CN102520010B - 一种用于蒸气压缩循环冷水机组的冷凝器污垢检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属暖通空调工程领域，涉及一种用于蒸气压缩循环冷水机组的冷凝器污垢检测方法，包括下列步骤：确定计算冷凝器过冷度及冷凝器端差的比例关系；计算排除了制冷剂充注量影响的冷凝器端差；计算排除制冷剂充注量影响的换热器传热系数与传热面积之积；计算冷凝器污垢监测系数；设定阈值，当冷凝器污垢监测系数小于该阈值时，判断冷凝器存在污垢故障，需要进行清洗。本发明测量准确、稳定，与传统的流量计相比节省了大量的仪器校准及维护费用。

Description

一种用于蒸气压缩循环冷水机组的冷凝器污垢检测方法

技术领域

本发明属暖通空调工程领域，具体涉及一种用于监测冷水机组冷凝器结垢故障的检测方法。

背景技术

冷凝器是中央空调冷水机组***中的重要换热设备，其作用是利用冷却水介质将来自压缩机的高温高压气态制冷剂予以冷却并使之在冷凝器内液化。冷水机组的冷却水循环***多为敞开式***，由于冷却水介质与大气接触，灰尘、微生物、悬浮物等污垢会不可避免地进入冷却水循环***并逐渐地沉积在冷凝器的换热器表面。冷凝器的污垢会造成冷凝器传热热阻增加，传热系数下降，冷凝压力升高，进而引起压缩机的功耗增加，冷水机组性能系数降低。据相关文献统计，我国每年由于水垢造成的冷凝器设备费用损失高达6亿元左右。由此可见，冷凝器污垢对冷水机组工作性能影响极大，及时地对冷凝器污垢故障进行检测和排除对于冷水机组的节能和***的正常运行具有重要的意义。

据相关文献表述，目前对于冷水机组冷凝器污垢的监测多采用热阻法，该方法能较为准确地测定冷凝器的结垢情况，但是需要在换热管埋设热偶来测量换热管壁温度。由于冷凝器换热管数量众多，使得此方法的测量成本极高，工程上难以实现。而且，其测量结果受堵管现象的影响极大。冷水机组冷凝器的污垢检测一直是工程领域中的一个难题，常规方法难以对污垢进行准确地测量及监测。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术的上述不足，提供一种对冷水机组冷凝器结垢故障进行监测的检测方法。本发明基于现有冷水机组的传感器测量值，利用建模方法对冷凝器的结垢故障进行监测。本发明的应用对象为蒸气压缩循环冷水机组，其***应包括蒸发器、压缩机、管壳式冷凝器及节流装置。技术方案如下：

一种用于蒸气压缩循环冷水机组的冷凝器污垢检测方法，包括下列步骤：

(1)确定冷凝器过冷度T_sc；

(2)确定冷凝器端差APPR＝T_c-T_cond，o，其中，T_c：冷凝温度；T_cond，o：冷凝器冷却水出口温度；

(3)计算冷凝器过冷度T_sc及冷凝器端差APPR的比例关系K_sc，appr＝T_sc/APPR；

(4)计算冷凝器过冷度的变化ΔT_sc＝T_sc-T_sc，rated，其中，额定冷凝器过冷度T_{sc， rated}＝a*(T_cond，o-T_cond，i)+b，T_cond，o：冷凝器冷却水出口温度；T_cond，i：冷凝器冷却水进口温度；a和b为拟合方程系数，由不同负荷试验工况条件拟合确定；

(5)确定制冷剂充注量变化引起的端差变化APPR_ref＝ΔT_sc*K_sc，appr；

(6)计算排除了制冷剂充注量影响的冷凝器端差APPR^*＝APPR-APPR_ref

(7)计算排除制冷剂充注量影响的换热器传热系数与传热面积之积 ${\mathrm{UA}}^{*}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{cond}}\×C_p\×\ln (1+\frac{\mathrm{\ΔT}}{{\mathrm{APPR}}^{*}}),$ 其中，

中央空调主机的冷却水流量；C_p：冷却水的比热；ΔT：冷凝器冷却水进出口温差；

(8)计算冷凝器污垢监测系数VCFMS＝UA^*/UA_rated，其中，UA_rated：额定的换热器传热系数与传热面积之积；

(9)设定一个小于1的阈值，当冷凝器污垢监测系数VCFMS小于该阈值时，判断冷凝器存在污垢故障，需要进行清洗。

本发明可用于对中央空调主机的冷凝器结垢故障进行监测。该冷凝器污垢检测器基于现有冷水机组的传感器测量值，利用建模的方法对冷凝器的结垢故障进行监测。本发明的结垢测量方法具有以下突出特点：

(1)实验表明该方法可以准确、稳定地对冷凝器污垢故障进行检测；

(2)该方法基于冷水机组现有传感器测量值，采用虚拟污垢检测的方式对冷凝器污垢故障进行监测，与传统的污垢检测方法相比节省了大量的设备成本；

(3)该方法易于实现，具有非常高的工程应用价值。

附图说明

图1中央空调冷水机组制冷循环***图。

具体实施方式

图1是一个典型中央空调主机蒸气压缩制冷循环***10。***10包括冷却水/空气循环***20及冷冻水循环***22。制冷***工作时压缩机12抽吸蒸发器18内的制冷剂蒸气被压缩后进入冷凝器14。制冷剂在在冷凝压力下等压冷却成液体，制冷剂冷凝时放出的热量传给冷却介质水/空气。冷凝后的液体通过节流装置16进入蒸发器18。制冷剂在蒸发压力下沸腾，与冷冻水进行换热。

