高频电磁场抑垢效果的实验研究.pdf

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1、研究与应用化工自动化及仪表，2010，37(12)：83—85ControlandInstrumentsinChemicalIndustry高频电磁场抑垢效果的实验研究王建国，张学孟，冯研(东北电力大学，吉林吉林132012)摘要：用高频电磁法进行换热设备的抑垢处理，具有应用方便、投资小、无污染等优点，是一种极具发展前景的应用技术。但有效评价高频电磁场在线抑垢效果的策略及手段还很欠缺。基于污垢热阻值的在线监测技术，通过自主研发的在线监测评价实验系统采集和处理模拟换热器中研究管段的流体出入口温度、流速和壁温，得到加磁处理与未加磁处

2、理的污垢热阻变化趋势以及加磁处理的抑垢率。同时测量和分析了溶液电导率的变化。完成了高频电磁场的抑垢效果的客观评价，并取得了良好的预期结果。关键词：模拟换热器；水处理；高频电磁场；抑垢效果；污垢热阻中图分类号：TMl5文献标识码：A文章编号：1000-3932(20lo)12-0083-031引言各种传热过程中，90％以上的换热设备都存在污垢问题。换热设备结垢，一方面会降低传热率，增加燃料消费⋯。另一方面，还常常会引起局部过热或超高温而导致机械性能下降，严重时还会引发生产事故一o。常用的物理法中高频电磁处理法因其具有应用方便、投资

3、小、运行费用低、无污染等优点而倍受业内人士所瞩目"巧1。目前高频电磁场抑垢技术的作用机理还处于探讨阶段"q1，抑垢效果尚不稳定陋，J。针对高频电磁场在线抑垢效果的客观评价方法较少。本文在系统研究的基础上，给出了实验系统和方法，对高频电磁场的抑垢效果评价提出了解决方案。2实验系统描述高频电磁场的抑垢效果评价实验系统如图1所示。图l高频电磁场的抑垢效果评价实验系统注：l——A管人口水温；2——B管人口水温；3——A管壁温l；4——B管壁温l；5——A管壁温2；6——B管壁温2；7——A管壁温3；8——B管壁温3；9——A管出口水温；

4、lO——B管出口水温2．1介质循环系统实验台由管壳式模拟换热器和水循环两部分构成。管壳式模拟换热器由两根试验管和长方体恒温水槽组成。水槽底部安装了3根功率为l000W的加热棒，用来加热槽内的水至所需温度作为热交换的高温介质。工控机控制加热棒的加热过程以保持水浴温度稳定在设定值。试验管材质为不锈钢光管，可方便拆装。为了方便对比实验的同时进行，实验台上设有两套相同且相互独立的水循环系统。每套系统由上位水箱、下位水箱、循环水泵、调节阀和循环管路组成。通过上水箱与实验管段人口之间的阀门微调可获得实验需要的流速。进入实验管段的水经模拟换热

5、器再流人下位水箱，从而形成完整的水循环系统。下位水箱各自设有一套冷却系统来维持循环水的温度，保证模拟换热器内的换热温差。冷却系统由空冷循环泵、空冷风机、散热片以及循环管路组成。根据文献[2]的定义，污垢热阻按式(1)计算Rf=(k—Ts)／q(1)式中：咒——管壁与污垢之间的界面温度；瓦——污垢与流体之间的界面温度；q——热流密度。式(1)中％可直接测量，瓦通过式(2)得到：甲个A’In竽—≥+一。。，tSt=0(2)1S一1nⅡ式中：咒，死——流体在所研究管段出、人El处的温J度；÷一研究流道的长度与内径之比；

6、s￡——斯Ⅱ坦

7、顿数。收稿日期：2010-09—14(修改稿)基金项目：国家“973”计划项目(2007CB206900)·84·化工自动化及仪表第37卷q通过式(3)计算得到：g：瓮d岛2等(3)0"1q一百(一，)～)，式中：盯，——污垢层厚度，比d小很多，可忽略；广流体密度；c。——流体比热容；卜流体的容积流量，由式(4)得到：G=(1t／4)(d一20"r)2V(4)式中：卜流道平均流速。为了得到污垢热阻，实验管的管壁、出入El处以及水浴内安装了温度传感器。温度传感器采集的信号送入数据采集卡，数据采集卡将采集到的数据传到计算机内存，然后

8、通过软件进行数据分析、处理、显示以及存人数据库。2．2高频电磁场发生系统装置整体结构如图2所示。-t亢流lu源模块卜nr凋直流电源模块lll信号产，E模块功率放人模块H电磁转换模块l‘f-t北Ⅸ产，1模块叫驱动模块l图2高频电磁装置整体结构图信号产生模块的作用是产生控制主电路中大功率MOS管通断的方波信号。死区产生模块的作用是防止主电路中上下桥壁MOS管的直流导通，由或非门CD4001、或门CD4071以及单稳态触发器CD4098组成。驱动模块采用的是IR公司生产的一种双通道高压、高速功率器件栅极集成驱动器IR2110来驱动主电

9、路中的MOS管。功率放大模块的作用是将小信号逆变成大功率的方波信号，是本系统的主电路部分，采用半桥逆变结构，由大功率MOS管IRFP460组成。通过IRFP460的通断产生大功率的方波信号。直流电源模块是为驱动模块、死区产生模块中所用的芯片提供电源。大功率可调直