门6。开启主增压泵21，和第二增压泵11，确保试验溶液将高压釜内填充满。通过气体阀门37与加压阀26相连，打开其他阀门37，调节减压阀26，将储水箱内压力调节至0.3mpa。
43.开启油浴锅33，根据试验模拟的换热器运行环境设定试验温度参数，其中油浴锅温度根据换热器高温侧进口温度设定，待油浴锅温度到达设定温度后。开启油浴锅阀门34，开启油泵31，对高压釜内溶液进行加热，通过高压釜盖顶部压力表监测高压釜内溶液温度及压力。开启流量调节旁路阀门19，通过降低高压阀中溶液置换速率，控制溶液加热速率，逐渐调节使得高压釜出口温度达到模拟换热器低温侧出口温度。
44.在研究热网水中铁悬浮物对换热板结垢影响时，开启第二回路进水阀门7和第二回路出水阀门9，试验过程中部分循环水流经第二回路，与碳钢管段接触，碳钢管段发生腐蚀后，部分腐蚀产物脱落进入循环水，此时可模拟热网中，碳钢腐蚀产物对于换热板结垢的影响。通过恒温取样阀13可以在运行过程中对热网水进行取样，通过分析热网水硬度和碱度变化判断换热器是否存在结垢现象。试验过程中，可通过水质调节底部第一预留接口16和水质调节顶部第一预留接口17之间连接强磁除铁器等水质处理设备。可以通过水质调节底部第二预留接口15和水质调节顶部第二预留接口18之间连接过滤设备对热网水水质进行处理。
45.试验过程中，通过水质判断设备中可能存在明显结垢现象时，可开启高压釜盖，对换热器表面结垢情况进行检查。试验停止时，增大储水箱循环冷却水流量，增大对系统冷却速率。关闭气体减压阀同时关闭油浴泵，通过循环冷却水对系统中循环水进行快速降温。当储水箱和高压釜温度和压力恢复至室温和常压后，可以开启高压釜盖。
46.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。