專利名稱：在線式冷卻水腐蝕速度和污垢熱阻一體化監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)冷卻水系統(tǒng)腐蝕和污垢熱阻監(jiān)測(cè)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種在線式冷卻水腐蝕速度和污垢熱阻一體化監(jiān)測(cè)儀。
背景技術(shù)：
水冷器腐蝕和結(jié)垢是冷換設(shè)備損壞和效率降低的主要危害。目前工業(yè)多應(yīng)用緩蝕阻垢綜合劑等水質(zhì)穩(wěn)定劑，對(duì)冷卻水腐蝕和結(jié)垢兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合測(cè)評(píng)，其結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)正確使用防腐蝕、防結(jié)垢藥劑是很有幫助的。其不足之處在于用人工現(xiàn)場(chǎng)操作，獲取數(shù)據(jù)不及時(shí)，勞動(dòng)量大，為實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)科學(xué)有效的管理，確保循環(huán)冷卻水低腐蝕率、低污垢沉積率運(yùn)行，有必要建立腐蝕和結(jié)垢狀況實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的在線式冷卻水腐蝕速度和污垢熱阻一體化監(jiān)測(cè)儀。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是用電源模塊提供工作電壓，由腐蝕速率測(cè)量模塊、溫度測(cè)量模塊、測(cè)量通道選擇電路、電子開(kāi)關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及中央處理單元即單片機(jī)、數(shù)據(jù)存貯器、程序存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路、液晶顯示器、通訊接口組成，其中來(lái)自測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)腐蝕探頭、溫度探頭的腐蝕速度和污垢熱阻信號(hào)分別經(jīng)腐蝕率測(cè)量模塊及溫度測(cè)量模塊后通過(guò)第一電子開(kāi)關(guān)接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端接中央處理單元，中央處理單元設(shè)有時(shí)鐘、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其控制信號(hào)經(jīng)第二電子開(kāi)關(guān)分別接至腐蝕、溫度測(cè)量通道選擇電路，所述兩個(gè)測(cè)量通道選擇電路輸出信號(hào)為腐蝕率測(cè)量模塊和溫度測(cè)量模塊的輸入信號(hào)，中央處理單元經(jīng)通訊接口與控制室中計(jì)算機(jī)相連，其輸出信號(hào)送至液晶顯示器；所述腐蝕率測(cè)量模塊與具有四個(gè)通路的腐蝕測(cè)量通道選擇電路相連，由采樣保持器、第二～第八運(yùn)算放大器及第三～第四電子開(kāi)關(guān)組成，其中第二運(yùn)算放大器負(fù)相端信號(hào)與經(jīng)電源模塊變換而來(lái)的極化電壓E1～E4相連，其同相端接地，其輸出端至第三運(yùn)算放大器同相端，同時(shí)經(jīng)第三電阻與第四運(yùn)算放大器同相端一起接地，第三運(yùn)算放大器負(fù)相端與第四電子開(kāi)關(guān)相連，其輸出至第四運(yùn)算放大器負(fù)相端，第四運(yùn)算放大器輸出信號(hào)接第一電子開(kāi)關(guān)，所述第四電子開(kāi)關(guān)S1～S4通路分別經(jīng)測(cè)量探頭及第五～第八運(yùn)算放大器至第三電子開(kāi)關(guān)，第三電子開(kāi)關(guān)輸出端接至采樣保持器，采樣保持器另一輸入端經(jīng)第二電子開(kāi)關(guān)與中央處理單元連接，其輸出至第二運(yùn)算放大器負(fù)相端；所述第五～第八運(yùn)算放大器負(fù)相端與輸出端短接在一起；所述測(cè)量探頭具有三個(gè)電極RE、WE、CE，其中WE為工作電極，接地；RE為參考電極，與第五～八運(yùn)算放大器同相端相連；CE為輔助電極，通過(guò)第四電子開(kāi)關(guān)接到第三運(yùn)算放大器負(fù)相端；所述溫度測(cè)量模塊與具有十六個(gè)通路的測(cè)量通道選擇電路相連，由第五電子開(kāi)關(guān)與第九～二十四運(yùn)算放大器組成，其中通過(guò)第五電子開(kāi)關(guān)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，每個(gè)通路分別采用第九～二十四運(yùn)算放大器與第三電子開(kāi)關(guān)中S1～516相應(yīng)端連接，第九～二十四運(yùn)算放大器同相端與溫度傳感器連接，并經(jīng)第七電阻接地，其負(fù)相端與輸出端短接在一起。
