給水管道內置鍋爐水取樣冷卻器的安裝與使用

      給水管道內置鍋爐水取樣冷卻器的安裝與使用，工業(yè)鍋爐傳統(tǒng)鍋水取樣冷卻器由于受型式限制，常用自來水(生水)作為冷卻介質，導致冷卻器結垢失效；由于用后的冷卻水回收困難，致使用過的冷卻水及含熱量大量損失。研制的新型鍋爐水取樣冷卻器是在蒸汽鍋爐給水管道內置冷卻芯管，采用鍋爐給水(軟化水)冷卻鍋水水樣。因此具有給水(冷卻水)量大、不結垢、冷卻水直接為鍋爐給水使用的特點。
1傳統(tǒng)鍋爐水取樣冷卻器的使用現(xiàn)狀及隱憂
      鍋爐水取樣冷卻器出水質量事關鍋爐安全經濟運行。因此，國家在鍋爐相關安全技術規(guī)范《鍋爐水處理監(jiān)督管理規(guī)則》、《蒸汽鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》和《熱水鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》中都規(guī)定：額定蒸發(fā)量大于等于1t/h的蒸汽鍋爐和額定熱功率大于等于0.7MW的熱水鍋爐應配置鍋水取樣冷卻器。根據(jù)對山東省棗莊市現(xiàn)有工業(yè)鍋爐鍋水取樣冷卻器的配置狀況與效果檢測統(tǒng)計，當前工業(yè)鍋爐配置鍋水取樣冷卻器只為應配鍋爐臺數(shù)的61%,而取樣達到標準要求的僅占安裝數(shù)量的21%。鍋爐檢驗檢測機構每年投入大量的人力和物力檢測，但由于傳統(tǒng)鍋水取樣器的形式與性能，取出的鍋水水樣代表性差造成檢測的鍋水數(shù)據(jù)失去了真實性，從而不能準確測定鍋水防垢、防蝕和鍋爐排污指標。
      無論是實行手動調溫的鍋水取樣冷卻器還是實行自動調溫的傳統(tǒng)鍋水取樣冷卻器，由于在鍋爐房內要作為一個獨立的裝置安裝，勢必造成冷卻水采用軟化水困難及回收用過的冷卻水和熱量困難，迫使鍋爐用戶常采用自來水作為冷卻介質。全國自來水總硬度大小不一，如山東省棗莊市自來水總硬度已在10mmol/L以上，因此用自來水作冷卻水雖然成本低卻會導致冷卻器快速結垢失去冷卻效果。
2新型鍋爐水取樣冷卻器的研制與應用
      長期從事鍋爐水處理檢驗檢測工作發(fā)現(xiàn)，當前在用工業(yè)鍋爐給水現(xiàn)狀為：一是在額定蒸發(fā)量大于等于1t/h的蒸汽鍋爐和額定熱功率大于等于0.7MW的熱水鍋爐已普遍采用軟化水作為鍋爐給水，而軟化水的特點是受熱后不結垢或少結垢；二是額定蒸發(fā)量小于10t/h的蒸汽鍋爐和和額定熱功率小于7MW的熱水鍋爐由于未進行鍋爐給水熱力除氧，其給水溫度一般不大于25℃,因此為在這些蒸汽鍋爐給水管道內置冷卻芯管，使給水(軟化水)流經芯管外壁冷卻芯管內流動的鍋水水樣提供了可能和基礎。芯管選用無縫不銹鋼管制造，內置雙(多)芯使雙(多)介質通過，芯管有U型芯管和螺旋型芯管，U型芯管內側可聯(lián)接2~3個紊流環(huán)，使水流產生沖擊并穩(wěn)固多介質芯管如圖1所示。芯管分接鍋水來樣管和出水取樣管，鍋水進入芯管前接有調節(jié)閥，以便啟閉和調節(jié)鍋水流量。
      1-聯(lián)接法蘭，2-冷卻器管殼：3-芯管1,4-芯管2;5-內置意流環(huán)；6-給水取樣管閥；7-芯管2進水閥：8-芯管2出水管；9-芯管1出水管；10-芯管1進水管。
      此外，考慮到用戶鍋爐給水池一般設置在地下，帶來給水取樣不便。為此，新型取樣器門在另一端設置了給水快捷取樣管。研制出的給水管道內置多全介質鍋水取樣冷卻器與傳統(tǒng)取樣器相比具有以下6個優(yōu)勢：
      1)節(jié)能降耗，無冷卻水和熱能損失；
      2)給水(冷卻水)量大，冷卻效果好；
      3)軟化水沖刷芯管，無結垢風險，冷卻效果持久；
      4)一器多用，實現(xiàn)鍋爐房內多臺鍋爐取樣共享；
      5)鍋爐取樣冷卻器隸屬于給水管道部件，兩端用法蘭聯(lián)結使拆裝方便且不占用鍋爐房內面積；
      6)鍋爐制造公司可以將此產品作為鍋爐部件出廠，徹底改變了鍋爐取樣冷卻器現(xiàn)狀。
3熱力計算(含節(jié)水節(jié)熱能)
3.1換熱量(節(jié)約熱能)的計算
