一种再生水换热器污垢生长动态预警方法

摘要

本发明公开了一种再生水换热器污垢生长动态预警方法，包括三部分内容：第一部分为，通过数据采样拟合出洁净状态下换热器两侧的传热准则方程；第二部分为，通过对再生水换热器一个运行周期的数据采集，绘制污垢热阻增长特性曲线、建立污垢热阻增长数学模型；第三部分为，利用前一周期所获得的污垢热阻增长曲线及数学模型对下一周期进行污垢生长预警，并进行在线更新。是一种可实现污垢生长预警并能进行在线更新的再生水换热器污垢生长动态预警方法，通过对下一周期的污垢生长情况预警，为换热器的运行、维护提供决策依据，可使再生水换热器保持节能高效运行。

说明书

技术领域

本发明属于暖通空调工程领域，尤其涉及一种再生水换热器污垢生长动态预警方法。

背景技术

再生水是指污水经过适当处理后，达到一定的水质指标，可进行有益使用的水。在暖通空调领域，通常利用换热器从再生水中获得热量或冷量满足人们的使用需求。但由于再生水水质较差，导致再生水换热器容易污垢，使其传热性能发生明显劣化。为了减小污垢对于再生水换热器传热性能的影响，需要掌握再生水换热器的污垢生长情况，以便及时进行清洗除垢。

目前，关于再生水换热器污垢热阻的监测均是采用实时检测、阈值报警的方法，即通过实时的数据采集，计算出实时污垢热阻，然后与设定的阈值进行对比决定是否除垢。例如，中国专利申请(申请号：200510028159.5，名称为“污垢热阻实时在线监测控制装置和方法”)公开了一种污垢热阻实时在线监测控制装置，通过信号采集组件采集数据，利用可编程控制器计算实时热阻值并控制加药组件运行。虽然这种实时在线监测方法可以实时检测出污垢热阻值、进行除垢报警，但其不具备预警功能，不能实现运行、维护的提前决策，在发出报警信号时污垢热阻已经达到较高值，加之除垢过程具有滞后性，将使换热器的传热性能大大降低，不利于换热器的节能高效运行。另外，实际运行中负荷率及流速等参数的变化将影响换热器的传热性能，且污垢的生长在每个周期会存在一定的差异性，而实时在线检测计算的方法无法实现计算模型的在线更新，可能导致检测计算出的污垢生长热阻与实际值存在较大偏差，产生误判。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种可实现污垢 预测并能进行在线更新的再生水换热器污垢生长动态预警方法。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种再生水换热器污垢生长动态预警方法，包括以下三部分内容：