本實(shí)用新型腐蝕速度測(cè)量原理本實(shí)用新型利用電化學(xué)弱極化測(cè)量原理，其極化范圍為5～40mv，最大極化值在弱極化區(qū)，測(cè)量探頭采用用同種材質(zhì)制作的三電極探頭。
本實(shí)用新型污垢熱阻測(cè)量原理冷換設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)到有一定沉積物時(shí)，冷熱流體進(jìn)出口溫差將發(fā)生變化，相應(yīng)的管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由初始值K0變?yōu)閗t，其中沒(méi)有污垢沉積時(shí)傳熱系數(shù)為K0，有污垢沉積時(shí)傳熱系數(shù)為kt，kt＝2G*Cp(t2-t1)/A[(T1-t2)+(T2-t1)]式中G——通過(guò)測(cè)試管線的水流量；Cp——水在運(yùn)行條件下的定壓比熱；t1、、t2——冷流體的進(jìn)出口溫度；A——試管有效傳熱面積；T1、T2—熱流體的進(jìn)出口溫度。
本實(shí)用新型在流量不變的情況下，監(jiān)測(cè)溫度獲得傳熱系數(shù)，并由K值計(jì)算出污垢熱阻Rt＝1/Kt-1/K0K值越大，說(shuō)明污垢沉積少，換熱效果好，K值越小，說(shuō)明污垢引起的熱阻大，換熱效果差，并可直接根據(jù)K值適時(shí)清洗。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)儀器與計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通訊、在線監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)獲取數(shù)據(jù)，并避免多次重復(fù)的人工現(xiàn)場(chǎng)操作。本實(shí)用新型屬集腐蝕與結(jié)垢監(jiān)測(cè)于一體的在線式工業(yè)冷卻水腐蝕速度、污垢熱阻監(jiān)測(cè)裝置，它符合實(shí)際需求。
2.本實(shí)用新型是一種能快速靈敏的、連續(xù)測(cè)量瞬時(shí)腐蝕速度的電化學(xué)方法，理論誤差小，測(cè)量采用用同種材質(zhì)制作的三電極探頭，能對(duì)腐蝕和結(jié)垢狀況實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)；本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)冷卻水的腐蝕性結(jié)果用來(lái)判斷防腐蝕、防結(jié)垢投藥的效果，也可以調(diào)整加藥周期。


圖1為本實(shí)用新型電路框圖。
圖2為圖1中腐蝕率測(cè)量模塊原理圖。
圖3為圖1中溫度測(cè)量模塊原理圖。
圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例安裝示意圖。
圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例腐蝕速度隨時(shí)間變化曲線。
圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例傳熱系數(shù)k隨時(shí)間變化曲線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本實(shí)用新型。
如圖1～3所示，本實(shí)用新型用電源模塊5提供工作電壓，由腐蝕速率測(cè)量模塊3、溫度測(cè)量模塊4、測(cè)量通道選擇電路、電子開(kāi)關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D，以及中央處理單元CPU即單片機(jī)、數(shù)據(jù)存貯器E2PROM、程序存儲(chǔ)器EPROM、時(shí)鐘電路Clock、液晶顯示器LED、通訊接口6組成，其中來(lái)自測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)腐蝕探頭、溫度探頭的腐蝕速度和污垢熱阻信號(hào)分別經(jīng)腐蝕率測(cè)量模塊3及溫度測(cè)量模塊4后通過(guò)第一電子開(kāi)關(guān)K1接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D，模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D輸出端接中央處理單元CPU，中央處理單元CPU設(shè)有時(shí)鐘Clock，另設(shè)有程序存儲(chǔ)器EPROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器E2PROM，其控制信號(hào)經(jīng)第二電子開(kāi)關(guān)K2分別接至腐蝕、溫度測(cè)量通道選擇電路1、2，所述兩個(gè)測(cè)量通道選擇電路輸出信號(hào)為腐蝕率測(cè)量模塊3和溫度測(cè)量模塊4的輸入信號(hào)，中央處理單元CPU經(jīng)通訊接口6與控制室中計(jì)算機(jī)相連，其輸出信號(hào)送至液晶顯示器LED；所述腐蝕率測(cè)量模塊3與具有四個(gè)通路的腐蝕測(cè)量通道選擇電路1相連，由采樣保持器A1、第二～第八運(yùn)算放大器A2～A8、第三～第四電子開(kāi)關(guān)K3～K4及第一～第六電阻R1～R6組成，其中第二運(yùn)算放大器A2負(fù)相端信號(hào)通過(guò)第二電阻R2與經(jīng)電源模塊5變換而來(lái)的極化電壓E1～E4相連，其同相端接地，其輸出端至第三運(yùn)算放大器A3同相端，同時(shí)經(jīng)第三電阻R3與第四運(yùn)算放大器A4同相端一起接地，第三運(yùn)算放大器A3負(fù)相端與第四電子開(kāi)關(guān)K4相連，其輸出經(jīng)第四電阻R4至第四運(yùn)算放大器A4負(fù)相端，第四運(yùn)算放大器A4輸出信號(hào)接第一電子開(kāi)關(guān)A1，所述第四電子開(kāi)關(guān)K4S1～S4通路分別經(jīng)測(cè)量探頭及第五～第八運(yùn)算放大器A5～A8至第三電子開(kāi)關(guān)K3，第三電子開(kāi)關(guān)K3輸出端接至采樣保持器A1，采樣保持器A1另一輸入端經(jīng)第二電子開(kāi)關(guān)K2與中央處理單元CPU連接，其輸出經(jīng)第一電阻R1至第二運(yùn)算放大器A2負(fù)相端；所述第五～第八運(yùn)算放大器A5～A8負(fù)相端與輸出端短接在一起；在第四運(yùn)算放大器A4負(fù)相端與輸出端之間跨接第五電阻R5，在第三運(yùn)算放大器A3負(fù)相端與輸出端之間跨接一可調(diào)第六電阻R6；所述測(cè)量探頭具有三個(gè)電極RE、WE、CE，其中WE為工作電極，接地；RE為參考電極，與第五～八運(yùn)算放大器同相端相連；CE為輔助電極，通過(guò)第四電子開(kāi)關(guān)A4接到第三運(yùn)算放大器A3負(fù)相端；所述溫度測(cè)量模塊11與具有十六個(gè)通路的測(cè)量通道選擇電路9相連，由第五電子開(kāi)關(guān)K5與第九～二十四運(yùn)算放大器A9～A24組成，其中通過(guò)第五電子開(kāi)關(guān)K5與模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D連接，每個(gè)通路分別采用第九～二十四運(yùn)算放大器A9～A24與第三電子開(kāi)關(guān)中S1～S16相應(yīng)端連接，第九～二十四運(yùn)算放大器A9～A24同相端與4～20Am溫度傳感器TP連接，并經(jīng)第七電阻R7接地，其負(fù)相端與輸出端短接在一起。
本實(shí)用新型可同時(shí)監(jiān)測(cè)4臺(tái)換熱器，即可接1～4個(gè)腐蝕探頭和4～16個(gè)溫度探頭，腐蝕探頭探入管線與水介質(zhì)接觸，換熱器冷流體進(jìn)出口溫度探頭探入管線內(nèi)與介質(zhì)接觸，熱流體進(jìn)出口溫度探頭捆綁在管壁外，溫度敏感元件與管壁保持良好接觸。1個(gè)腐蝕探頭和4個(gè)溫度探頭對(duì)應(yīng)1臺(tái)換熱器，腐蝕探頭安裝在冷流體出口管線上，由中央控制器CPU控制對(duì)腐蝕速度和溫度輪流采樣、運(yùn)算并存貯。
實(shí)施例如圖4所示，采用本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)水冷換熱器的腐蝕與結(jié)垢情況。在換熱器的循環(huán)水出口處安裝腐蝕探頭10一只，在冷流和熱流的進(jìn)出口分別安裝溫度探頭9，本裝置安裝在現(xiàn)場(chǎng)(隔爆)，計(jì)算機(jī)7和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊8放在監(jiān)控室，通過(guò)電纜線與現(xiàn)場(chǎng)的裝置連接。
