1、深圳市勤達富節能技術有限公司深圳市勤達富節能技術有限公司 倪永剛倪永剛 JB/T11133-2011水冷冷水機組管殼式冷凝水冷冷水機組管殼式冷凝 器膠球自動在線清洗裝置器膠球自動在線清洗裝置標準中使用性能標準中使用性能技術指標的選擇技術指標的選擇 2011年中國制冷學會學術年會年中國制冷學會學術年會 中國南京中國南京 2011年年10月月23日日華南理工大學華南理工大學 劉金平教授劉金平教授膠球在線清洗裝置在國內冷水機組上的應用膠球在線清洗裝置在國內冷水機組上的應用 介紹介紹2 行業標準JB/T11133-2011水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置已批準發布并于2011年08月01日

2、起實施,本文闡述了該標準制定的意義,論述了采用冷凝器端差增加量為使用性能技術指標的原因以及通過工程實踐得出的冷凝器端差增加量的具體數值應不大于0.30.1。 摘摘 要：要：3關鍵詞 冷凝器 膠球在線清洗裝置 使用性能技術指標 端差增量 選擇 4前 言 近30年來，中國經濟經歷了高速的發展，冷水機組的用量也越來越大，目前在用的總制冷量約為1.27108 kW，2009年度冷水機組的全年耗電量約為4.071010 kWh1。 注：以上資料由張明圣、彭飛、石竹青，中央空調用電力驅動冷水機組年耗電注：以上資料由張明圣、彭飛、石竹青，中央空調用電力驅動冷水機組年耗電 量分析計算量分析計算 J J , ,

3、制冷與空調制冷與空調,2010,10(3),2010,10(3)：111113 13 5 中國電力企業聯合會預計2010年全社會用電量將達到4.171012 kWh。 根據以上數據推算，2010年度冷水機組的全年耗電量約占全社會用電量的1%。冷水機組巨大的能量消耗，引起了社會各界的廣泛關注。 6 盡管冷水機組的冷卻水、冷凍水系統大部分都作了化學水處理，但由于目前我國沒有針對中央空調冷水機組循環水處理行業標準。 7 采暖通風與空氣調節設計規范GB5001920032 規定“冷卻水的水質應符合國家現行標準工業循環水處理設計規范及有關產品對水質的要求”。 注：注：GB 500192003 GB 50

4、0192003 采暖通風與空氣調節設計規范采暖通風與空氣調節設計規范 S 2003. S 2003.8 工業循環水處理設計規范GB50050 20073 規定 ：敞開式循環水系統的污垢熱阻值小于 0.344m2/kW 。注：注：GB50050 2007 GB50050 2007 工業循環水處理設計規范工業循環水處理設計規范S 2007S 2007 9 該規范比較適合中大型工業企業，有健全的專業技術人員、監測設施、儀器設備和相應的管理制度作保證。 10 對于中央空調冷水機組循環水系統由于量大面廣、系統小、分散，專業人員和監測設施、儀器設備缺乏，又沒有相應的管理制度作保證 。11 現狀是多數用戶采

5、取了化學水處理技術，但實際的結果并不能令人滿意，每年還需周期性機械捅刷冷凝器和蒸發器，所以無法從結果上保證冷水機組的高效運行。 12131415161718 GB/T 18430.1-2007蒸汽壓縮循環冷水(熱泵)機組 第1部分: 工業或商業用及類似用途的冷水(熱泵)機組4 中規定水冷式冷凝器污垢系數為是0.044m2/ kW 。 注：注：GB/T 18430.1-2007GB/T 18430.1-2007蒸汽壓縮循環冷水蒸汽壓縮循環冷水( (熱泵熱泵) )機組機組 第第1 1部分部分: : 工業或商業用及類似用途的冷水工業或商業用及類似用途的冷水( (熱泵熱泵) )機組機組S 2007.S

