雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺，包括循環冷卻水系統、加熱水系統、自動補水系統、自動補藥系統、數據采集系統和自動控制系統。本發明具有試驗運行時間短、運行條件可控、循環冷卻水系統為開放式、可根據設置參數自動運行等特點。本發明可用于工業循環冷卻水的實驗室內動態模擬試驗，采集實際運行的工業循環冷卻水在本裝置上進行阻垢、殺菌及金屬掛片的抗腐蝕動態模擬試驗驗證，取得基本試驗數據后再推廣應用于實際工業循環冷卻水。本發明可供科研機構、高等院校等進行循環冷卻水的動態模擬試驗研究。
【專利說明】
雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺
技術領域
[0001 ]本發明設及一種工業循環冷卻水動態模擬試驗臺的結構。
【背景技術】
[0002] 我國是世界上淡水資源嚴重短缺的國家之一，人均淡水資源占有量不到世界平均 水平的四分之一，而且我國水資源分布非常不均，東南沿海及西南地區水資源較豐富，北方 內陸地區嚴重缺水。我國煤炭資源豐富水資源匿乏的客觀條件，決定了我國的電力發展只 能W火力發電為主。
[0003] 隨著我國國民經濟的持續快速發展，電力行業作為國民經濟的命脈發展迅速，經 歷了跳越式的發展。近年來雖然國家大力支持新能源發電，新建了大批的風電廠和太陽能 電站，但由于風力發電、太陽能發電在季節性和穩定性上仍存在較多問題，目前還不能大規 模應用，因此短期內我國的電力供應仍W火電為主。
[0004] 火電廠是較大工業耗水企業，許多設備都需要用水冷卻，其中用量最大的是循環 冷卻水，約占火電廠用水總量的80 % W上。據估算，一臺300MW的水冷機組，循環冷卻水用水 量約為30000~4000化A，一臺1000 MW水冷機組，其耗水量約為一個中小城市的用水量。火 力發電廠使用的循環冷卻水不僅用量大，對水質質量也有一定要求。在敞開式電廠循環冷 卻水系統中，由于循環冷卻水流經冷卻塔中與外界空氣接觸，冷卻塔內部的循環冷卻水不 斷地蒸發而損失部分水量，水中各種物質和離子濃度不斷濃縮。同時，循環冷卻水中還會混 入空氣中的大量灰塵顆粒和氧氣、散失部分二氧化碳，水質逐漸變差，其結果會導致循環冷 卻水系統產生結垢、腐蝕和微生物滋生。天然水中含有許多有機和無機雜質，在高濃縮倍數 下水質變差，在凝汽器銅管的表面形成水垢等沉積物，由于水垢的熱傳導系數很低，造成凝 汽器的真空度下降、傳熱端差上升，從而降低凝汽器的傳熱性能，影響機組的熱經濟性，導 致生產能耗增加。另外，循環冷卻水系統中的腐蝕會使凝汽器銅管腐穿孔，冷卻水漏入凝結 水中，從而影響火電機組的安全穩定運行。因此，對循環冷卻水進行阻垢、緩蝕和殺菌處理 就顯得尤為重要。
[0005] 由于工業規模的循環冷卻水系統中的水量十分巨大，加之循環冷卻系統過于龐 大，因此各種水處理技術的開發和研究，一股要在實驗室內先進行小規模動態模擬試驗，在 取得試驗效果和使用安全的基礎上再擴大到工業中試。
[0006] 實驗室規模的動態模擬研究，主要采用循環冷卻水動態模擬試驗臺模擬工業循環 冷卻水系統的運行狀況，通過模擬運行，測定污垢熱阻值、污垢的附著速度、掛片失重和微 生物的殺滅情況，得出傳熱狀態下的阻垢率、緩蝕率和殺菌率等參數，用來判斷所采取的措 施對循環冷卻水的處理效果，分析處理措施的安全性。可W說實驗室內所進行的動態模擬 試驗，是對循環冷卻水進行阻垢、緩蝕及殺菌處理的必要步驟，也是較接近實際運行工況的 一種實驗方法。其中循環冷卻水動態模擬試驗臺是進行循環冷卻水處理研究的重要裝置。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是提供一種雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺 (W下簡稱試驗臺）。實現上述目的的技術方案如下：
[0008] 在結構上，試驗臺包括循環冷卻水系統、加熱水系統、自動補水系統、自動補藥系 統、數據采集系統和自動控制系統等六大部分。
[0009] 所述循環冷卻水系統包括換熱器、集水池、冷卻塔、球狀多面空屯、聚丙締填料層、 循環水噴頭、軸流風機、循環水累、集水池內的電加熱棒、掛片筒、循環水電動流量調節閥、 循環水電磁流量計、位于換熱器銅管進水、出水口端的循環水一體化溫度傳感器、位于集水 池中的一體化溫度傳感器及連接水管所組成。其中換熱器內置換熱銅管并與循環冷卻水相 連接。冷卻塔安裝集水池上部，集水池內盛裝有待處理的循環冷卻水。
[0010] 所述加熱水系統包括換熱器、恒溫水槽加熱器、電加熱棒、加熱水累、加熱水電動 流量調節閥、加熱水電磁流量計、位于換熱器進水口、出水口端的加熱水一體化溫度傳感 器、位于恒溫水槽加熱器中的一體化溫度傳感器及水管。換熱器上有加熱水的進水口與出 水口，在換熱器中加熱水與換熱銅管中的循環冷卻水進行熱量交換。
[0011] 所述自動補水系統包括玻璃補水槽、進水浮漂、進水閥和連接水管。玻璃補水槽位 于集水池上方，端面處裝有刻度尺，可W直觀讀出液面降低的數值，折算成補充水的體積 值。玻璃補水槽底部用連接水管與集水池連接，連接處裝有進水閥，進水閥與進水浮漂W杠 桿連結，通過進水浮漂控制進水閥的開閉；自動補水系統可補充蒸發損失的循環冷卻水量， 使集水池中的循環冷卻水液面不變。
[0012] 所述自動補藥系統包括補藥桶、蠕動累、硅膠管和固定夾。補藥桶為容積2化敞口 塑料桶，內盛裝有準備補充的化學藥劑。蠕動累的流量控制范圍0.002~380mL/min、精度 0.002血/min。通過硅膠管將補藥桶、蠕動累和集水池相連接，硅膠管為耐腐蝕抗磨硅膠管， 硅膠管的出口端通過固定夾固定在集水池內壁上。
[0013] 所述數據采集系統包括一體化溫度傳感器、數據采集屏蔽線、采集器、直流穩壓電 源、計算機系統等部件。可根據一體化溫度傳感器采集的標準電壓值，自動計算溫度、污垢 熱阻和阻垢率的數據，并繪出上述各量的變化曲線，本發明中數據采集系統可W采用現有 技術。
[0014] 所述自動控制系統包括空氣開關、智能PID溫控儀、數顯PID調節器、固態繼電器、 交流接觸器所組成。可自動控制兩個通道集水箱內循環冷卻水的溫度，使之保持恒定；自動 控制恒溫水槽加熱器內加熱水的溫度，使之保持恒定；自動控制循環冷卻水、加熱水的流 量，使之保持穩定，并使兩個通道的流量保持平衡；自動控制冷卻塔頂端軸流風機的開、閉， 加快或減緩循環冷卻水的降溫，自動控制系統采用能實現本發明目的的線路連接。