本實(shí)用新型安裝在現(xiàn)場(chǎng)，與安裝在換熱器11上的被測(cè)探頭距離10～50米，經(jīng)安裝在控制室的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊8與計(jì)算機(jī)7相連構(gòu)成一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，采用本實(shí)用新型定時(shí)測(cè)量、采集數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)傳遞到計(jì)算機(jī)7；現(xiàn)場(chǎng)儀器和監(jiān)控室的最大傳輸距離是1200米。所述數(shù)據(jù)傳輸模塊8采用RS485-RS232，最大可以驅(qū)動(dòng)255臺(tái)本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)儀，因此可以拓展成為分布式監(jiān)測(cè)網(wǎng)，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍；監(jiān)控系統(tǒng)的供電本實(shí)用新型由220V供電，由計(jì)算機(jī)7主機(jī)提供15V直流電壓為數(shù)據(jù)傳輸模塊8供電；所述通訊接口6采用MAX487芯片，運(yùn)算放大器采用LM2902芯片；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器E2PROM采用28C256，程序存儲(chǔ)器EPROM采用27C128芯片；時(shí)鐘Clock采用DS12887；中央控制器CPU采用80C31芯片；模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D采用ICL7109芯片；電子開(kāi)關(guān)采用CD4051器件；液晶顯示器LED為MED24064。
如圖5、6所示，為所述換熱器11在一次酸洗過(guò)程及其前后的腐蝕率及污垢熱阻的變化，酸洗時(shí)腐蝕速度由原來(lái)的0.04mm/a明顯增大，最大為0.8mm/a，酸洗后逐漸下降并趨于穩(wěn)定。腐蝕率增大則是由于酸洗時(shí)加酸的結(jié)果，酸洗前蓄水池內(nèi)掛片法測(cè)得的腐蝕率為0.02～0.03mm/a，監(jiān)測(cè)結(jié)果與掛片結(jié)果接近，說(shuō)明數(shù)據(jù)是可靠的。污垢熱阻的測(cè)量結(jié)果是酸洗前傳熱系數(shù)為800W/℃·m2，在酸洗過(guò)程中有些波動(dòng)，酸洗結(jié)束后增大到1000W/℃·m2，傳熱系數(shù)增大，說(shuō)明污垢熱阻值減小，換熱器的換熱效果變好。
本實(shí)用新型所述溫度測(cè)量探頭4至少要采用4個(gè)。
權(quán)利要求1.一種在線式冷卻水腐蝕速度和污垢熱阻一體化監(jiān)測(cè)儀，用電源模塊(5)提供工作電壓，其特征在于由腐蝕速率測(cè)量模塊(3)、溫度測(cè)量模塊(4)、測(cè)量通道選擇電路、電子開(kāi)關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)，以及中央處理單元(CPU)即單片機(jī)、數(shù)據(jù)存貯器(E2PROM)、程序存儲(chǔ)器(EPROM)、時(shí)鐘電路(Clock)、液晶顯示器(LED)、通訊接口(6)組成，其中來(lái)自測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)腐蝕探頭、溫度探頭的腐蝕速度和污垢熱阻信號(hào)分別經(jīng)腐蝕率測(cè)量模塊(3)及溫度測(cè)量模塊(4)后通過(guò)第一電子開(kāi)關(guān)(K1)接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)輸出端接中央處理單元(CPU)，中央處理單元(CPU)設(shè)有時(shí)鐘(Clock)、程序存儲(chǔ)器(EPROM)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(E2PROM)，其控制信號(hào)經(jīng)第二電子開(kāi)關(guān)(K2)分別接至腐蝕、溫度測(cè)量通道選擇電路(1、2)，所述兩個(gè)測(cè)量通道選擇電路輸出信號(hào)為腐蝕率測(cè)量模塊(3)和溫度測(cè)量模塊(4)的輸入信號(hào)，中央處理單元(CPU)經(jīng)通訊接口(6)與控制室中計(jì)算機(jī)相連，其輸出信號(hào)送至液晶顯示器(LED)。