如图1所示，适用于本发明的中央空调冷水机组应包括以下传感器：冷凝器出口制冷剂温度T_ll34，冷凝温度T_c40，冷却水进口温度T_cond，i 32，冷却水出口温度T_cond，o30中央空调冷水机组的冷却水流量

本发明的冷凝器污垢检测器通过以下具体技术方案实现：

(1)首先确定首先利用冷水机组主机的出厂试验数据或者现场测量实验数据确定冷凝器过冷度T_sc及冷凝器端差APPR的比例关系(K_sc，appr。其中冷凝器过冷度T_sc由下式确定：

T_sc＝T_c-T_ll    (1)

冷凝器端差APPR由方程(2)确定：

APPR＝T_c-T_cond，o    (2)

比例关系(K_sc，appr)由方程(3)确定：

K_sc，appr＝T_sc/APPR    (3)

方程中所用参数解释如下：

T_sc：冷凝器过冷度；

T_ll：冷凝器出口制冷剂温度34；

T_c：冷凝温度40

APPR：冷凝器端差

T_cond，o：冷凝器冷却水出口温度30

(2)根据步骤1所确定的冷凝器过冷度T_sc及冷凝器端差APPR的比例关系(K_sc，appr)对***制冷剂充注量变化对冷凝器端差的影响进行预测见方程(4)。制冷剂的充注量变化可以通过冷凝器过冷度的变化ΔT_sc间接表示。

APPR_ref＝ΔT_sc*K_sc，appr    (4)

ΔT_sc＝T_sc-T_sc，rated       (5)

方程5中的额定冷凝器过冷度T_sc，rated可由方程(6)确定：

T_sc，rated＝a*(T_cond，o-T_cond，i)+b    (6)

上述方程中所用参数解释如下：

APPR_ref：制冷剂充注量变化引起的端差变化；

ΔT_sc：冷凝器过冷度变化；

T_sc，rated：额定冷凝器过冷度；

T_cond，o：冷凝器冷却水出口温度30；

T_cond，i：冷凝器冷却水进口温度32；

a和b：拟合方程系数，该系数可由可由不同负荷试验工况条件下的试验数据确定拟合获得。

(3)利用方程7排除制冷剂的充注量变化对冷凝器端差的影响

APPR^*＝APPR-APPR_ref    (7)

(4)利用方程(8)及方程(9)根据传热学原理建立冷凝器污垢检测模型对冷凝器污垢故障进行监测

${\mathrm{UA}}^{*}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{cond}}\×C_p\×\ln (1+\frac{\mathrm{\ΔT}}{{\mathrm{APPR}}^{*}})---\left(8\right)$

VCFMS＝UA^*/UA_rated    (9)

方程中所用参数解释如下：

中央空调主机的冷却水流量36；

C_p：冷却水的比热；

ΔT：冷凝器冷却水进出口温差

APPR^*：排除制冷剂充注量影响的冷凝器端差

UA^*：排除制冷剂充注量影响的换热器传热系数与传热面积之积

UA：换热器传热系数与传热面积之积

UA_rated：额定的换热器传热系数与传热面积之积

VCFMS：冷凝器污垢监测系数

额定的换热器传热系数与传热面积之积UA_rated可由不同负荷试验工况条件下的试验数据确定。

(5)对方程(9)确定的冷凝器污垢监测系数VCFMS进行评价，当冷凝器污垢监测系数VCFMS小于一个不大于1的阈值，例如0.8时，即可判断冷凝器存在污垢故障，进而建议用户对冷凝器进行清洗。

Claims (1)

1.一种用于蒸气压缩循环冷水机组的冷凝器污垢检测方法，包括下列步骤：

（1）确定冷凝器过冷度T_sc；

（2）确定冷凝器端差APPR=T_c-T_cond,o，其中，T_c：冷凝温度；T_cond,o:冷凝器冷却水出口温度；

（3）计算冷凝器过冷度T_sc及冷凝器端差APPR的比例关系K_sc,appr=T_sc/APPR；

（4）计算冷凝器过冷度的变化ΔT_sc=T_sc-T_sc，rated，其中，额定冷凝器过冷度T_{sc， rated}=a*(T_cond,o-T_cond,i)+b，T_cond,o:冷凝器冷却水出口温度；T_cond,i:冷凝器冷却水进口温度；a和b为拟合方程系数，由不同负荷试验工况条件拟合确定；

（5）确定制冷剂充注量变化引起的端差变化APPR_ref=ΔT_sc*K_sc,appr；

（6）计算排除了制冷剂充注量影响的冷凝器端差APPR^*=APPR-APPR_ref

（7）计算排除制冷剂充注量影响的换热器传热系数与传热面积之积 $U{A}^{*}={\stackrel{.}{m}}_{\mathrm{cond}}*C_p*\ln (1+\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{APP}{R}^{*}})$ 其中，

:中央空调主机的冷却水流量；C_p：冷却水的比热;ΔT：冷凝器冷却水进出口温差；

（8）计算冷凝器污垢监测系数VCFMS=UA^*/UA_rated，其中，UA_rated：额定的换热器传热系数与传热面积之积；

（9）设定一个小于1的阈值，当冷凝器污垢监测系数VCFMS小于该阈值时，判断冷凝器存在污垢故障，需要进行清洗。

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