[0015] 循環冷卻水由循環水累累出集水池，經循環冷卻水流量電動調節閥、電磁流量計 后到達換熱器，與來自恒溫水槽的加熱水進行熱量交換，再經冷卻塔噴頭噴淋、填料層冷卻 后回到集水池中形成循環。試驗臺設計成雙通道，一個通道用于試驗組，另一個通道用于對 照組。
[0016] 實驗室內所進行的動態模擬試驗一股耗時較長，短則數天，長者達數月，是一項非 常耗時費工的測試過程。為了縮短試驗時間，同時保證測試結果的準確性，本發明設計為雙 通道式，一個通道為試驗組，另一個通道為對照組。兩個通道使用的材料、形狀和外部條件 完全一致，控制條件和設置步驟也一致。在試驗過程中，對試驗組通道采取阻垢、緩蝕或殺 菌處理，對照組通道不采取任何處理措施，一次試驗即可得出試驗結果，極大地縮短了試驗 測試時間。
[0017] 為了節省人力，試驗臺設計成為自動運行形式。在設置好循環冷卻水的流量、加熱 水流量、循環冷卻水溫度、加熱水溫度、循環冷卻水電動流量調節閥和加熱水電動流量調節 閥的調節范圍，W及溫度、流量的采集時間間隔等試驗參數后，在玻璃補水槽中加滿補充水 的情況下，一股可連續運行6~化左右，期間不需要人工干預。如運行時間超過6~化，可在 玻璃補水槽中再次加滿補充水即可。運行期間可實現自動平衡流量、控制溫度，自動采集試 驗數據并實現數據儲存，自動繪出污垢熱阻和阻垢率曲線等功能。
[0018] 本發明還設計有補藥系統，根據試驗運行過程中水中離子的損失率，精確并連續 地補充水中損失的離子成份，保持循環冷卻水中的離子濃度恒定，與工業上實際運行的循 環冷卻水工況相近。因此，循環冷卻水不再是封閉系統，可視為一個開放式系統。
【附圖說明】
[0019] 附圖1為本發明的整體示意圖；
[0020] 附圖2為圖1中各符號說明；
[0021] 附圖3a為本發明的循環冷卻水對照組(通道II)回路流程圖；
[0022] 附圖3b為本發明的循環冷卻水試驗組(通道I)回路流程圖
[0023] 附圖4為本發明的加熱水回路流程圖；
[0024] 附圖5a為本發明的換熱器示意圖；
[0025] 附圖化為本發明的換熱器剖視圖；
[00%]附圖6a為本發明掛片筒主視圖；
[0027]附圖化為本發明掛片筒俯視圖；
[00%]附圖6c為本發明掛片筒側視圖；
[0029] 附圖7為本發明的控制面板圖。
[0030] 附圖1序號說明：換熱器1、集水池2、冷卻塔3、填料層4、噴頭5、軸流風機6、循環水 累7、電加熱棒一 8、掛片筒9、恒溫水槽加熱器10、加熱水累11、電加熱棒二12、補水槽13、進 水浮漂14、進水閥15、補藥桶16、蠕動累17、硅膠管18、阻垢處理器19、循環冷卻水進水管道 接口一 20、循環冷卻水進水管道接口二21、循環冷卻水進水管道22、循環冷卻水出水管道 23、自動補水系統進水管道五24、加熱水進水管道接口 =104、加熱水出水管道接口四105、 自動控制系統A、數據采集系統B。
[0031] 附圖5序號說明：換熱器外殼101、換熱銅管102、密封接頭103、加熱水進水管道接 口 S104、加熱水出水管道接口四105。
[0032] 附圖6序號說明：進水管90、出水管91、活結92、掛片鉤93、放氣閥94、頂蓋95。
【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖對本發明做詳細的說明。
[0034] 附圖1中為"雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺"的整體示意圖，包括循環冷 卻水系統、加熱水系統、自動補水系統、自動補藥系統、自動控制系統A和數據采集系統B等 六大部分，自動控制系統A和數據采集系統B可W采用現有技術。（由于試驗組和對照組兩個 通道的配置完全相同，僅對其中一個通道說明）。在試驗組(通道I)的循環冷卻水回路中，可 W使用串聯方式接入阻垢處理器19。
[0035] -、循環冷卻水系統
[0036] 循環冷卻水系統包含換熱器1、集水池2、冷卻塔3、填料層4、循環水噴頭5、軸流風 機6、循環水累7、循環冷卻水電加熱棒8、掛片筒9、電磁流量計、電動流量調節閥、位于換熱 器內換熱銅管102的進水口（管道接口一20)、出水口（管道接口二21)端的一體化溫度傳感 器、位于集水池中的一體化溫度傳感器及循環冷卻水進水管道22、循環冷卻水出水管道23 所組成。填料層4優選為球狀多面空屯、聚丙締。
[0037] 集水池 2中的循環冷卻水經循環水累7累出，經過電動流量調節閥、電磁流量計和 循環冷卻水進水管道22,從管道接口一 20進入換熱器1的換熱銅管102中與加熱水進行熱量 交換后，從管道接口二21流出換熱器，通過掛片筒9,從循環冷卻水出水管道23進入冷卻塔 3，經噴頭5噴入填料層4進行散熱，回到集水池2中完成一次循環。
[0038] 冷卻塔3頂部裝有軸流風機6,當高于循環冷卻水的預設溫度時，軸流風機6啟動， 通過增大蒸發量使循環冷卻水降溫。
[0039] 集水池 2中裝有電加熱棒一8可W對循環冷卻水加溫，當循環冷卻水溫度低于預設 溫度時，電加熱棒一 8啟動加溫，如此保證了循環冷卻水溫度在實驗過程中恒定。
[0040] 換熱器
[0041] 圖1中，換熱器1是整個試驗臺的關鍵設備，其具體結構如圖5。換熱器1由換熱器外 殼101、換熱銅管102及密封接頭103等組成。本發明中采取加熱水與循環冷卻水對流換熱方 式，循環冷卻水通過換熱器1的換熱銅管102內（走管程），加熱水通過換熱銅管102外（走殼 程），加熱水與循環冷卻水通過換熱銅管壁進行熱量交換。
[0042] (1)換熱器外殼：
[0043] 換熱器外殼101長期在腐蝕環境下工作，為了避免其誘蝕，采用無縫不誘鋼管制 作，換熱器1兩端采用聚四氣乙締密封接頭與不誘鋼法蘭盤連接。換熱器外殼101設計為長 572mm，在距兩端法蘭盤內側25mm處布置加熱水的進水口 =104(即=通管的分管道與換熱 器連接處）、出水口四105,換熱器1外殼包裹20mm厚的聚氨醋保溫層，避免熱量散失或燙傷 工作人員。
[0044] (2)換熱銅管：
[0045] 換熱銅管102置于換熱器內并與循環冷卻水相連接。換熱銅管102采用工業上常用 的H68A或HSn70-lA銅管，銅管DN20mmX2mm，長度663mm，有效換熱長度572mm，外壁光滑，內 壁無麻點、裂紋、誘蝕等缺陷。換熱銅管兩端與密封接頭103連接處使用聚四氣乙締工程塑 料密封，避免循環冷卻水與加熱水相混合。同時換熱銅管的兩端形成循環冷卻水的進水口 20、出水口 21，分別形成循環冷卻水進水口和出水口。