      工業(yè)蒸汽鍋爐高使用壓力一般不大于1.6MPa,此時鍋水對應的溫度為204℃。按照GB/T6907—2005《鍋爐用水和冷卻水分析方法水樣取樣方法》規(guī)定，水樣水溫應不大于40℃,水樣流量在700mL/min左右。設取樣水溫為40℃,進行多介質取樣時均實行分時取樣，水流量選1000mL/min,則每小時流出的水量為60×1=60kg,查資料得1.6MPa對應的飽和鍋水焓i=865kJ/kg,冷卻到40℃時水焓i?=167kJ/kg,則每小時放熱量：Q=60×(i?-i?)=60×167=48884kJ/kg。
3.2冷卻給水量的校核
      設年度給水平均溫度為t?=25℃,給水(冷卻水)吸熱后的高升溫t?=40℃,則需用冷卻(給水)量M?為：M?=Q/c×(t?-t?)=10020/(40-25)=668kg。由于新型鍋水取樣冷卻器安裝在額定蒸發(fā)量大于等于1t/h的蒸汽鍋爐給水管道內，其給水量皆大于等于1000kg/h,所以冷卻水量滿足要求。
3.3單根芯管長度的計算：
      由于所選芯管為φ6×1mm(內徑d=4mm)無縫不銹鋼管，鍋水流量為A=60kg/h,芯管進口水溫ty=204℃,出口水溫t,=40℃;給水管道內給水(冷卻水)水溫t=25℃。假設：換熱過程無能量損失，芯管內壁溫度tw=30℃芯管內平均水溫為t=(ty+tr)/2=(204+40)/2=122℃取t?=120℃為定性溫度，查表可得：λr=0.686W/(m·℃),γ;=0.252×10?m2/s,Pr?=1.47p=943.1kg/m3,c?=4.25KJ/(kg·c)μ;=237.4×10-6kg/(m·s)tw-30℃時查表得μ=801.5×10~kg/(m·s)設芯管內鍋水流速度為u(m/s),則：A=3600×πd?/4×u×pu=A/(3600×πd2/4×p)-60/(3600×3.14×16×10?/4×943.1)=1.4m/sRe;=ud/yr=1.4×4×102/0.252×10)=2.22×10?>10^因此，處于旺盛紊流區(qū)。Nur=0.027Re?0.8Pr1/3(μr/μw)0.14=0.027×(2.22×10)0.8×1.471/3×[(237.4×10?)/(801.5×10)0.14=77.7換熱系數(shù)α=Af/d×Nu;=0.686×77.7/(4×103)=13326W/(m2·℃)芯管內水每小時的總換熱量為：Q=Acp(t,-tr)=60×4.25×(204-40)=41820kJ/h同時Q=α×π×d×L×(t?-tw),則：L=Q/[a×π×d×(t?-tw)]=11617/[13326×3.14×4×103×(120-30)]=0.771m=771mm
4制造工藝及應用情況
      根據(jù)上述計算，單根芯管選用長度不應小于771mm,芯管制作時考慮工藝余量等，選取單根芯管長880mm。芯管可制作成兩種形式，一是U型芯管形，二是螺旋芯管形，U型芯管制作容易，螺旋芯管制作較難，可根據(jù)管殼選擇。芯管制作時，兩端應留有合適長度以便伸出殼外和鍋水來樣管、取樣管聯(lián)接。為提高取樣器的安全可靠性，取樣器外殼選用20*無縫鋼管，兩端聯(lián)接的法蘭應由持證承壓焊工焊接，焊口采用全焊透結構。為便于芯管裝配，其管殼外直徑不宜低于57mm。芯管間配置的紊流環(huán)，選用不銹鋼管制作。
      鍋爐取樣冷卻器管殼長度應根據(jù)芯管的數(shù)量與布置形式選取，長度可選600mm,兩端配置標準法蘭，法蘭端面距內置芯管端面宜保持30~50mm距離，以便芯管裝配。U型芯管采用十字或米字布置形式為宜，芯管間加2~3個紊流環(huán)，作用是強化水流沖擊并穩(wěn)固芯管；螺旋形芯管以分段布置為好。經10余臺大于等于1t/h的蒸汽鍋爐上應用此項技術，經實用效果監(jiān)測符合GB/T6907—2005《鍋爐用水和冷卻水分析方法水樣取樣方法》規(guī)定的水樣水溫不大于40℃,水樣流量不小于700ml/min要求。
      綜上所述，蒸汽鍋爐給水管道內置鍋爐取樣冷卻器，具備冷卻效果好、體積小、節(jié)水、節(jié)熱(能)等特點，為鍋爐安全提供了一種經濟、可靠的取樣裝置和方法。此外，新型取樣冷卻器給水快捷取樣管的設置，也方便了用戶對給水質量的檢測控制。