第一部分：通过数据采样拟合出洁净状态下换热器两侧的传热准则方程；

第二部分：通过对再生水换热器一个运行周期的数据采集，绘制污垢热阻增长特性曲线、建立污垢热阻增长数学模型；

第三部分：利用前一周期所获得的污垢热阻增长曲线及数学模型对下一周期进行污垢生长预警，并进行在线更新；

所述第一部分，按下列步骤进行：

(1)在再生水换热器的两侧流体中布置温度、流速采集装置，采集所需温度、流速参数；

(2)再生水侧传热准则关联式为其中A_r、m_r分别为为待拟合的准则方程式系数和雷诺数Re_r的指数，根据所测数据拟合出再生水侧传热准则方程；

(3)中介水侧传热准则关联式为其中A_c、m_c分别为为待拟合的准则方程式系数和雷诺数Re_c的指数，根据所测数据拟合出中介水侧传热准则方程。

所述第二部分，按下列步骤进行：

(1)通过数据采集装置，采集换热器再生水侧进、出温度，采集换热器中介水侧进、出温度，采集换热器再生水侧流速，采集换热器中介水侧流速；

(2)由采集到的温度、流速数据分别计算再生水侧的Nu_r和中介水侧的Nu_c；

(3)由Nu_r＝h_rd_e/λ计算出洁净状态下再生水侧对流换热系数h_r，由

Nu_c＝h_cd_e/λ计算出洁净状态下中介水侧对流换热系数h_c；

(4)由计算污垢热阻R_f，其中K为再生水换热器总传热系数，R_W为再生水换热器壁面导热热阻；

(5)记录各运行时刻θ所对应的污垢热阻值R_f^*＝R_f；

(6)绘制所述再生水换热器污垢热阻R_f^*增长特性曲线；

(7)建立所述再生水换热器污垢热阻增长数学模型。

所述第三部分，按下列步骤进行：

(1)利用建立的再生水换热器污垢热阻增长模型，计算下一周期的换热器污垢热阻预警值R_f^*；

(2)校核污垢热阻预警值R_f^*与污垢热阻报警值R_fmax的关系，若：

R_f^*≥R_fmax，进行污垢报警或直接启动除垢装置；若：

R_f^*＜R_fmax，则不进行污垢报警或停止除垢；

(3)通过数据采集装置，采集换热器再生水侧进、出温度，采集换热器中介水侧进、出温度，采集换热器再生水侧流速，采集换热器中介水侧流速；

(4)由采集到的温度、流速数据分别计算再生水侧的Nu_r和中介水侧的Nu_c；

(5)由Nu_r＝h_rd_e/λ计算出洁净状态下再生水侧对流换热系数h_r，由Nu_c＝h_cd_e/λ计算出洁净状态下中介水侧对流换热系数h_c；

(6)由计算污垢热阻R_f，其中K为再生水换热器总传热系数，R_W为再生水换热器壁面导热热阻；

(7)记录各运行时刻θ所对应的污垢热阻值R_f^*＝R_f；

(8)绘制所述再生水换热器污垢热阻R_f^*增长特性曲线；

(9)修正所述再生水换热器污垢热阻增长模型，将修正后的模型作为下一运行周期的预警模型。

本发明的再生水换热器污垢生长动态预警方法，带来的技术效果是：通过对一个运行周期的实际运行数据采集，获得污垢热阻增长特性曲线所拟合出的污垢热阻增长模型，更加符合实际运行工况；依据前一周期的数据，拟合出下 一周期的预测模型，实现了在线更新，使预测值更准确；通过对下一周期的污垢生长情况预警，为换热器的运行、维护提供决策依据，可提前对换热器的运行进行及时有效的干预，可有效地解决污垢生长导致的再生水换热器传热性能严重劣化问题，可使再生水换热器保持节能高效运行。

附图说明

图1是本发明实施例1的数据采集装置布置示意图；

图2是本发明的第1个运行周期污垢热阻增长模型建立流程图；

图3是本发明的第2、3、4……运行周期系统工作流程图。

图中的标记分别表示：1、再生水宽通道板式换热器，2、再生水入口温度传感器，3、再生水出口温度传感器，4、中介水入口温度传感器，5、中介水出口温度传感器，6、再生水出口流量传感器，7、中介水出口流量传感器。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

在以下的描述中，涉及到的公式中的参数Nu、Re、Pr、d_e、λ在教科书《传热学》中均有定义，下标r表示再生水侧参数，下标c表示中介水侧参数。

本实施例给出一种再生水板式换热器的污垢生长动态预警方法，并作为本发明的实施例1。

数据采集装置布置如图1所示，图1中，箭头表示管道中流体的流向，标记分别表示：1、板式换热器，2、再生水入口温度传感器，3、再生水出口温度传感器，4、中介水入口温度传感器，5、中介水出口温度传感器，6、再生水出口流量传感器，7、中介水出口流量传感器。

该实施例描述的再生水板式换热器的污垢生长动态预警方法，具体包括以下三部分内容：

第一部分：通过数据采样拟合出洁净状态下换热器两侧的传热准则方程；

第二部分：通过对再生水换热器一个运行周期的数据采集，绘制污垢热阻增长特性曲线、建立污垢热阻增长数学模型；第三部分为，利用前一周期所获 得的污垢热阻增长曲线及数学模型对下一周期进行污垢生长预警，并进行在线更新，为下一周期内换热器的运行、维护提供决策依据。