[0046] (3)換熱器密封接頭：
[0047] 換熱器密封接頭103的作用有兩點，一是將循環冷卻水與加熱水隔開，避免循環冷 卻水與加熱水相混合;二是將換熱銅管102牢固固定在換熱器1中央，同時將換熱銅管102與 循環冷卻水管路連接，避免循環冷卻水泄露。為了確保密封接頭103的密封及耐熱性，密封 接頭103由具有隔熱作用的聚四氣乙締工程塑料加工制作，在密封接頭103與換熱銅管102 之間安裝有密封膠圈，密封接頭103端口用活結與循環冷卻水管路（即循環冷卻水進水管道 22和循環冷卻水出水管道23)相連接。
[004引（4) 一體化溫度傳感器的設置：
[0049]在加熱水的進水口（管道接口 =104)、出水口（管道接口四105)處安裝兩組一體化 溫度傳感器，分別測量加熱水進水、出水口端的溫度。在換熱銅管102的進水口（管道接口一 20)、出水口（管道接口二21)安裝兩組一體化溫度傳感器，分別測量循環冷卻水的進水、出 水口端的溫度。
[(K)加]集水池
[0051]集水池 2內盛裝有待處理的循環冷卻水。集水池容積一股為循環冷卻水總量的1/3 ~1 /5倍。因此，集水池的容積為：
[0 化 2]
(])
[0053]式（1)中：V-一集水池容積，單位L [0化4] Q一一循環冷卻水總量，單位L。
[0化5] 集水池2尺寸設計為976 X 550 X 500mm3 = 268.化，采用12mm厚的PVC工程塑料板焊 接制成。為了監測集水池2中循環冷卻水的溫度，在集水池2邊壁上安裝有一體化溫度傳感 器，通過數據采集系統B監測集水池2中水溫的變化，并反饋給自動控制系統A控制集水池2 中的水溫，使之穩定在預設值。
[0化6] 冷卻塔
[0057]冷卻塔3是一種塔形構筑物，熱水自上而下噴散成水滴狀，空氣自下而上在塔內流 動，氣液兩相進行逆流傳熱。冷卻塔3的形狀按通風方式不同可分為自然通風、機械通風等。 目前火電廠的冷卻塔多為雙曲線型的自然通風冷卻塔，它是由通風筒、配水系統、淋水裝置 (填料）、通風設備、收水器和集水池等幾個部分組成的，另外還有補水管、排水管等。其工作 原理是依靠塔內外的空氣溫度差形成的壓差來抽風的，因此冷卻塔的尺寸一股很大，其外 形和高度對氣流的影響較大。
[005引本發明模擬火電廠循環冷卻塔系統，按比例縮小設計，冷卻塔3安裝在集水池2上 部。由于場地有限，不能依靠壓差抽風，故在冷卻塔上方設置軸流風機6，采用機械通風方式 實現空氣與循環水的對流換熱，采用循環水噴頭模擬冷卻塔布水設備，增大氣水接觸面積。
[0059] 冷卻塔3的熱力計算是W循環水的蒸發冷卻原理為理論基礎的。液體的蒸發冷卻， 是液體的自由表面與空氣接觸時，由于熱交換與物質交換過程共同作用而使液體得到冷 卻，由于液體的表面蒸發、接觸及福射作用進行熱交換。其中福射散熱對冷卻塔影響不大， 計算時可W忽略。當水溫差A T<15~20°C時，機械通風冷卻塔的計算，采用平均洽差法計 算較為精確。
[0060] 已知本地干球溫度目= 26°C、濕球溫度t = 25°C，可知空氣相對濕度(p=40%，考慮空 氣進入塔內溫度升高并且分布不均系數0.98，則濕空氣平均密度Pm=O. 98P。計算得氣水比 入=1. Ol、冷卻數N= 3.195 X 1(T4，則塔面積為2.198m2。冷卻塔設計選用PVC工程塑料管，直 徑D = 40cm，塔高h = l .75m。
[0061 ] 填料層
[0062]填料層4的設計是為了使循環冷卻水布水更均勻，有利于循環冷卻水與空氣的熱 交換，達到快速降溫目的。設計用氣速高、阻力小、比表面積大、直徑為50mm的多面空屯、狀聚 丙締填料球作為填料層。填料層4位于噴頭5下方，每個冷卻塔內置300個多面空屯、狀聚丙締 填料球，厚度20cm。
[0063] 循環冷卻水噴頭
[0064] 噴頭5的作用是使進入冷卻塔的循環冷卻水呈均勻分布狀，有利于與空氣充分接 觸。噴頭采用漸伸線型不誘鋼材質，連接管口直徑20cm，噴水孔徑2mm，噴水孔數200個，優選 為循環水噴頭。
[00化]軸流風機
[0066] 軸流風機6位于冷卻塔3的頂端，試驗運行階段，若循環冷卻水的溫度高于預設溫 度，自動控制系統會開啟軸流風機6,加快循環冷卻水的降溫。反之，則會關閉軸流風機6。根 據進塔空氣流量G = 723.24LA，故設計為功率250W、流量AOOOm3A的立式軸流風機。
[0067] 循環水累
[0068] 試驗運行中，循環冷卻水不斷往復循環，需要一種性能可靠的水累。采用揚程16m， 轉速2900r/min、流量ISm3A的鑄侶單相潛水累。為了維持流量穩定，設計有回流管，并安裝 回流調節閥，通過調節回流比，使循環冷卻水流量穩定。
[0069] 循環冷卻水電加熱棒
[0070] 在試驗運行開始階段，由于集水池 2中的循環冷卻水溫度較低，此時采集的數據誤 差很大。為了避免運種誤差，需將集水池2中的循環冷卻水加熱到預設溫度。否則，僅依靠加 熱水進行升溫很漫長，約需要數小時至數十小時。因此，在兩個集水池2中分別安裝了一組 3000W電加熱棒一 8對循環冷卻水進行預熱，達到預熱溫度后電加熱棒一自動斷電。
[0071] 試驗運行階段，若集水池中的循環冷卻水低于預設溫度，電加熱棒一 8會再次啟動 加熱，保證集水池中的循環冷卻水恒溫。
[0072] 掛片筒
[0073] 掛片筒9串接在循環冷卻水管路中，即掛片筒9串接在換熱銅管與連接噴頭5之間 的循環冷卻水出水管道23上，換熱銅管102與掛片筒連通。掛片筒外徑63mm，高度160mm，邊 壁厚度2mm，進出、水口間距65mm，PVC工程塑料材質，連接水管外徑25mm。掛片筒9結構見附 圖6。其中掛片筒9上開設進水管90和出水管91，進水管90和出水管91自由端分別連接一個 活結92,進水管90通過活結92與換熱銅管102的出水口（管道接口二21)連通，出水管91通過 活結92與連通噴頭的循環冷卻水出水管道23連通，掛片筒頂部具有頂蓋95,頂蓋95底部具 有掛片鉤93。實驗時待測試的掛片（即金屬片)懸掛在塑料材質的掛片鉤93上，掛片懸掛于 進水口與出水口中部。容器頂部側面還設有放氣閥94,放氣閥94的作用是排除掛片筒中積 存的空氣。掛片筒9能夠用于進行金屬掛片的腐蝕研究。
[0074] 電磁流量計
