（小球系统）水冷冷凝器清洗装置标准

深圳市勤达富节能技术有限公司倪永刚JB/T11133-2011《水冷冷水机组管壳式冷凝器胶球自动在线清洗装置》标准中使用性能技术指标的选择2011年中国制冷学会学术年会中国南京2011年10月23日华南理工大学刘金平教授胶球在线清洗装置在国内冷水机组上的应用介绍2‖行业标准JB/T11133-2011《水冷冷水机组管壳式冷凝器胶球自动在线清洗装置》已批准发布并于2011年08月01日起实施,本文阐述了该标准制定的意义,论述了采用冷凝器端差增加量为使用性能技术指标的原因以及通过工程实践得出的冷凝器端差增加量的具体数值应不大于0.3℃±0.1℃。摘要：3‖关键词冷凝器胶球在线清洗装置使用性能技术指标端差增量选择4‖前言近30年来，中国经济经历了高速的发展，冷水机组的用量也越来越大，目前在用的总制冷量约为1.27×108kW，2009年度冷水机组的全年耗电量约为4.07×1010kWh[1]。注：以上资料由张明圣、彭飞、石竹青，中央空调用电力驱动冷水机组年耗电量分析计算[J],制冷与空调,2010,10(3)：11－135‖中国电力企业联合会预计2010年全社会用电量将达到4.17×1012kWh。根据以上数据推算，2010年度冷水机组的全年耗电量约占全社会用电量的1%。冷水机组巨大的能量消耗，引起了社会各界的广泛关注。6‖尽管冷水机组的冷却水、冷冻水系统大部分都作了化学水处理，但由于目前我国没有针对中央空调冷水机组循环水处理行业标准。7‖《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019—2003[2]规定“冷却水的水质应符合国家现行标准《工业循环水处理设计规范》及有关产品对水质的要求”。注：GB50019—2003采暖通风与空气调节设计规范[S]2003.8‖《工业循环水处理设计规范》GB50050—2007[3]规定：敞开式循环水系统的污垢热阻值小于0.344m2·℃/kW。注：GB50050—2007工业循环水处理设计规范[S]20079‖该规范比较适合中大型工业企业，有健全的专业技术人员、监测设施、仪器设备和相应的管理制度作保证。10‖对于中央空调冷水机组循环水系统由于量大面广、系统小、分散，专业人员和监测设施、仪器设备缺乏，又没有相应的管理制度作保证。11‖现状是多数用户采取了化学水处理技术，但实际的结果并不能令人满意，每年还需周期性机械捅刷冷凝器和蒸发器，所以无法从结果上保证冷水机组的高效运行。12‖13‖14‖15‖16‖17‖18‖GB/T18430.1-2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组第1部分:工业或商业用及类似用途的冷水(热泵)机组[4]中规定水冷式冷凝器污垢系数为是0.044m2·℃/kW。注：GB/T18430.1-2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组第1部分:工业或商业用及类似用途的冷水(热泵)机组[S]2007.19‖由于不同规范给出的污垢热阻值的范围相差近8倍,致使行业使用单位无所适从，结果对实际工作产生不良影响。GB50050—2007[3]循环水系统的污垢热阻值小于0.344m2·℃/kW。GB/T18430.1-2007冷凝器污垢系数为是0.044m2·℃/kW。20‖通常冷水机组冷凝器的端差（制冷剂的冷凝温度与冷却水在冷凝器出口温度之差）设计值在满负荷运行时约为1.0℃-1.5℃。21‖但由于冷却水侧污垢热阻的影响使冷凝器端差增大，十年来，根据对北京、上海、广州、深圳近千台运行的冷水机组的运行记录粗略统计分析，冷水机组冷凝器端差折算为100%负荷时的平均值约为3.5℃。22‖即由于冷却水侧污垢热阻的影响使冷水机组运行效率下降约8-10%。