水冷式换热器腐蚀动态模拟及预测研究.pdf

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1、第40卷第5期化工机械579水冷式换热器腐蚀动态模拟及预测研究+曹生现”1付俊杰1崔长龙1孙玲玲1曹其宏2徐冰2(1．东北电力大学自动化工程学院；2．山东华聚能源股份有限公司)摘要为研究水冷式换热器腐蚀速率与影响因素的定量关联及机理，开发了腐蚀速率三电极传感器，并基于自制的腐蚀速率动态模拟实验台，以典型水样作为实验介质，在一定工况条件(水温30℃，流速0．4m／s)下，动态模拟了管式碳钢换热器腐蚀过程，通过在线或离线检测，为腐蚀速率预测建模获取了不同水质的腐蚀速率、cl一、pH、溶解氧、电导率以及ORP等参数数据，并对腐蚀速率

2、和各水质参数变化曲线进行了分析。基于获取的实验数据，利用支持向量机(SVM)算法，建立了腐蚀速率预测模型，并进行了误差分析。结果表明：腐蚀速率预测误差为5．91％，与实际测量腐蚀速率能够较好吻合，该方法具有较高的预测精度，可为水冷式换热器防腐对策选取和设备维护提供技术参考。关键词腐蚀速率水质参数预测模型支持向量机中图分类号TQ051．5文献标识码A文章编号0254-6094(2013)05-0579-06我国水资源短缺，电力、石化及冶金等行业敞开式循环冷却水系统中，多数以中水、地下水等为补充水，水质较差，冷却水系统面临复杂的腐

3、蚀问题⋯。由于在线运行条件下腐蚀速率监测手段的局限性和传感器安装困难等问题，导致对换热器腐蚀速率进行在线准确监测难以实现。因此，建立腐蚀速率预测模型，进行腐蚀速率软测量可为解决换热器腐蚀问题提供有效的监测手段。目前腐蚀速率测量方法忙-主要有挂片法、超声波法及电化学法等，近年来又出现了恒电量技术、电化学噪声技术口。及场图象技术(FSM)等许多新的检测技术。这些技术为腐蚀速率的准确测量提供了可靠的方法，但都存在一定的局限性，如挂片法无法在线测量金属实时腐蚀状况，而电化学技术安装困难，适应性差。为此，一些腐蚀速率软测量技术应运而生：

4、Paul和Subir建立了预测低碳钢在海水中腐蚀速率的多元函数，并利用遗传算法推算出氯离子、硫酸盐、溶解氧、pH和温度5个因素的优化组合，从而降低低碳钢在海水中的腐蚀速率H3；CaiHX等基于支持向量回归(SVR)方法结合粒子群优化(PSO)算法对温度、溶解氧、盐度、pH值和氧化还原电位5个参数优化，建立3c钢在不同海水环境中腐蚀速率预测模型¨o；GoliN等以混凝土中的钢筋为研究对象，建立了混凝土内碳钢的初始腐蚀速率模型，评估了碳钢因氯离子渗透进入混凝土孔隙而引起的初始腐蚀速率M1。由于冷却水腐蚀机理复杂性，导致用传统的数学

5、方法构建腐蚀速率预测模型异常困难。为此，笔者结合循环冷却水系统实际运行状况，设计了能够模拟出实际工况的动态实验系统，通过对腐蚀速率以及对换热器腐蚀起主导作用水质参数的在线监测，获取了实验数据，建立了水冷式换热器腐蚀速率预测模型。1实验装置与预测算法1．1动态模拟实验装置该装置采用碳钢换热管，置于恒温水浴槽内，碳钢腐蚀速率三电极传感器安装于两段碳钢换热管中部。实验水质由进水泵输送到测量回路的下位水箱，经循环水泵送人上位水箱，由上位水箱恒速流入恒温水浴槽内的换热管和腐蚀三电极，进·国家自然科学基金项目(No．51176028)，吉

6、林省科技发展计划项目(No．20125050)和吉林市科技发展计划项目(No．201262504)。料曹生现，男，1974年5月生，副教授。吉林省吉林市，132012。580化工机械2013年人下位水箱，形成水测量回路的循环。上位水箱装有溢流管，以确保换热管人口水压和换热管流速恒定。换热管人口水温度控制由恒温水浴控制系统和空冷控制系统共同调节，恒温水浴系统配有自动控温的电加热器，空冷系统配有闭环控制的独立回路，以确保换热管入口和水浴温度恒定于指定温度的±0．15℃内。系统结构如图1所示。图l冷却水动态实验装置示意图l——模拟换

7、热管：2——恒温水浴箱；3——电加热器；4——入口温度；5、6、7——管壁温度；8——出口温度：9--恒温水浴温度；10——腐蚀速率测量三电极；ll——差压计：12——流量计；13——水质参数测量水箱；14——水质参数传感器；15——水质取样口；16——下位水箱；17——换热片；18——冷却水循环水泵；19--浊度仪；20——上位水箱；2l——溢流管；22——上位水箱温度；23--PID控制器；24——变频器；25--空冷散热器；26——空冷电机；27——空冷水箱；28——空冷循环水泵；29——数据采集卡；30——工控计算机实

8、验条件：水浴槽热源50℃；管式换热器内径12ram，壁厚2mm，冷拉碳钢管；冷却水流速0．8m／s；循环冷却水人口温度300C；实验水质为自来水、Cl一浓度200mg／L自来水和松花江水。1．2腐蚀速率传感器根据三电极弱极化原理，自制了与换热管内、外径和材料相同的管状三电极传