[0075] 循環水流量的穩定與否對試驗結果的影響較大，為了提高測試精度，本發明要求 精度在0.5% W上的高精度流量計，故選擇淮安衡正自動化儀表有限公司定制的具有自動 零點校準功能的電磁流量計。基本參數如下：最高流量3000LA，通徑O 25mm，精度± 0.5 %， 環境溫度-10~60°C，相對濕度5%~90%，單相185~250V AC供電，耗散功率小于20W，數字 通訊接口及通訊協議RS-485,內襯聚四氣乙締防腐材料、垂直安裝、上下接口 W法蘭盤連 接，四位液晶顯示屏，可直觀顯示瞬時流量和總流量數值。
[0076] 電磁流量計安裝在循環冷卻水管路中，位于電動流量調節閥之后，與電動流量調 節閥配合使用。電動流量調節閥根據電磁流量計反饋的流量信號，自動控制循環冷卻水的 流量，使之達到穩定。
[0077] 電動流量調節閥
[0078] 受循環冷卻水水累的供電電壓、轉速等影響，循環冷卻水流量會產生一定幅度的 波動，直接影響測試結果的準確性。為了穩定循環冷卻水的流量，在循環冷卻水管路中設置 了電動流量調節閥。電動流量調節閥根據預設的流量值與電磁流量計反饋的實時流量值對 比，將循環冷卻水的流量穩定在預設值，減少試驗誤差。
[0079] 對電動流量調節閥技術要求:具有伺服放大器電動執行機構，220V AC單相電源， 功率50VA，輸入、輸出控制信號4~20mA DC，基本誤差±1.0%，調節范圍30:1，具有等百分 比和直線性流量控制特性，內有聚四氣乙締密封填料層，使用環境溫度-l〇°C~40°C，相對 濕度45%~85%。故選擇市場上定型的3810LSB-08型電動小流量調節閥，滿足要求。
[0080] 二、加熱水系統
[0081 ]如附圖1和附圖4，加熱水系統包含恒溫水槽加熱器10、加熱水累11、電加熱棒二 12、加熱水電磁流量計、加熱水電動流量調節閥、位于換熱器進水口、出水口端的加熱水一 體化溫度傳感器、位于恒溫水槽加熱器中的一體化溫度傳感器及加熱水連接管路所組成。
[0082] 恒溫水槽加熱器10中的加熱水經加熱水累7累出，通過電動流量調節閥和電磁流 量計后，分別進入兩個通道的換熱器中與換熱銅管中的循環冷卻水進行熱量交換，降溫后 的加熱水返回恒溫水槽加熱器10中可再次加熱循環。
[0083] (1)、恒溫水槽加熱器
[0084] 恒溫水槽加熱器10為系統提供熱源，加熱介質可采用蒸汽、導熱油或加熱水等。由 于蒸汽加熱的溫度高，換熱需要再冷凝為液態水，故換熱強度大，且試驗過程中需要連續通 W自來水來冷凝加熱蒸汽，自來水浪費較嚴重，一旦停水便不能進行試驗，受外部條件影響 較大。導熱油加熱具有加熱溫度高，可達到l〇〇°C W上，不需要冷凝等優點，但導熱油粘附在 換熱銅管外壁上，當需要精確測量銅管重量時不易清除。由于水作為加熱介質具有熱容量 大、流動性好、溫度易控制和換熱性好等優點，故本發明采用加熱水作為加熱介質。水作為 加熱介質的不足之處有兩點，一是加熱溫度不能超過當地沸點，另外一點就是在換熱銅管 的加熱水璧面上會產生結垢現象。針對第一點，設計加熱水溫度93°C，低于當地沸點；針對 第二點，設計采用電導率小于0.化S/cm的高純度蒸饋水，完全避免了加熱水在換熱銅管外 表面的結垢。
[0085] 本發明設計采用大功率恒溫水槽加熱器，恒溫水槽加熱器內、外膽夾層中填充有 IOcm厚的耐高溫玻璃棉纖維保溫層。恒溫水槽加熱器內膽容量30L，溫度范圍5~95°C ±0.2 °C可調。設計兩個通道共用一個大功率恒溫水槽加熱器加熱，加熱水在加熱水累U驅動下 通過=通管分流，分別從加熱水進水管道接口 =104進入到兩個通道的換熱器中，避免了兩 個通道加熱水溫度不一致引起測量誤差。為了監控恒溫水槽加熱器中加熱水的溫度，在恒 溫水槽加熱器中裝有一體化溫度傳感器。
[0086] 如附圖4,加熱水由恒溫水槽加熱器10中通過電加熱棒二12加熱，通過內置的加熱 水累11累出，經過加熱水電動流量調節閥、加熱水電磁流量計和位于換熱器進水口的一體 化溫度傳感器后進入換熱器中，與換熱銅管中的循環冷卻水換熱，換熱后的加熱水通過加 熱水出水管道接口四105回到恒溫水槽加熱器10中，形成加熱水的循環流動管路。
[0087]加熱水管路采用? 2 5 mm不誘鋼管或金屬波紋管連接，加熱水電磁流量計監測流 量，通過加熱水電動流量調節閥控制兩個通道的流量一致，同時使加熱水流量保持穩定。加 熱水管路外包裹20mm厚的聚氨醋保溫層，避免熱量散失或燙傷工作人員。
[008引（2)、加熱水累
[0089] 加熱水累11為不誘鋼葉片耐高溫水累，流量20L/min，220V AC供電，揚程6m。
[0090] (3)、電加熱棒
[0091 ] 設計S組電加熱棒二，總功率3 X 2kW，S相交流電供電。其中主加熱2 X化W，輔助 加熱2kW。通過數據采集系統B監測恒溫水槽加熱器中水溫的變化，當加熱水溫度偏離預設 值±0.5°C時，自動控制系統可分別關閉、接通輔助加熱，使恒溫水槽加熱器中的水溫穩定 在預設值。
[0092] (4 )、加熱水電磁流量計
[0093] 為了提高加熱水管路流量測試精度，設計采用電磁流量計，其基本參數同循環冷 卻水管路的電磁流量計，也要求垂直安裝、上下W法蘭盤連接。
[0094] 加熱水電磁流量計提供的流量信號一方面提供給數據采集系統B供實時顯示，W 便于監測流量;另一方面提供給加熱水電動流量調節閥的PID控制器，供電動流量調節閥控 制加熱水的流量平衡及穩定。
[00M] (5)、加熱水電動流量調節閥
[0096] 加熱水電動流量調節閥的技術要求與循環冷卻水管路的電動流量調節閥相同。其 作用有二，一是穩定加熱水的流量;二是平衡兩個通道的加熱水流量，使兩個通道的加熱水 流量保持一致，減少試驗誤差。
[0097] S、自動補水系統
[0098] 在敞開式循環冷卻水系統中，由于存在蒸發和瓣落損失，集水池2中的循環冷卻水 處于不斷減少狀態，稱水量損失。為了保證集水池內的水位保持在一個恒定的水位，設置了 自動補水系統。如附圖1，自動補水系統由玻璃補水槽13、進水浮漂14、進水閥15和連接管道 五24所組成。
[0099] (1)、玻璃補水槽
[0100] 為了便于觀察和記錄損失的水量，補水槽13設計成玻璃材料的。玻璃補水槽位于 集水池上方1.5m處，端面處裝有刻度尺，可W直觀讀出液面降低的數值，折算成補充水的體 積值。
[0101] 玻璃補水水槽設計尺寸500 X 400 X 300mm3 = 60L，厚度1.0mm。可W提供6~化的補 水量，能滿足夜間值守需求。
[0102] (2)、進水浮漂
[0103] 進水浮漂14與進水閥15W杠桿連結，利用進水浮漂14的漂浮性能，在高水位時使 進水閥15處于關閉狀態；當水位降低時進水浮漂14降低，進水閥15開啟，實現了自動補水。 進水浮漂14直徑90mm，浮動范圍150mm，不誘鋼材質。