23‖按2009年度冷水机组的全年耗电量为4.07×1010kWh计算，可以推算由于冷水机组冷凝器污垢热阻原因导致全国冷水机组多耗电约为3.2×109kWh--4.07×109kWh，约占全社会发电量的万分之八到千分之一。巨大的能耗及相应的节能潜力引起了广泛的关注。24‖一、水冷冷水机组管壳式冷凝器胶球自动在线清洗装置25‖胶球自动在线清洗技术，最早于1927年美国人HenryF.Schmidt发明，并于1931年取得了美国专利[5]。最早用于美国费城的西屋电厂的凝汽器的换热管连续清洗。后经德国人TAPROGGE的推广，在上个世纪全球包括我国在内的火电厂凝汽器已是一个标配的在线清洗装置。注：HenryF.Schmidt.Condenser–CleaningSystem.USA,1795348.1927.3.3026‖上个世纪70年代随着冷水机组的大量应用，胶球自动在线清洗技术节能效果明显、环保，清洗过程无三废排放，所以在冷水机组冷凝器的清洗中的到了长足的发展，尤其是日本应用较为普遍。27‖现代冷凝器胶球自动在线清洗技术是一套利用流体、水力机械、胶球以及微电脑等多种技术来达到最简单的清洗解决方案，在冷水机组冷凝器冷却水的进出管安装发球机和捕球器，用特殊配方和结构的橡胶海绵球按一定的循环程序，在水力的作用下通过冷凝器换热管擦去管内壁上初期形成的沉积物。双击HCTCS111008(工程机型).swf28‖由于循环过程是不停车、在线、自动的，时间间隔短，污垢沉积物在形成初期就被擦洗掉，保持管壁洁净，使冷凝器处于较高的换热效率状态。克服由于污垢的产生而引起冷水主机制冷效率下降，从而降低能耗，节省能源。消除冷凝器列管腐蚀根源，延长列管使用寿命，减少维护费用和化学药剂的使用，减少冷却水浓水的排放量，降低环境污染。这是目前为止使冷凝器列管始终保持较高清洁状态的最为成熟和有效的方法之一。29‖冷凝器胶球自动在线清洗装置工作原理如图1所示，通过发球机将胶球送入水冷管壳式冷凝器中，胶球依靠水压差随冷却水在换热管内流动，通过与换热管内壁的摩擦，从而擦洗掉换热管内壁的污垢，在出口端通过捕球器回收胶球至发球机形成一个清洗循环，并通过电气控制器控制清洗频率，达到自动在线定期清洗功能，保证冷凝器的清洁度，降低污垢热阻，提高传热系数的装置。清洗装置的工作原理见图1和图2。30‖图1.冷凝器胶球自动在线清洗装置工作原理捕球器31‖在我国，本世纪初，该技术首先应用与欧、美、日、韩、台的独资工厂，随着国外品牌在国内的推广，在北京、上海、深圳、广州等发达地区用户逐渐开始接受和使用，目前国内品牌已用近10家，通过大家的积极推广，加上国家、整个社会节能意识的提高，目前已有近千台应用案例。32‖二、冷凝器胶球自动在线清洗装置推广应用中的关键问题—标准33‖胶球在线清洗装置从本质上讲使冷水机组冷凝器（蒸发器）始终处于较高的洁净状态，维持了较低的污垢热阻值，从而保持冷水机组较低的温度端差，也就是降低了冷凝温度，从而提高了冷水机组的运行效率。但是冷水机组的运行效率除了和污垢热阻有关外，还和冷却水量、环境温度决定的冷却水入口温度以及负荷有直接关系，所以在实际用户冷水机组上安装电表的测试方式来测量胶球清洗装置对冷水机组的节能效果是不可行的。34‖胶球清洗装置作为冷水机组配套的节能新技术有多家企业生产和销售，为了使该行业能健康、有序的发展，确实为冷水机组的节能起到重要作用，急需一个科学的行业标准，对该产品的主要技术指标提出明确的要求，使生产商、用户、相关方有标准可依，从而保护各方的利益。35‖三、《水冷冷水机组管壳式冷凝器胶球自动在线清洗装置》标准中使用性能参数的提出依据36‖原电力部行业标准DL/T581《凝汽器胶球清洗装置和循环水二次过滤装置》[6]，对该设备的结构、制造提出了相应要求。但对用户最关心的被清洗对象凝汽器运行参数使用该装置前后变化并没有做出相应的规定。1）、电力行业标准的分析和借鉴注：DL/T581《凝汽器胶球清洗装置和循环水二次过滤装置》37‖所以《水冷冷水机组管壳式冷凝器胶球自动在线清洗装置》行业标准在起草时我们借鉴了DL/T581的相关规定，同时针对冷水机组的具体特点，明确规定了用户最关心的可在用户使用条件下进行监测的使用性能技术指标。