水冷冷水機組殼管式冷凝器膠球自動在線清洗裝置的性能技術指標

      介紹了該裝置的應用現(xiàn)狀及工作原理。JB/T11133—2011《水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置》提出采用冷凝器端差表征污垢熱阻，冷凝器端差增加量應不大于0.3℃±0.1℃,并給出了部分負荷時端差增量的折算方法。

      冷水機組的冷卻水、冷水系統(tǒng)大部分都作了化學處理，目前我國尚沒有針對集中空調冷水機組循環(huán)水處理的行業(yè)標準。GB50019—2003《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》[1]規(guī)定“冷卻水的水質應符合國家現(xiàn)行標準《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》(GB50050)及有關產(chǎn)品對水質的要求”。GB50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》規(guī)定，敞開式循環(huán)水系統(tǒng)的污垢熱阻值小于0.344m2·℃/kW。該規(guī)范比較適合大中型工業(yè)企業(yè)，有業(yè)技術人員、監(jiān)測設施、儀器設備和相應的健全的管理制度作保證。對于集中空調冷水機組循環(huán)水系統(tǒng)，由于量大面廣、系統(tǒng)小、分散，業(yè)人員和監(jiān)測設施、儀器設備缺乏，又沒有相應的管理制度作保證，多數(shù)用戶采取了化學水處理技術，但實際的效果并不能令人滿意，每年還需周期性機械清洗冷凝器和蒸發(fā)器，所以無法保證冷水機組的高效運行。GB/T18430.1—2007《蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機組1部分：工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的冷水（熱泵）機組》中規(guī)定水冷式冷凝器污垢系數(shù)為0.044m2·℃/kW。由于不同規(guī)范給出的污垢熱阻值的范圍相差近8倍，致使使用單位無所適從。通常冷水機組冷凝器的端差（制冷劑的冷凝溫度與冷卻水出冷凝器的溫度的差值）設計值在滿負荷運行時約為1.0~1.5℃,由于冷卻水側污垢熱阻增大時冷凝器端差增大，根據(jù)對北京、上海、廣州、深圳近千臺冷水機組10年來的運行記錄粗略統(tǒng)計分析，冷水機組冷凝器端差折算為100%負荷時的平均值約為3.5℃,即由于冷卻水側污垢熱阻的影響使冷水機組運行效率下降約8%~10%。

1、水冷冷水機組殼管式冷凝器膠球自動在線清洗裝置

      冷凝器膠球自動在線清洗裝置技術早由美國人HenryF.Schmidt于1927年發(fā)明，并于1931年取得了美國利,應用于美國費城西屋電廠的凝汽器中，對其換熱管進行連續(xù)清洗，后經(jīng)德國人Taprogge推廣，20世紀在火電廠凝汽器中得到應用。

      冷凝器膠球自動在線清洗裝置工作原理如圖1所示，通過發(fā)球機將膠球送入水冷殼管式冷凝器中，膠球依靠水壓差隨冷卻水在換熱管內流動，通過與換熱管內壁的摩擦來擦洗掉換熱管內壁的污垢，在出口端通過捕球器回收膠球送至發(fā)球機形成一個清洗循環(huán)，并通過電氣控制器控制清洗頻率，實現(xiàn)自動在線定期清洗功能，保證冷凝器的清潔度，降低污垢熱阻，提高傳熱系數(shù)。

圖1冷凝器膠球自動在線清洗裝置工作原理

      該技術21世紀初先應用于歐洲、美國、日本、韓國以及我國臺灣的獨資工廠，隨著國外品牌產(chǎn)品在國內的推廣，北京、上海、深圳、廣州等發(fā)達地區(qū)用戶逐漸開始接受和使用該類產(chǎn)品，目前已有近千臺應用案例。

2JB/T11133—2011《水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置》標準中的性能參數(shù)

      在行業(yè)標準DL/T581—2010《冷凝器膠球自動在線清洗裝置和循環(huán)水二次過濾裝置》中，對該設備的結構、制造提出了相應要求。但對用戶關心的被清洗對象凝汽器使用該裝置前后運行參數(shù)的變化并沒有作出相應的規(guī)定。筆者在起草JB/T11133—2011《水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置》標準時借鑒了DL/T581—2010的相關規(guī)定，同時針對冷水機組的具體特點，明確規(guī)定了用戶關心的可在用戶使用條件下進行監(jiān)測的使用性能技術指標。對于新投入運行的冷卻水機組和正在運行的冷水機組，用化學清洗或機械式毛刷清洗冷凝器換熱管內壁，確認換熱管內壁潔凈無污后，在電流百分比為100%及額定工況下運行，冷水機組冷凝器膠球自動在線清洗裝置正常使用時，冷凝器端差的增加量不大于0.3℃±0.1℃。

      根據(jù)冷凝器冷卻水側的污垢熱阻計算公式，計算污垢熱阻需已知冷凝器的結構參數(shù)，如換熱管的管徑、壁厚、管數(shù)、管排數(shù)、長度、冷卻水的流量、冷凝器側制冷劑溫度等，但對于實際運行的冷水機組，要已知上述結構參數(shù)和測量冷卻水的流量非常困難，或測量成本過高而無法實施。

      水冷式冷水機組實際運行時可直接觀察到的是制冷劑的冷凝溫度與冷卻水出口溫度之差，即冷凝器端差。考慮到冷凝器的換熱過程中，壓縮機的排氣從過熱蒸氣被冷卻到飽和溫度段，溫差較大，但換熱系數(shù)較小，將此段的換熱過程近似于冷凝換熱段，冷凝器的對數(shù)平均溫差Δtm與冷凝器端差的關系可近似為Δtm=Δtl+Δtw(1)式中Δtl為冷凝器的端差，℃;Δtw為冷卻水進出口溫差，℃。

      因此機組滿負荷運行時，若冷卻水進出口溫差不變，冷凝器的對數(shù)平均溫差的變化量等于冷凝器端差的變化量。冷凝器端差計算公式為Δtl=+Rf)-Δtw(2)式中Q為冷凝器的換熱量；F為冷凝器換熱面積；Rf為冷卻水側的污垢熱阻；Kc為冷凝器清潔狀態(tài)下的傳熱系數(shù)。

      假設冷凝器的冷卻水進出水溫差為5℃,冷卻水側換熱表面清潔時冷凝器端差為1℃,即傳熱溫差為3.5℃。圖2顯示了冷凝器清潔狀態(tài)下傳熱系數(shù)Kc不同時污垢熱阻對端差的影響，Kc越大，污垢熱阻對端差的影響越顯著。

圖2污垢熱阻對端差的影響

      由式(2)和圖2可知冷凝器端差與污垢熱阻呈線性關系，用冷凝器端差表征污垢熱阻較方便實用。負荷率降低時，冷凝器的換熱量也降低，污垢熱阻相同但端差減小，為了方便比較，將此端差值折算至滿負荷工況進行比較。折算后的端差Δt計算公式為Δt=Δtms×100式中Δtms為實測時的冷凝器端差，℃;R為實測時的機組電流百分比，％。

3冷水機組冷凝器膠球自動在線清洗裝置工程實踐

      圖3為某城市綜合體使用冷凝器膠球自動在線清洗裝置前后的端差變化。