溶解氧对板式换热器结垢影响的研究.pdf

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1、第32卷第2期东北电力大学学报Vn1．32．No．22012年4月JournalOfNortheastDianliUniversityApr．，2012文章编号：1005—2992(2012)02—0074—05溶解氧对板式换热器结垢影响的研究徐津平，杜祥云，董兵(东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012)摘要：取松花江水为冷却水，采用在线监测和手工分析相结合的方法，对板式换热器的污垢热阻进行了分析，并重点研究了冷却水中溶解氧以及与之相关的pH值、铁离子、微生物总数等水质参数的变化。实验结果表明：当板式换热器表面形成一定厚度的污垢后，因溶解氧的消耗和

2、传质的困难，溶解氧的促进作用减小；溶解氧对pH值和铁离子的影响不大，对实验开始阶段的微生物的生长繁殖起着重要的作用，从而促使了生物垢的生成。关键词：溶解氧；污垢热阻；板式换热器中图分类号：TK124文献标识码：A在冷却水系统中，污垢是非常有害的，它可以缩小管道有效流通面积，降低供水量和增大管道阻力，引起换热器污垢下金属腐蚀，降低传热效率，从而增加维修和运行费用。据统计，污垢造成的损失占工业总产值的0．3％I。因此，研究污垢生成的影响因素，寻找抑制或减少污垢生成的方法，对提高换热效率，提高设备运行的经济性有着重要的意义。污垢的生成是个复杂的物理化学和生物过程。其形

3、成主要有起始、运输、附着、剥蚀和老化这五个阶段，与水质参数、壁面材料、运行状态相关。杨卫国等通过研究水中溶解氧在一定的J'bDi条件(如温度、酸碱度等)对金属壁面的破坏，得出其在某些场合(如敞开式循环水系统)是破坏设备的主要原因。徐志明等将水质参数和板式换热器结垢进行关联，得出减少溶解氧量可抑制污垢的生成。本文用板式换热器进行实验，在温度和流速保持稳定的情况下，通过测量污垢热阻值和定时取样测量冷却水的水质参数，得出溶解氧和其它参数之间的关联，最终分析其对污垢生成的影响。1冷却水动态模拟实验系统实验装置如图1所示。冷却水用松花江水，在板式换热器冷、热进出口两端分别

4、安装有PtlO0电阻温度计和压差计，冷却水管和热水管分别安装有流图1实验系统示意图量计。各个测量信号通过Agilent数据采集仪存贮到(1)板式换热器；(2)低温介质水箱；(3)低温介质循环电脑上。泵；(4)旁通阀；(5)电磁流量计；(6／19)流量平衡阀：(7／10／20／23／24)温度测点；(8／9／21／22)压力测点；(11)散热实验时，冷却水由水泵抽送流经流量计进入板器；(12)空冷循环泵；(13)换热扇；(14)空冷水箱；(15)恒温水箱；(16)电加热器；(17)高温介质循环泵；(18)涡式换热器进行换热，然后流回冷却水箱，由空冷换热轮流量计收稿

5、日期：2011—11一l4作者简介：徐津平(1981一)，女，上海市人，东北电力大学能源与动力工程学院讲师，主要研究方向：工程热力学实验研究第2期徐津平等：溶解氧对板式换热器结垢影响的研究75器进行冷却，使冷却水维持在一个恒定的温度。进行换热后的热水流回热水箱，采用温控仪控制电加热器来维持高温介质的温度恒定。工质的环路开有旁通阀，以此来调节流量和压差。实验运行的过程中，冷端和热端流入板式换热器的温度和流量都是一定的，因而影响板式换热器污垢生成的因素只有水质参数和时间的变化。根据换热器进出口两端的温度采用污垢热阻法计算冷却水的污垢热阻。冷却水加入实验装置时进行第一

6、次采样，连续采样8天。对采集的水样分别进行溶解氧、Ph值、细菌总数、铁离子等水质参数的测定。2溶解氧影响腐蚀污垢和生物污垢生成的分析实验运行的初始阶段换热面没有污垢生成，水中的溶解氧以对流传质的方式与换热面接触。金属设备由于表面的温度不均匀、溶液浓度不均匀和表面沉淀物不均匀等因素使其电极电位存在差别，两个电极电位不同的部分组成原电池，形成电化学腐蚀。氧在电化学反应中是必不可少的，所以污垢的增长率和溶解氧运输到换热面的速率及消耗氧的速率有关。将金属表面腐蚀污垢用m表示，则其可以表示成如下形式：=訾，(1)式中K为反应常数，可由反应方程式得出；m为单位换热面上的氧质

7、量；0为时间。可知氧输送到换热面上是分为两个步骤的，第一是从换热工质到污垢层的对流运输，第二是在腐蚀产物中扩散。可以分别表示如下：面dm=K(C一C2)，(2)dmD一dO—(C：一C3)，(3)D，’、。式中：C是主流水中的氧气浓度，c2是污垢层界面上氧的浓度，是水和污垢层的界面运输系数，D为氧在污垢层中的质量扩散率，6为污垢层的厚度，C，为腐蚀反应前腐蚀位置的氧浓度。式(2)与式(3)相加消除污垢层与水界面上氧的浓度C可得到如下关系式：面dm=(c一C3)／(去+)．(4)假定腐蚀反应是关于氧的一阶反应且反应速率为。，且阴极反应消耗掉腐蚀位置所有的氧，则可得

8、到式(5)：dmd=K}