[0104] (3)、進水閥
[0105] 進水閥15安裝在集水池邊璧處，活動柱塞式閥孔，孔徑20mm，閥孔柱塞與進水浮漂 14通過不誘鋼杠桿連接，連接桿長度150mm。
[0106] (4)、連接管道
[0107] 連接管道24為〇25mm耐折彎、鋼絲筋的PVC透明軟管，上端與玻璃補水槽底部出水 口連接，下端與集水池連接進水閥15連接，利用重力作用進水。
[0108] 自動補水系統補充蒸發損失的水量，確保集水池中的循環冷卻水液面恒定。
[0109] 四、自動補藥系統
[0110] 本發明設計有自動補藥系統，根據水中主要離子化2+、肥化-的損失率，精確并連續 地補充水中損失的離子成份，保持循環冷卻水中的離子濃度不變。即：離子補充率=離子損 失率。
[0111] -股在正式試驗前，首先進行循環冷卻水中主要離子損失速率測定試驗，測出循 環冷卻水中Ca2+、HC〇3-離子的損失率，折算成分析純化Cl2和化肥化的藥量濃度，采用蠕動累 根據損失速率精確控制藥量的補充率。
[0112] 如附圖1，所述自動補藥系統包括補藥桶16、蠕動累17、硅膠管18等。
[0113] (1)、補藥桶
[0114] 補藥桶16為容積2 X 2化兩個敞口塑料桶，盛裝待補充的化學藥劑。
[0115] (2)、蠕動累
[0116] 利用蠕動累精確控制液體輸送量的特性，設計安裝兩臺BT100-2J型蠕動累17,分 另Ij向兩個集水池種補充待補充的化學藥劑。蠕動累17流量范圍0.002~380mL/min，轉速分 辨率O.lrpm，功率30W。
[0117] (3)、硅膠管
[0118] 硅膠管18為耐腐蝕、抗磨、抗形變強專用硅膠軟管，規格2.4X0.8、2.4X1.86、2.0 X 1.0、1.52 X 0.55mm等。硅膠管18的進口端放在補藥桶中，硅膠管18的出口端通過固定夾 固定在集水池2內壁上。
[0119] 五、數據采集系統
[0120] 所述數據采集系統B包括一體化溫度傳感器、數據采集屏蔽線、采集器、計算機等 所組成，自動控制系統采用現有技術即可。根據一體化溫度傳感器采集的標準電壓值，自動 計算出流量、溫度、污垢熱阻和阻垢率數據，并繪出上述各量的變化曲線。下面簡單的介紹 下數據采集系統B中各部件的功能及其作用。
[0121] (1)、一體化溫度傳感器
[0122] 如附圖1，本發明共設計安裝十一組一體化溫度傳感器，分別是:對照組中換熱器 循環冷卻水進水口端、對照組換熱器循環冷卻水出水口端、對照組換熱器加熱水進水口端、 對照組換熱器加熱水出水口端。試驗組換熱器循環冷卻水進水口端、試驗組換熱器循環冷 卻水出水口端、試驗組換熱器加熱水進水口端、試驗組換熱器加熱水出水口端、對照組集水 池、試驗組集水池、恒溫水槽加熱器共十一組。分別監測兩個通道換熱器1加熱水進、出口的 溫度、兩個通道換熱器1循環冷卻水進水口、出水口的溫度、兩個通道集水池的溫度和恒溫 水槽加熱器的溫度。
[0123] 選擇SDYW系列一體化溫度傳感器，傳感器為PtlOO銷熱敏電阻式，A類，供電電壓DC 24V，輸出0~SOOOmV電壓信號，使用環境溫度-20~85°C。
[0124] (2)、數據采集屏蔽線
[0125] 設計使用數據采集屏蔽線將一體化溫度傳感器輸出的電壓信號輸送到采集器中。 數據采集屏蔽線為信號電纜式，3忍0.5mm2，外徑O 6mm。
[0126] (3)、采集器
[0127] 為了實現溫度數據信號與計算機的通訊，采用數據采集器將一體化溫度變送器的 模擬電壓信號傳送到計算機中，完成數據采集、存儲及運算等功能。
[0128] 實施中，一體化溫度傳感器與采集器通道的對應關系如表1。
[0129] 表1 一體化溫度傳感器與采集器通道對應表
[0130]
[0131] 其中："1循進"表示試驗組換熱器進水口端的循環冷卻水溫度；"I循出"表示試驗 組換熱器出水口端的循環冷卻水溫度；"I加進"表示試驗組換熱器進水口端的加熱水溫度； "I加出"表示試驗組換熱器出水口端的加熱水溫度；"II循進"表示對照組換熱器進水口端 的循環冷卻水溫度；"II循出"表示對照組換熱器出水口端的循環冷卻水溫度；"II加進"表 示對照組換熱器進水口端的加熱水溫度；"II加出"表示對照組換熱器出水口端的加熱水溫 度；"I集溫"表示試驗組集水池的溫度；"II集溫"表示對照組集水池的溫度。
[0132] (4)、計算機
[0133] 例如使用計算機中現有專用的模塊完成數據的采集、存儲及運算等功能。本發明 中各數據信號通過數據采集頻蔽線傳輸傳到計算機上，自動計算溫度、污垢熱阻和阻垢率 數據，實時顯示并繪出上述各量的變化曲線。
[0134] 六、自動控制系統
[0135] 所述自動控制系統包括空氣開關、智能PID溫控儀、數顯PID調節器、固態繼電器、 交流接觸器組成。依據智能控制理念，設計了負反饋的閉環控制回路。
[0136] (1)、空氣開關
[0137] 電源總控制開關。采用SCML系列、額定電流100至630AS相五線制空氣開關。當試 驗臺線路出現短路或漏電故障時，立即切斷電源的相線和中性線，確保人身安全及用電設 備的安全。
[013引（2)、智能Pm溫控儀
[0139] 采用一體化溫度傳感器、智能PID溫控儀和固態繼電器組成閉環控制回路，利用被 控對象的反饋信號，控制循環冷卻水和加熱水的溫度。
[0140] 智能PID溫控儀采用了具有超強自整定功能、超調自適應功能的XMT80X系列智能 PID溫控儀。主要技術參數:控制信號為1~SOOOmV DC標準電壓信號，測量速度3次/秒，測量 精度±0.5%，繼電器觸點容量AC 220V/3A，工作電源AC220V 50Hz，工作環境溫度0~50°C、 相對濕度《85%畑。
[0141] 設計采用五塊智能PID溫控儀，其中兩塊分別控制兩個通道集水池中循環冷卻水 的電加熱棒，根據兩個通道集水箱內一體化溫度傳感器測得的水溫信號，發送輸出信號到 固態繼電器，接通或斷開電加熱棒電源，控制兩個通道循環冷卻水的溫度;兩塊分別控制兩 個通道軸流風機的開、閉，根據兩個通道集水箱內一體化溫度傳感器測得的水溫信號，發送 輸出信號到交流接觸器，接通或斷開軸流風機電源，加快或減緩軸流風機的降溫;一塊控制 恒溫水槽加熱器輔助加熱的開、閉，根據恒溫水槽加熱器一體化溫度傳感器測得的水溫信 號，發送輸出信號到交流接觸器，接通或斷開輔助電加熱棒電源，控制加熱水的溫度。
[0142] (3)、數顯PID調節器
[0143] 由電磁流量計、數顯PID調節器和電動流量調節閥組成的負反饋閉環控制回路，控 制循環冷卻水和加熱水的流量。
