U 形管式换热器 CaCO3型污垢热阻变化趋势预测研究.pdf

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1、第１２期黄俊峰等．Ｕ形管式换热器ＣａＣＯ３型污垢热阻变化趋势预测研究１３７９U形管式换热器CaCO型污垢热阻3变化趋势预测研究１１２黄俊峰王建国孙浩（１．东北电力大学，吉林吉林１３２０１２；２．吉林化工学院，吉林吉林１３２０２２）摘要用自制的实验装置模拟工业Ｕ形管式换热器ＣａＣＯ３型污垢的形成过程，通过计算机采集系统对实验数据进行记录和分析，采用灰色Ｖｅｒｈｕｌｓｔ模型对污垢热阻随时间的变化趋势进行预测并取得了良好的效果。该研究结果为Ｕ形管式换热器污垢热阻研究提供了实验和预测依据。关键词灰色Ｖｅｒｈｕｌｓｔ模型Ｕ形管式换热器污垢热阻中图分类号ＴＨ４９　　　文献标识码Ａ文章编号　１０００-３９

2、３２（２０１４）１２-１３９７-０４换热器是使热量从热流体传递到冷流体的设［１］［２］备，在化工生产装置中占有重要地位。Ｕ形管换热器是常用的工业换热设备，其换热面上污垢的积聚会影响换热效率，严重时可引起换热器局部腐蚀，威胁换热设备的安全运行。换热器表面污垢的形成是一个复杂、长期的过程，污垢热阻可以表征换热器污垢的程度，其随时间的变化包括线性增长［３，４］型、降率型、幂律型和渐近线型。赵波等应用支图１　实验装置系统持向量机法对天然水通过管壳式模拟换热器产生１———水冷系统；　　　２———空冷系统；［５］的污垢进行预测，平均误差达到８．８７４％；徐志明３———实验水箱；　　　４———循环水泵；等

3、采用偏最小二乘回归法对板式换热器冷却水污５———实验管道；　　　６———恒温加热水箱；［６］７———Ｕ形换热管；　　８———管道入口水温；垢热阻进行预测，相对误差在５．１１０％以内，基于９———管道出口水温；　１０———换热管壁温；灰色ＧＭ（１，１）和新陈代谢ＧＭ（１，１）模型对交叉缩１１———水浴温度；　　　１２———排水系统放椭圆管污垢特性进行预测，平均相对误差分别为笔者将无水Ｎａ２ＣＯ３、无水ＣａＣｌ２按摩尔质量［７］４．１７７％和４．０６０％。Ｕ形管式换热器污垢热阻１∶１配置１０００ｍｇ／Ｌ的高硬度水（以ＣａＣＯ３衡量）的增长趋势不同于直管壳式／板式换热器和交叉缩作为实验水质，研究其

4、污垢热阻的特性。恒温水放椭圆管污垢热阻的增长趋势，因此笔者通过实验浴温度控制在５０℃，流速为０．４ｍ／ｓ。研究Ｕ形管式换热器污垢热阻随时间变化的类型2实验数据分析并对其进行预测，可为进一步的除垢、抑垢提供重通过实验装置对特定实验水质进行检测，得到Ｕ形管换热器污垢热阻随时间的变化和增长要依据。①速率（表１）。可以看出，Ｕ形管式换热器污垢热1实验装置阻随时间呈渐近线型曲线变化，污垢热阻增长速实验装置由冷却系统、实验水质循环系统、温率随时间呈现减缓趋势。在笔者所设定的实验条度控制系统、数据采集存储和污垢热阻计算系统组成，如图１所示。冷却系统包括水冷系统和空①收稿日期：２０１４-０６-２０冷系统，恒

5、温水浴中的换热实验管段采用Ｕ形铜基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１７６０２８）；吉林省质管道。重点科技攻关项目（２０１４０２０４００６ＳＦ）３１９８化工自动化及仪表第４１卷［１３］件下，经过诱导期后实验管段管壁的污垢热阻迅Ｖｅｒｈｕｌｓｔ模型的白化方程。（１）（１）２速增大，以２４ｈ为周期分析实验数据，在实验开始－z（２）（z（２））的２４～４８ｈ和４８～７２ｈ时间段内，分别增加了（１）（１）２－z（３）（z（３））－４－４２定理1B＝，Y＝４．３５２６×１０、４．３０７０×１０ｍ·Ｋ／Ｗ，随后增长……速度降低（２４ｈ时间段），在１９２～２４０ｈ时间段内，－z（１）（n）（z（１）（

6、n））２－４每２４ｈ的平均增长速率为－０．０２６７×１０、x（０）（２）－４２０．０２４８×１０ｍ·Ｋ／Ｗ，污垢热阻在渐近值附近（０）x（３）波动，污垢热阻达到渐近区域。，则灰色Ｖｅｒｈｕｌｓｔ模型参数列a＾＝［a，　…表１　Ｕ形管式换热器污垢热阻变化和增长速率（０）x（n）热阻２４ｈ平均增长速率ＴＴ－１Ｔ［１４］时间／ｈb］的最小二乘估计为a＾＝（BB）BY。－４２－１－４２－１１０ｍ·Ｋ·Ｗ１０ｍ·Ｋ·Ｗ定理2灰色Ｖｅｒｈｕｌｓｔ模型的时间响应式为２４１．４６４５１．４６４５（１）［１４］（１）ax（０）４８５．８１７１４．３５２６x＾（k＋１）＝（１）（１）ak。bx（０）＋（a－bx

7、（０））ｅ７２１０．１２４１４．３０７０９６１２．０２０７１．８９６６3．2预测实例１２０１０．７８０７－１．２４００由表１可知原始数列为：（０）１４４１１．３７０９０．５９０２x＝（１．４６４５　５．８１７１　１０．１２４１　１２．０２０７　１６８１２．１４４１０．７７３２１０．７８０７　１１．３７０９　１２．１４４１　１２．４２８４　１２．４０１７　１９２１２．４２８４０．２８４３１２．４２６５）２１６１