所述第一部分为，通过数据采样拟合出洁净状态下换热器两侧的传热准则方程，包括下列步骤：

(1)在再生水宽通道板式换热器1的再生水入口布置温度传感器2、再生水出口布置温度传感器3、中介水入口布置温度传感器4、中介水出口布置温度传感器5、再生水出口布置流量传感器6、中介水出口布置流量传感器7，采集所需温度、流速参数；

(2)再生水侧传热准则关联式为其中A_r、m_r分别为为待拟合的准则方程式系数和雷诺数Re_r的指数，根据所测数据拟合出再生水侧传热准则方程

(3)中介水侧传热准则关联式为其中A_c、m_c分别为为待拟合的准则方程式系数和雷诺数Re_c的指数，根据所测数据拟合出中介水侧传热准则方程

所述第二部分为，通过对再生水换热器第一个运行周期的数据采集，绘制污垢热阻增长特性曲线、建立污垢热阻增长数学模型，其流程如图2所示，具体按下列步骤：

(1)通过数据采集装置，采集换热器再生水侧进、出温度，采集换热器中介水侧进、出温度，采集换热器再生水侧流速，采集换热器中介水侧流速；

(2)由采集到的温度、流速数据分别计算再生水侧的Nu_r和中介水侧的Nu_c；

(3)由Nu_r＝h_rd_e/λ计算出洁净状态下再生水侧对流换热系数h_r，由Nu_c＝h_cd_e/λ计算出洁净状态下中介水侧对流换热系数h_c；

(4)由计算污垢热阻R_f，其中K为再生水换热器总 传热系数，R_W为再生水换热器壁面导热热阻；

(5)记录各运行时刻θ所对应的污垢热阻值R_f^*＝R_f；

(6)所测得的污垢热阻R_f^*的增长特性曲线包括起始期、生长期和渐进期三阶段，符合渐近污垢增长模型，其中R′_f为污垢热阻稳定值，θ_c为污垢热阻达到稳定值的时间，θ为污垢热阻增长时间；

(7)建立所述再生水宽通道板式换热器污垢热阻增长数学模型：

${R_f}^{*}=4.5\times {10}^{-4}[1-\exp (-\frac{\theta }{12.52})].$

所述第三部分为，利用前一周期所获得的污垢热阻增长曲线及数学模型进行污垢生长预警，并实现在线更新，其工作流程如图3所示，具体按下列步骤：

(1)利用建立的再生水换热器污垢热阻增长模型，计算下一周期的换热器污垢热阻预警值R_f^*；

(2)校核污垢热阻预警值R_f^*与污垢热阻报警值R_fmax的关系，若：

R_f^*≥R_fmax进行污垢报警或直接启动除垢装置，若：

R_f^*＜R_fmax则不进行污垢报警或停止除垢；

(3)通过数据采集装置，采集换热器再生水侧进、出温度，采集换热器中介水侧进、出温度，采集换热器再生水侧流速，采集换热器中介水侧流速；

(4)由采集到的温度、流速数据分别计算再生水侧的Nu_r和中介水侧的Nu_c；

(5)由Nu_r＝h_rd_e/λ计算出洁净状态下再生水侧对流换热系数h_r，由Nu_c＝h_cd_e/λ计算出洁净状态下中介水侧对流换热系数h_c；

(6)由计算污垢热阻R_f，其中K为再生水换热器总传热系数，R_W为再生水换热器壁面导热热阻；

(7)记录各运行时刻θ所对应的污垢热阻值R_f^*＝R_f；

(8)绘制所述再生水板式换热器污垢热阻R_f^*增长特性曲线；

(9)修正所述再生水板式换热器污垢热阻增长模型，将修正后的模型作为下一运行周期的预警模型。

需要说明的是，上述再生水换热器的污垢生长动态预警方法的实施例不限于再生水板式换热器，对于其它类型的换热器以及其它工作介质也均适用，本领域的技术人员在本发明的技术方案的基础上的简单增加和替换，均在本发明的保护范围之列。