[0144] 數顯PID調節器采用具有數顯功能的TY系列PID調節器，主要技術參數:控制信號 為4~20mA DC標準電流信號，測量精度0.25%，工作電源AC 220V50HZ，工作環境溫度0~55 。(：、相對濕度《90 %畑。
[0145] 設計采用四塊數顯PID調節器，其中兩塊根據兩個通道循環冷卻水電磁流量計測 得的循環冷卻水流量信號，發送輸出信號到電動流量調節閥的電動執行機構，控制循環冷 卻水的流量;兩塊根據加熱水管路電磁流量計測得的加熱水流量信號，發送輸出信號到電 動流量調節閥的電動執行機構，控制加熱水的流量。
[0146] (4)、交流接觸器
[0147] 由兩個交流接觸器和智能PID溫控儀組成閉環控制回路，控制兩個通道的軸流風 機開、閉，加快或減緩循環冷卻水的降溫，控制集水池中循環冷卻水的溫度保持在預設值。
[0148] 另由一個交流接觸器和智能PID溫控儀組成閉環控制回路，控制恒溫水槽加熱器 中加熱水的溫度保持在預設值。
[0149] 采用可供頻繁啟動的CJX2系列交流接觸器。主要技術參數:額定電壓220/380V，額 定電流18A，主觸頭極數:S極，線圈電壓220/380V，機械壽命100>萬次。
[0150] "試驗臺"不確定度分析
[0151] 本申請采用（ISO)的準則對雙通道工業循環冷卻水分析實驗臺不確定度進行分 析。
[0152] 本試驗臺的不確定度主要由換熱器中冷卻水進水、出水口端的溫度、換熱器中加 熱水進水、出水口端的溫度、電磁流量計流量、電動流量調節閥的不確定度決定。因此，通過 各測量儀器的精度水平，使用非統計方法的B類不確定度對試驗臺進行評定。
[0153] -體化溫度傳感器中PtlOO銷熱敏電阻的最大相對不確定度：
[0154]
(：2)
[01巧]由磁流量計測量的流量，換算成質量流量最大不相對確定度：
[0156]
(3)
[0157] 電動流量調節閥的最大相對不確定度：
[0158]
(斗）
[0159] 因此，雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺的最大B類相對不確定度為：
[0160：
(5)
[0161] 式巧）即為雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺的最大B類相對不確定度。試驗 臺的最大相對不確定度為1.0%。
[0162] 實施實例1:阻垢效果評價研究
[0163] 利用"雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺"可W進行阻垢效果評價研究。
[0164] 本裝置可W進行兩種方法的阻垢效果評價。第一種方法，物理阻垢的阻垢效果評 價;第二種方法，化學阻垢藥劑的阻垢效果評價。
[01化](1)試驗方法
[0166] 為了保持循環冷卻水中影響水垢形成的兩種主要離子Ca2+、HC〇3l農度不變，需要 向水中補充分析純化C12和化H0)3化學藥劑。首先需要進行離子損失速率測定試驗，測出循 環冷卻水中影響水垢形成的兩種主要離子化2+、hc〇3-的損失率。
[0167] 水中Ca2+、HC〇3-離子的損失，主要是由于試驗初始階段，隨著水垢的生成，循環冷 卻水中巧硬度Ca2+和堿度H(XV離子大量粘附并沉積在管道、集水池內壁和填料層表面所 致。隨著試驗的進行和循環冷卻水的濃縮，水中的離子濃度會逐漸增大，故試驗后期應逐漸 減少離子的補充率。正確的辦法是繪出離子損失率曲線，該曲線一股是非線性曲線，根據損 失率曲線折算成分析純化C12和NaHO)3的藥量濃度，根據離子損失率曲線采用蠕動累精確控 制藥量的補充率。每間隔一定時間調整蠕動累的轉速，逐步減少離子的補充量。
[0168] 如附圖1，采用第一種方法進行阻垢效果評價究時，將阻垢處理器19(如電磁場阻 垢器、超聲波阻垢器等）安裝在"試驗組"（通道I)的循環冷卻水管路中，"對照組"（通道II) 的循環冷卻水管路中不安裝阻垢處理器。
[0169] 采用第二種方法進行阻垢效果評價研究時，可將阻垢化學藥劑一次性或分時段多 次定量投加到試驗組(通道I)的集水池中，對照組則不投加阻垢化學藥劑。
[0170] (2)阻垢效果評價
[0171] 為了觀察阻垢效果，本發明可W采用兩種方法進行阻垢效果評價。
[0172] ①污垢熱阻的計算和阻垢率
[0173] 計算換熱銅管的污垢熱阻值，通過比較試驗組(通道I)和對照組(通道II)的污垢 熱阻值的大小評價阻垢效果。也可利用試驗組(通道I)和對照組(通道II)的污垢熱阻計算 得到阻垢率，通過阻垢率分析阻垢效果。
[0174] 根據傳熱學的熱平衡條件，當采用對流式熱量交換時，可得到試驗組與對照組的 污垢熱阻公式(6)、（7)。
[0175]
[0176]
[0177] 式(6)、（7)中：Rf,unt(t)-對照組的污垢熱阻值，單位(m2-K)/W;
[017引 Rf,Tr(t)-試驗組的污垢熱阻值，單位(m2 . K)/W;
[01巧]Tci,日,Un廣對照組零時刻冷卻水進口端溫度；
[0180] Tco,日,Un廣對照組零時刻冷卻水出口端溫度；
[0181] Thi,日,Un廣對照組零時刻加熱水進口端溫度；
[01劇 Tho,日,Un廣對照組零時刻加熱水出口端溫度；
[0183] Tei, G, Tr-試驗組零時刻冷卻水進口端溫度；
[0184] Tco,日,T廣試驗組零時刻冷卻水出口端溫度；
[0185] 化i, 0, Tr-試驗組零時刻加熱水進口端溫度；
[0186] Th。,日,T廣試驗組零時刻加熱水出口端溫度；
[0187] Tci, t, Un廣對照組t時刻冷卻水進口端溫度；
[018引 Tco, t, Un廣對照組t時刻冷卻水出口端溫度；
[0189] Thi, t, Un廣對照組t時刻加熱水進口端溫度；
[0190] Tho,t,Un廣對照組t時刻加熱水出口端溫度；
[0191] Tci, t, T廣試驗組t時刻冷卻水進口端溫度；
[0192] Tco,t,T廣試驗組t時刻冷卻水出口端溫度；
[0193] 化i, t, Tr-試驗組t時刻加熱水進口端溫度；
[0194] Tho, t, T廣試驗組t時刻加熱水出口端溫度；
[01 M] S-換熱銅管的換熱面積，m2;
[0196] Cpc-循環冷卻水的定壓比熱容，JAg ? K;
[0197] Hh-循環冷卻水的質量流量，kg/s。
[019引式(6)、（7)中的5、0。。、111。均為常量。由一體化溫度傳感器測得換熱器進、出口上述 各采集點的溫度值，可得到試驗組的污垢熱阻值Rf,Tr(t)和對照組的污垢熱阻值Rf,Unt(t)。
