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

      介紹了該裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀及工作原理。JB/T11133—2011《水冷冷水機(jī)組管殼式冷凝器膠球自動(dòng)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(yīng)不大于0.3℃±0.1℃,并給出了部分負(fù)荷時(shí)端差增量的折算方法。

      冷水機(jī)組的冷卻水、冷水系統(tǒng)大部分都作了化學(xué)處理，目前我國(guó)尚沒有針對(duì)集中空調(diào)冷水機(jī)組循環(huán)水處理的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。GB50019—2003《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]規(guī)定“冷卻水的水質(zhì)應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50050)及有關(guān)產(chǎn)品對(duì)水質(zhì)的要求”。GB50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)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(shù)人員、監(jiān)測(cè)設(shè)施、儀器設(shè)備和相應(yīng)的健全的管理制度作保證。對(duì)于集中空調(diào)冷水機(jī)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(cè)設(shè)施、儀器設(shè)備缺乏，又沒有相應(yīng)的管理制度作保證，多數(shù)用戶采取了化學(xué)水處理技術(shù)，但實(shí)際的效果并不能令人滿意，每年還需周期性機(jī)械清洗冷凝器和蒸發(fā)器，所以無法保證冷水機(jī)組的高效運(yùn)行。GB/T18430.1—2007《蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組1部分：工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的冷水（熱泵）機(jī)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(jī)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(shè)計(jì)值在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)約為1.0~1.5℃,由于冷卻水側(cè)污垢熱阻增大時(shí)冷凝器端差增大，根據(jù)對(duì)北京、上海、廣州、深圳近千臺(tái)冷水機(jī)組10年來的運(yùn)行記錄粗略統(tǒng)計(jì)分析，冷水機(jī)組冷凝器端差折算為100%負(fù)荷時(shí)的平均值約為3.5℃,即由于冷卻水側(cè)污垢熱阻的影響使冷水機(jī)組運(yùn)行效率下降約8%~10%。

1、水冷冷水機(jī)組殼管式冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置

      冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置技術(shù)早由美國(guó)人HenryF.Schmidt于1927年發(fā)明，并于1931年取得了美國(guó)利,應(yīng)用于美國(guó)費(fèi)城西屋電廠的凝汽器中，對(duì)其換熱管進(jìn)行連續(xù)清洗，后經(jīng)德國(guó)人Taprogge推廣，20世紀(jì)在火電廠凝汽器中得到應(yīng)用。

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

      該技術(shù)21世紀(jì)初先應(yīng)用于歐洲、美國(guó)、日本、韓國(guó)以及我國(guó)臺(tái)灣的獨(dú)資工廠，隨著國(guó)外品牌產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的推廣，北京、上海、深圳、廣州等發(fā)達(dá)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(tái)應(yīng)用案例。

2JB/T11133—2011《水冷冷水機(jī)組管殼式冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置》標(biāo)準(zhǔn)中的性能參數(shù)

      在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T581—2010《冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置和循環(huán)水二次過濾裝置》中，對(duì)該設(shè)備的結(jié)構(gòu)、制造提出了相應(yīng)要求。但對(duì)用戶關(guān)心的被清洗對(duì)象凝汽器使用該裝置前后運(yùn)行參數(shù)的變化并沒有作出相應(yīng)的規(guī)定。筆者在起草JB/T11133—2011《水冷冷水機(jī)組管殼式冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置》標(biāo)準(zhǔn)時(shí)借鑒了DL/T581—2010的相關(guān)規(guī)定，同時(shí)針對(duì)冷水機(jī)組的具體特點(diǎn)，明確規(guī)定了用戶關(guān)心的可在用戶使用條件下進(jìn)行監(jiān)測(cè)的使用性能技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于新投入運(yùn)行的冷卻水機(jī)組和正在運(yùn)行的冷水機(jī)組，用化學(xué)清洗或機(jī)械式毛刷清洗冷凝器換熱管內(nèi)壁，確認(rèn)換熱管內(nèi)壁潔凈無污后，在電流百分比為100%及額定工況下運(yùn)行，冷水機(jī)組冷凝器膠球自動(dòng)在線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(jù)冷凝器冷卻水側(cè)的污垢熱阻計(jì)算公式，計(jì)算污垢熱阻需已知冷凝器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如換熱管的管徑、壁厚、管數(shù)、管排數(shù)、長(zhǎng)度、冷卻水的流量、冷凝器側(cè)制冷劑溫度等，但對(duì)于實(shí)際運(yùn)行的冷水機(jī)組，要已知上述結(jié)構(gòu)參數(shù)和測(cè)量冷卻水的流量非常困難，或測(cè)量成本過高而無法實(shí)施。

      水冷式冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)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(jī)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(duì)數(shù)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(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，若冷卻水進(jìn)出口溫差不變，冷凝器的對(duì)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(jì)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(cè)的污垢熱阻；Kc為冷凝器清潔狀態(tài)下的傳熱系數(shù)。

      假設(shè)冷凝器的冷卻水進(jìn)出水溫差為5℃,冷卻水側(cè)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(shù)Kc不同時(shí)污垢熱阻對(duì)端差的影響，Kc越大，污垢熱阻對(duì)端差的影響越顯著。

圖2污垢熱阻對(duì)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(guān)系，用冷凝器端差表征污垢熱阻較方便實(shí)用。負(fù)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負(fù)荷工況進(jìn)行比較。折算后的端差Δt計(jì)算公式為Δt=Δtms×100式中Δtms為實(shí)測(cè)時(shí)的冷凝器端差，℃;R為實(shí)測(cè)時(shí)的機(jī)組電流百分比，％。

3冷水機(jī)組冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置工程實(shí)踐

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