6、 2007.19 由于不同規范給出的污垢熱阻值的范圍相差近8倍,致使行業使用單位無所適從，結果對實際工作產生不良影響。 GB5005020073循環水系統的污垢熱阻值小于 0.344m2/kW。 GB/T 18430.1-2007冷凝器污垢系數為 是0.044m2/ kW 。 20 通常冷水機組冷凝器的端差（制冷劑的冷凝溫度與冷卻水在冷凝器出口溫度之差）設計值在滿負荷運行時約為1.0-1.5。 21 但由于冷卻水側污垢熱阻的影響使冷凝器端差增大，十年來，根據對北京、上海、廣州、深圳近千臺運行的冷水機組的運行記錄粗略統計分析，冷水機組冷凝器端差折算為100%負荷時的平均值約為3.5 。22 即由

7、于冷卻水側污垢熱阻的影響使冷水機組運行效率下降約8-10%。 23 按2009年度冷水機組的全年耗電量為4.071010 kWh計算，可以推算由于冷水機組冷凝器污垢熱阻原因導致全國冷水機組多耗電約為3.2109 kWh-4.07109kWh，約占全社會發電量的萬分之八到千分之一。巨大的能耗及相應的節能潛力引起了廣泛的關注。24 一、 水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置25 膠球自動在線清洗技術，最早于1927 年美國人HenryF.Schmidt發明，并于1931年取得了美國專利5。最早用于美國費城的西屋電廠的凝汽器的換熱管連續清洗。后經德國人TAPROGGE的推廣，在上個世紀全球包

8、括我國在內的火電廠凝汽器已是一個標配的在線清洗裝置。注：注：Henry F.Schmidt. Condenser Henry F.Schmidt. Condenser Cleaning System. USA, 1795348.1927.3.30Cleaning System. USA, 1795348.1927.3.3026 上個世紀70年代隨著冷水機組的大量應用，膠球自動在線清洗技術節能效果明顯、環保，清洗過程無三廢排放，所以在冷水機組冷凝器的清洗中的到了長足的發展，尤其是日本應用較為普遍。 27 現代冷凝器膠球自動在線清洗技術是一套利用流體、水力機械、膠球以及微電腦等多種技術來達到最簡單

9、的清洗解決方案，在冷水機組冷凝器冷卻水的進出管安裝發球機和捕球器，用特殊配方和結構的橡膠海綿球按一定的循環程序，在水力的作用下通過冷凝器換熱管擦去管內壁上初期形成的沉積物 。雙擊HCTCS111008(工程機型).swf28 由于循環過程是不停車、在線、自動的，時間間隔短，污垢沉積物在形成初期就被擦洗掉，保持管壁潔凈，使冷凝器處于較高的換熱效率狀態。克服由于污垢的產生而引起冷水主機制冷效率下降，從而降低能耗，節省能源。消除冷凝器列管腐蝕根源，延長列管使用壽命，減少維護費用和化學藥劑的使用，減少冷卻水濃水的排放量，降低環境污染。這是目前為止使冷凝器列管始終保持較高清潔狀態的最為成熟和有效的方法之

10、一。 29 冷凝器膠球自動在線清洗裝置工作原理如圖1所示，通過發球機將膠球送入水冷管殼式冷凝器中，膠球依靠水壓差隨冷卻水在換熱管內流動，通過與換熱管內壁的摩擦，從而擦洗掉換熱管內壁的污垢，在出口端通過捕球器回收膠球至發球機形成一個清洗循環，并通過電氣控制器控制清洗頻率，達到自動在線定期清洗功能，保證冷凝器的清潔度，降低污垢熱阻，提高傳熱系數的裝置。清洗裝置的工作原理見圖1 和圖2。30圖1.冷凝器膠球自動在線清洗裝置工作原理捕球器31 在我國，本世紀初，該技術首先應用與歐、美、日、韓、臺的獨資工廠，隨著國外品牌在國內的推廣，在北京、上海、深圳、廣州等發達地區用戶逐漸開始接受和使用，目前國內品牌