38‖2）、传热学法污垢热阻的测量39‖对一卧式壳管冷凝器，需自动测量冷凝器冷却水进出口温度和、冷却水体积流量和制冷剂的冷凝温度等参数。对于0～50℃的冷却水来说，管内冷却水侧强迫对流换热系数为：incwt,outcwt,cwVst2.08.0,,2221430iwoutcwincwwdttw式中：－冷却水在管内的流速，m/s（1）40‖、、、式中：31065.0dcrg23r式中制冷剂物性系数：分别为制冷剂液体的导热系数，制冷剂在水平光滑单管上的冷凝放热系数可表示为：（2）（3）W/（m.℃）；密度，kg/m3；动力粘度,N.s/m2；气化潜热，J/kg。41‖式中：为换热管外径，m；为换热管长度，m；3600/tdwpcwctcVQ水cwVcpwtdt水NLdQc014.30dLN冷凝器的换热量：式中为冷却水体积流量，m3/h；为冷却水比为冷却水进出口温差，℃；热流密度：为换热管根数。（4）热，J/（kg.℃）；为冷却水密度，kg/m3。（5）42‖cfzcfz..f则制冷剂蒸气在水平肋管管束上的冷凝放热系数为：式中：为肋管修正系数，根据肋管的（6）结构尺寸确定。43‖式中Z为水平管束上下重叠的平均排数，顺排时等于垂直方向的平均排数；正三角形错排时近似等于61Zz5.06.0N对于蒸气在卧式壳管冷凝器水平管束外表面上的冷凝换热，由于下落的冷凝液可使下部管束外侧液膜增厚，换热系数有所降低，即：，N为管总根数。管束修正系数44‖mictAQKfmtfRoifzcippwfAAAAKKKR.11111.fcfppA冷凝器的传热系数式中则根据传热学法得出冷凝器冷却水侧的污垢热阻，式中：为换热管的导热系数，W/（m.℃）；为换热管的平均壁厚，m；为换热管的平均面积,m2。（7）为对数平均温差℃。（8）45‖按此法，需已知：冷凝器的结构参数如换热管的管径、壁厚、管数、管排数、长度、冷却水的流量、冷凝器侧制冷剂温度等参数，但在实际运行的冷水机组，要已知上述的结构参数和测量冷却水的流量非常困难，或测量成本过高而无法实施。46‖wtdltdmtt21tltdt水冷式冷水机组实际运行时可直接观察到的是制冷剂的冷凝温度与冷却水出口温度之差，即冷凝器端差。考虑到冷凝器的换热过程中，压缩机的排气从过热蒸气被冷却到饱和温度段，温差较大，但换热系数较低，将此段的换热过程近似于冷凝换热段，冷凝器的对数平均温差与冷凝器端差的关系可近似为：式中：为冷凝器的端差，℃3.3污垢热阻和端差的关系(9)47‖因此机组满负荷运行时，若冷却水进出口温差不变，冷凝器的对数平均温差的变化量等于冷凝器端差的变化量。由式（7）和式（8）得冷凝器端差：wdfcltdtRKFQt21)1((10)48‖当换热器的表面有污垢形成后，换热器的总传热热阻增大，导致了对数平均传热温差增加，即冷凝温度升高。假设冷凝器的冷却水进出水温差为5℃，冷却水侧换热表面清洁时冷凝器端差为1℃，即传热温差为3.5℃，图1显示了在冷凝器清洁状态下的传热系数不同时的污垢热阻对端差的影响，cK越大，污垢热阻对端差的影响越cK显著。49‖图2.污垢热阻对端差的影响0.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.200.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5端差（K）污垢热阻（m.K/kW)Kc=3000(W/m.K)Kc=4000(W/m.K)Kc=5000(W/m.K)Kc=6000(W/m.K)50‖冷水机组的主控制屏上都显示了冷凝器（蒸发器）运行有关参数：如冷却水进出口温度、制冷剂饱和冷凝温度，冷冻水回水和出水温度、制冷剂的蒸发温度，以及冷水机组的运行负荷百分比。从以上参数中我们可以看到使用胶球清洗装置前后参数的相应变化。3.4、冷机组的设备特点51‖端差：0.8℃