2.按照權(quán)利要求1所述在線式冷卻水腐蝕速度和污垢熱阻一體化監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述腐蝕率測(cè)量模塊(3)與具有四個(gè)通路的腐蝕測(cè)量通道選擇電路(1)相連，由采樣保持器(A1)、第二～第八運(yùn)算放大器(A2～A8)及第三～第四電子開(kāi)關(guān)(K3～K4)組成，其中第二運(yùn)算放大器(A2)負(fù)相端信號(hào)與經(jīng)電源模塊(5)變換而來(lái)的極化電壓E1～E4相連，其同相端接地，其輸出端至第三運(yùn)算放大器(A3)同相端，同時(shí)經(jīng)第三電阻(R3)與第四運(yùn)算放大器(A4)同相端一起接地，第三運(yùn)算放大器(A3)負(fù)相端與第四電子開(kāi)關(guān)(K4)相連，其輸出至第四運(yùn)算放大器(A4)負(fù)相端，第四運(yùn)算放大器(A4)輸出信號(hào)接第一電子開(kāi)關(guān)(A1)，所述第四電子開(kāi)關(guān)(K4)S1～S4通路分別經(jīng)測(cè)量探頭及第五～第八運(yùn)算放大器(A5～A8)至第三電子開(kāi)關(guān)(K3)，第三電子開(kāi)關(guān)(K3)輸出端接至采樣保持器(A1)，采樣保持器(A1)另一輸入端經(jīng)第二電子開(kāi)關(guān)(K2)與中央處理單元(CPU)連接，其輸出至第二運(yùn)算放大器(A2)負(fù)相端；所述第五～第八運(yùn)算放大器(A5～A8)負(fù)相端與輸出端短接在一起。
3.按照權(quán)利要求2所述在線式冷卻水腐蝕速度和污垢熱阻一體化監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述測(cè)量探頭具有三個(gè)電極RE、WE、CE，其中WE為工作電極，接地；RE為參考電極，與第五～八運(yùn)算放大器同相端相連；CE為輔助電極，通過(guò)第四電子開(kāi)關(guān)(A4)接到第三運(yùn)算放大器(A3)負(fù)相端。
4.按照權(quán)利要求1所述在線式冷卻水腐蝕速度和污垢熱阻一體化監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述溫度測(cè)量模塊(11)與具有十六個(gè)通路的測(cè)量通道選擇電路(9)相連，由第五電子開(kāi)關(guān)(K5)與第九～二十四運(yùn)算放大器(A9～A24)組成，其中通過(guò)第五電子開(kāi)關(guān)(K5)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)連接，每個(gè)通路分別采用第九～二十四運(yùn)算放大器(A9～A24)與第三電子開(kāi)關(guān)中S1～S16相應(yīng)端連接，第九～二十四運(yùn)算放大器(A9～A24)同相端與溫度傳感器(TP)連接，并經(jīng)第七電阻(R7)接地，其負(fù)相端與輸出端短接在一起。
專利摘要一種在線式冷卻水腐蝕速度和污垢熱阻一體化監(jiān)測(cè)儀。由腐蝕速率測(cè)量模塊、溫度測(cè)量模塊等器件組成,測(cè)量探頭分別經(jīng)腐蝕率測(cè)量模塊及溫度測(cè)量模塊、第一電子開(kāi)關(guān)接模數(shù)轉(zhuǎn)換器,模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端接中央處理單元,中央處理單元經(jīng)通訊接口與控制室中計(jì)算機(jī)相連,并將控制信號(hào)經(jīng)第二電子開(kāi)關(guān)分別至腐蝕、溫度測(cè)量通道選擇電路,兩個(gè)測(cè)量通道選擇電路輸出信號(hào)為腐蝕率測(cè)量模塊和溫度測(cè)量模塊輸入信號(hào)。它能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、避免多次重復(fù)的人工現(xiàn)場(chǎng)操作。
文檔編號(hào)G01N17/00GK2497304SQ0125096
公開(kāi)日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2001年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月10日
發(fā)明者鄭立群, 李春樹(shù), 左晉, 王志剛, 王子旭, 郭慶云, 荀偉 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所, 天津石油化工公司機(jī)械研究所