[0199] 根據污垢熱阻值計算出任意時刻的阻垢率：
[0200]
(8)
[0201] 式(8)中：Tl-任意時刻的阻垢率，％
[0202] 由式(8)知，在換熱銅管的換熱面積S、循環冷卻水的定壓比熱容Cpc、循環冷卻水的 質量流量me確定的條件下，只要分別測出循環冷卻水和加熱水的進、出口端的溫度，帶入式 (8)中，可得到換熱器的阻垢率值。
[0203] ②重量法阻垢率
[0204] 其二是對換熱銅管稱重，利用試驗前后兩個通道的換熱銅管的重量差計算阻垢率 (稱為重量法阻垢率）。重量法阻垢率的計算：
[0205：
(9)
[0206] 式(9)中:ri2--重量法阻垢率，％
[0207] Ams 一一對照組換熱銅管的增量，g
[0208] Ami 一一試驗組換熱銅管的增量，g
[0209] 需要注意的是，稱量換熱銅管時，必須是干燥狀態下的銅管重量。取出換熱銅管 后，放入95°C烘干箱烘干8小時后，使用萬分之一位精密天平稱量。
[0210] 實施實例2:緩蝕效果評價研究
[0211] 工業循環冷卻水管道通常由碳鋼制成，由于碳鋼在水中是不穩定的，在周圍液體 和氣體的作用下，碳鋼表面會發生化學反應、電化學反應或受到物理作用，進而使金屬受到 破壞或性能惡化也就是發生腐蝕現象。引起腐蝕的原因比較復雜，可分為W下幾種:溶解氧 引起的電化學腐蝕、氯離子引起的孔蝕和應力腐蝕破裂、溶解鹽類引起的腐蝕及硫酸鹽還 原菌和鐵細菌等引起的腐蝕等。
[0212] 利用"雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺"可進行緩蝕效果評價研究。
[0213] (1)試驗方法
[0214] 利用"試驗臺"進行緩蝕效果評價時，需將待測試的金屬掛片制作成規則形狀，或 購買成型的測試金屬掛片。金屬掛片可為A3碳鋼、20#鋼、不誘鋼、黃銅、紫銅、侶、鑄鐵等金 屬片，尺寸為 50 X 20 X 2mm、50 X 10 X 2mm、40 X 13 X 2mm 等矩形，精度 ± 0.1mm。
[0215] 如附圖6,將金屬掛片牢固固定在掛片筒9的掛片鉤93上。掛片筒是為了測試循環 冷卻水對金屬材料的腐蝕試驗專口設計的。W往的循環冷卻水腐蝕測試，一股采用靜態浸 泡實驗或旋轉掛片失重法實驗等，運些方法的不足之處是測試條件與實際運行的循環冷卻 水的流動狀態有很大差異，盡管旋轉掛片失重法W金屬掛片的旋轉模擬水流運動，但燒杯 中的水始終是靜止狀態，且實驗測試過程中不便于補充水中損失的離子成分，也不能維持 水中各種離子成分穩定，距工業上實際運行的循環冷卻水環境差距較大。
[0216] 本發明設計的掛片筒串接在循環冷卻水管路中，可在進行阻垢測試過程中同時進 行金屬掛片的腐蝕測試，也可單獨進行金屬掛片的腐蝕測試，且測試時自動補藥系統會連 續補充水中損失的各種離子，測試條件與工業實際運行的循環冷卻水環境基本接近，測試 結果更符合工業實際運行的結果。
[0217] 試驗中運用掛片失重法來測試處理后的腐蝕速率，該法是基于將已知質量的掛片 懸掛于掛片筒中并與循環冷卻水相接觸，經過一段試驗時間后取出掛片，用腐蝕前后掛片 的質量差來計算腐蝕量。
[0218] 掛片表面處理:腐蝕是金屬和循環冷卻水間的介面反應，表面狀態對腐蝕速度是 有影響的。試驗前用細砂紙進行打磨，打磨時注意每次掛片的粗糖度相同。然后對掛片進行 脫脂清洗，用水洗并用毛刷清除表面上的油污殘渣，再用無水乙醇清洗脫脂。洗凈的掛片用 濾紙吸干，存放于燥箱內烘干后稱重。掛片安裝時戴手套小屯、捏住掛片邊緣進行安裝。
[0219] (2)腐蝕率的計算
[0220] 用W下方法計算掛片的腐蝕速率：
[0221 ] Wmm/a表示的年均腐蝕速率B，按（10)式計算：
[0222]
(10)
[0223] 式（10)中：B-年均腐蝕速率，mm/a;
[0224] m-試驗前掛片的質量，g;
[0225] mi-試驗后清洗完畢的掛片質量，g;
[0226] A-掛片的表面積，cm2;
[0227] D-掛片的密度，g/cm3;
[022引 T-試驗時間，d;
[0229] K-單位常數，3.65 X 1〇3。
[0230] 試驗時，可將緩蝕化學藥劑一次性或分時段多次定量投加到試驗組(通道I)集水 池中，對照組(通道II)不投加緩蝕化學藥劑，通過對兩個通道掛片腐蝕速率的比較，進行緩 蝕效果評價。也可W在試驗組(通道I)的循環冷卻水管路中設置物理緩蝕裝置(如高壓靜電 場等），對照組(通道II)的循環冷卻水管路中不設置物理緩蝕裝置，通過對兩個通道掛片腐 蝕速率的比較，進行緩蝕效果評價。
[0231] 實施實例3:殺菌率的評價研究
[0232] 工業循環冷卻水系統中的細菌主要為芽抱桿菌科、假單胞菌科、腸桿菌科和硫細 菌科的細菌，常聚集在金屬表面粗糖處或凹坑和構件縫隙處，產生致密的粘液，粘附水中細 小的懸浮物和其它絲狀菌、霉菌、藻類、原生動物，使管壁形成粘泥，粘泥大量積聚，造成管 道堵塞、流量減少、降低傳熱效率等后果。同時由于細菌分泌酸性物質或在金屬表面局部地 區形成氧濃差電池，對管道產生腐蝕作用，嚴重影響正常生產。因此，為降低循環冷卻水中 微生物的危害必須進行殺菌處理。
[0233] 殺蔭莖的計當.郵殺蔭后敵死的細菌數與對照組細菌數的比值：
[0234]
(11)
[0235] 式(11)中;113-殺菌率，％;
[0236] CO-對照組細菌存活量平均值；
[0237] U-試驗組細菌存活量平均值。
[0238] 試驗時，可將化學殺菌劑一次性或分時段多次定量投加到試驗組(通道I)集水池 中，對照組(通道II)不投加殺菌劑，通過對兩個通道集水池中細菌的檢驗分析、比較，進行 殺菌效果評價。也可W在試驗組(通道I)的循環冷卻水管路中設置物理殺菌裝置(如高壓靜 電場殺菌器等），對照組(通道II)的循環冷卻水管路中不設置物理殺菌裝置，通過對兩個通 道集水池中細菌的檢驗分析、比較，進行殺菌效果評價。
[0239] 本發明具有試驗運行時間短、運行條件可控、循環冷卻水系統為開放式、可根據設 置參數自動運行等特點。
[0240] 本發明可用于工業循環冷卻水的實驗室內動態模擬試驗，采集實際運行的工業循 環冷卻水在本裝置上進行阻垢、殺菌及金屬掛片的抗腐蝕動態模擬試驗驗證，取得基本中 試數據后再推廣應用于實際工業循環冷卻水。也可供科研機構、高等院校等進行循環冷卻 水的動態模擬試驗研究。
