水冷冷水機組殼管式冷凝器膠球自動(dòng)在線(xiàn)清洗裝置的性能技術(shù)指標

      介紹了該裝置的應用現狀及工作原理。JB/T11133—2011《水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動(dòng)在線(xiàn)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(shí)端差增量的折算方法。

      冷水機組的冷卻水、冷水系統大部分都作了化學(xué)處理，目前我國尚沒(méi)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(fēng)與空氣調節設計規范》[1]規定“冷卻水的水質(zhì)應符合國家現行標準《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規范》(GB50050)及有關(guān)產(chǎn)品對水質(zhì)的要求”。GB50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規范》規定，敞開(kāi)式循環(huán)水系統的污垢熱阻值小于0.344m2·℃/kW。該規范比較適合大中型工業(yè)企業(yè)，有業(yè)技術(shù)人員、監測設施、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，由于量大面廣、系統小、分散，業(yè)人員和監測設施、儀器設備缺乏，又沒(méi)有相應的管理制度作保證，多數用戶(hù)采取了化學(xué)水處理技術(shù)，但實(shí)際的效果并不能令人滿(mǎn)意，每年還需周期性機械清洗冷凝器和蒸發(fā)器，所以無(wú)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(lèi)似用途的冷水（熱泵）機組》中規定水冷式冷凝器污垢系數為0.044m2·℃/kW。由于不同規范給出的污垢熱阻值的范圍相差近8倍，致使使用單位無(wú)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(mǎn)負荷運行時(shí)約為1.0~1.5℃,由于冷卻水側污垢熱阻增大時(shí)冷凝器端差增大，根據對北京、上海、廣州、深圳近千臺冷水機組10年來(lái)的運行記錄粗略統計分析，冷水機組冷凝器端差折算為100%負荷時(shí)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(dòng)在線(xiàn)清洗裝置

      冷凝器膠球自動(dòng)在線(xiàn)清洗裝置技術(shù)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(chǎng)的凝汽器中，對其換熱管進(jìn)行連續清洗，后經(jīng)德國人Taprogge推廣，20世紀在火電廠(chǎng)凝汽器中得到應用。

      冷凝器膠球自動(dòng)在線(xiàn)清洗裝置工作原理如圖1所示，通過(guò)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(dòng)，通過(guò)與換熱管內壁的摩擦來(lái)擦洗掉換熱管內壁的污垢，在出口端通過(guò)捕球器回收膠球送至發(fā)球機形成一個(gè)清洗循環(huán)，并通過(guò)電氣控制器控制清洗頻率，實(shí)現自動(dòng)在線(xiàn)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。

圖1冷凝器膠球自動(dòng)在線(xiàn)清洗裝置工作原理

      該技術(shù)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(chǎng)，隨著(zhù)國外品牌產(chǎn)品在國內的推廣，北京、上海、深圳、廣州等發(fā)達地區用戶(hù)逐漸開(kāi)始接受和使用該類(lèi)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(dòng)在線(xiàn)清洗裝置》標準中的性能參數

      在行業(yè)標準DL/T581—2010《冷凝器膠球自動(dòng)在線(xiàn)清洗裝置和循環(huán)水二次過(guò)濾裝置》中，對該設備的結構、制造提出了相應要求。但對用戶(hù)關(guān)心的被清洗對象凝汽器使用該裝置前后運行參數的變化并沒(méi)有作出相應的規定。筆者在起草JB/T11133—2011《水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動(dòng)在線(xiàn)清洗裝置》標準時(shí)借鑒了DL/T581—2010的相關(guān)規定，同時(shí)針對冷水機組的具體特點(diǎn)，明確規定了用戶(hù)關(guān)心的可在用戶(hù)使用條件下進(jìn)行監測的使用性能技術(shù)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(xué)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(wú)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(dòng)在線(xiàn)清洗裝置正常使用時(shí)，冷凝器端差的增加量不大于0.3℃±0.1℃。

      根據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，如換熱管的管徑、壁厚、管數、管排數、長(cháng)度、冷卻水的流量、冷凝器側制冷劑溫度等，但對于實(shí)際運行的冷水機組，要已知上述結構參數和測量冷卻水的流量非常困難，或測量成本過(guò)高而無(wú)法實(shí)施。

      水冷式冷水機組實(shí)際運行時(shí)可直接觀(guān)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(guò)程中，壓縮機的排氣從過(guò)熱蒸氣被冷卻到飽和溫度段，溫差較大，但換熱系數較小，將此段的換熱過(guò)程近似于冷凝換熱段，冷凝器的對數平均溫差Δtm與冷凝器端差的關(guān)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(jìn)出口溫差，℃。

      因此機組滿(mǎn)負荷運行時(shí)，若冷卻水進(jìn)出口溫差不變，冷凝器的對數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。

      假設冷凝器的冷卻水進(jìn)出水溫差為5℃,冷卻水側換熱表面清潔時(shí)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Kc不同時(shí)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(zhù)。

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(xiàn)性關(guān)系，用冷凝器端差表征污垢熱阻較方便實(shí)用。負荷率降低時(shí)，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(mǎn)負荷工況進(jìn)行比較。折算后的端差Δt計算公式為Δt=Δtms×100式中Δtms為實(shí)測時(shí)的冷凝器端差，℃;R為實(shí)測時(shí)的機組電流百分比，％。

3冷水機組冷凝器膠球自動(dòng)在線(xiàn)清洗裝置工程實(shí)踐

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