[0241] W上僅為本發明實施例的較佳實施例而已，并不用W限制本發明實施例，凡在本 發明實施例的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明實 施例的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺，其特征在于:包括循環冷卻水系統、加 熱水系統、自動補水系統、自動補藥系統、數據采集系統和自動控制系統六大部分;加熱水 系統、自動補水系統、自動補藥系統分別與循環冷卻水系統連通，數據采集系統分別與循環 冷卻水系統、自動控制系統連接;其中循環冷卻水系統用于水介質的循環冷卻，加熱水系統 用于水介質的加熱，自動補水系統用于補充水介質蒸發損失的水量，確保循環冷卻水系統 中的循環冷卻水液面恒定，自動補藥系統用于連續地補充水中損失的離子成份，保持循環 冷卻水中的離子濃度不變，數據采集系統用于監測循環冷卻水系統中水溫的變化，并反饋 給自動控制系統對循環冷卻水系統的水溫進行控制，使之穩定在預設值，自動控制系統能 夠分別關閉、接通循環冷卻水系統、加熱水系統的輔助加熱，使循環冷卻水系統中的水溫穩 定在預設值。2. 根據權利要求1所述雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺，其特征在于:所述循環 冷卻水系統包括集水池、冷卻塔、換熱器，其中冷卻塔安裝在集水池上部，冷卻塔內部設有 噴頭、冷卻塔與集水池連通，集水池內盛裝循環冷卻水，同時集水池內安裝循環水栗、調節 水溫的電加熱棒及監測水溫的一體化溫度傳感器，循環冷卻水從換熱銅管內流過，循環冷 卻水與換熱銅管外的加熱水進行熱量交換； 其中換熱器中插入換熱銅管，換熱銅管的兩端伸出換熱器，其中換熱銅管的兩端分別 連通有管道接口，所述管道接口分別為循環冷卻水進水管道接口一和循環冷卻水出水管道 接口二，其中管道接口一與集水池中的循環水栗連通，管道接口二與掛片筒、噴頭連通； 其中，換熱銅管的管道接口一端形成循環冷卻水的進水口端，換熱銅管的管道接口二 端形成循環冷卻水的出水口端，所述進水口端、出水口端均裝有一體化溫度傳感器，用于監 測循環冷卻水進水口端、出水口端的溫度;換熱器、冷卻塔、噴頭之間通過管道連接形成循 環冷卻水管路，所述循環冷卻水管路具有兩路通道，每路循環冷卻水管路通道通過管道與 獨立的集水池連通，每路循環冷卻水管路通道中連接有循環冷卻水電動流量調節閥，自動 調節兩個管路通道的循環冷卻水，使兩個管路通道的循環冷卻水流量保持平衡、穩定。其中 兩路通道循環冷卻水管路分別為試驗組通道和對照組通道，循環冷卻水兩路通道中分別串 接有掛片筒，并且對試驗組通道采取阻垢、緩蝕或殺菌處理。3. 根據權利要求1所述的雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺，其特征在于:所述加 熱水系統包括恒溫水槽加熱器、加熱水栗，加熱水栗安裝在恒溫水槽加熱器內，恒溫水槽加 熱器和加熱水栗通過自動控制系統進行控制，其中恒溫水槽加熱器內的加熱介質為電導率 小于0.3yS/cm的高純度蒸餾水，兩路通道的換熱器通過獨立的管道連通并共用恒溫水槽加 熱器，所述管道為加熱水管道，所述加熱水管道在換熱器處形成加熱水的進、出水口，分別 為加熱水進水管道接口三、加熱水出水管道接口四；恒溫水槽加熱器上連接有三通管，其中 三通管的兩根分管道分別與兩路通道的換熱器連通，另一根分管道與恒溫水槽加熱器連 通，與恒溫水槽加熱器連通的分管道形成出水管道，出水管道分別通過管道接口三與兩路 通道的各自對應的換熱器相連接，恒溫水槽加熱器加熱后的高純度蒸餾水在加熱水栗驅動 下通過三通管 分流，通過管道接口三分別進入到兩路通道的換熱器中； 其中換熱器中，加熱后的加熱水分別與換熱銅管中的循環冷卻水進行熱量交換，交換 熱量后的加熱水通過各自的管道接口四經回水管道返回恒溫水槽加熱器中； 恒溫水槽加熱器與換熱器之間的管道形成加熱水管路。4. 根據權利要求1所述的雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺，其特征在于:所述自 動補水系統包括補水槽，其中補水槽位于集水池上方，補水槽底部連通有補充水的進水管 道，為管道五，補水槽底部通過管道五與集水池連通，管道五與集水池連接處設置有進水 閥，集水池內設置進水浮漂;補水槽端面處裝有刻度尺，通過刻度尺直觀讀出補充水液面降 低的數值。5. 根據權利要求1所述的雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺，其特征在于:所述自 動補藥系統包括補藥桶、蠕動栗、硅膠管。補藥桶內能夠盛裝化學藥劑，補藥桶與蠕動栗之 間連通，同時蠕動栗通過硅膠管與集水池連通，蠕動栗將補藥桶內的化學藥劑抽出，通過硅 膠管流入集水池內；蠕動栗的流量范圍在0.002~380mL/min之間；硅膠管的出口端通過固 定夾固定在集水池內壁上，硅膠管為耐腐蝕抗磨硅膠管。6. 根據權利要求1所述的雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺，其特征在于:所述數 據采集系統包括一體化溫度傳感器、采集器和計算機，其中采集器通過數據采集屏蔽線分 別與一體化溫度傳感器和計算機連接，一體化溫度傳感器通過采集器將采集的溫度信號值 傳遞給計算機。7. 根據權利要求1雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺，其特征在于:所述冷卻塔頂 具有端軸流風機，加大空氣流動量，起到輔助降溫作用，并且冷卻塔內部設有填料層，填料 層為球狀多面空心聚丙烯填料層。8. 根據權利要求1雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺，其特征在于:所述換熱器內 的換熱銅管為能夠拆卸更換式銅管。9. 雙通道工業循環冷卻水動態模擬試驗臺的工作方法，其特征在于：首先循環冷卻水 由循環水栗栗出集水池，經循環冷卻水流量電動調節閥、電磁流量計后到達換熱器的換熱 銅管，之后換熱銅管內的水與來自恒溫水槽的加熱水進行熱量交換，交換熱量后的循環冷 卻水再經冷卻塔噴頭噴淋、填料層冷卻后回到集水池中形成循環。
【文檔編號】G01D21/02GK105953840SQ201610475904
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月27日
【發明人】劉智安, 趙巨東, 賈建軍, 劉建林, 陳江平
【申請人】內蒙古工業大學