11、已用近 10 家，通過大家的積極推廣，加上國家、整個社會節能意識的提高，目前已有近千臺應用案例。32 二、冷凝器膠球自動在線清洗裝置推廣應用中的關鍵問題標準33 膠球在線清洗裝置從本質上講使冷水機組冷凝器（蒸發器）始終處于較高的潔凈狀態，維持了較低的污垢熱阻值，從而保持冷水機組較低的溫度端差，也就是降低了冷凝溫度，從而提高了冷水機組的運行效率。但是冷水機組的運行效率除了和污垢熱阻有關外，還和冷卻水量、環境溫度決定的冷卻水入口溫度以及負荷有直接關系，所以在實際用戶冷水機組上安裝電表的測試方式來測量膠球清洗裝置對冷水機組的節能效果是不可行的。 34 膠球清洗裝置作為冷水機組配套的節能新技術有多家企

12、業生產和銷售，為了使該行業能健康、有序的發展，確實為冷水機組的節能起到重要作用，急需一個科學的行業標準，對該產品的主要技術指標提出明確的要求，使生產商、用戶、相關方有標準可依，從而保護各方的利益。35 三、水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置標準中使用性能參數的提出依據36 原電力部行業標準DL/T 581 凝汽器膠球清洗裝置和循環水二次過濾裝置6，對該設備的結構、制造提出了相應要求。但對用戶最關心的被清洗對象凝汽器運行參數使用該裝置前后變化并沒有做出相應的規定。 1）、電力行業標準的分析和借鑒注：注：DL/T 581 DL/T 581 凝汽器膠球清洗裝置和循環水二次過濾裝置凝汽器膠球

13、清洗裝置和循環水二次過濾裝置37 所以水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置行業標準在起草時我們借鑒了DL/T 581的相關規定，同時針對冷水機組的具體特點，明確規定了用戶最關心的可在用戶使用條件下進行監測的使用性能技術指標。 382）、傳熱學法污垢熱阻的測量39 對一臥式殼管冷凝器，需自動測量冷凝器冷卻水進出口溫度 和 、冷卻水體積流量 和制冷劑的冷凝溫度 等參數。對于050的冷卻水來說，管內冷卻水側強迫對流換熱系數為：incwt,outcwt,cwVst2 .08 .0,2221430iwoutcwincwwdttw式中：冷卻水在管內的流速，m/s（1）40、 、式中：31065.0

14、dcrg23r式中制冷劑物性系數：分別為制冷劑液體的導熱系數， 制冷劑在水平光滑單管上的冷凝放熱系數可表示為：（2）（3）W/（m.）；密度，kg/m3；動力粘度,N.s/m2；氣化潛熱，J/kg。41 式中：為換熱管外徑，m；為換熱管長度，m；3600/tdwpcwctcVQ水cwVcpwtdt水NLdQc014. 30dLN冷凝器的換熱量：式中為冷卻水體積流量，m3/h； 為冷卻水比為冷卻水進出口溫差，；熱流密度：為換熱管根數。（4）熱， J/（kg.）；為冷卻水密度，kg/m3。（5）42c f zcfz. .f 則制冷劑蒸氣在水平肋管管束上的冷凝放熱系數為：式中：為肋管修正系數，根據肋

15、管的（6）結構尺寸確定。43 式中Z為水平管束上下重疊的平均排數，順排時等于垂直方向的平均排數；正三角形錯排時近似等于 61 Zz5 . 06 . 0N 對于蒸氣在臥式殼管冷凝器水平管束外表面上的冷凝換熱，由于下落的冷凝液可使下部管束外側液膜增厚，換熱系數有所降低，即：，N 為管總根數。管束修正系數44mictAQKfmtfRoifzcippwfAAAAKKKR.11111.fcfppA冷凝器的傳熱系數式中則根據傳熱學法得出冷凝器冷卻水側的污垢熱阻，式中：為換熱管的導熱系數，W/（m.）；為換熱管的平均壁厚，m；為換熱管的平均面積,m2。（7）為對數平均溫差。（8）45 按此法，需已知：冷凝器

16、的結構參數如換熱管的管徑、壁厚、管數、管排數、長度、冷卻水的流量、冷凝器側制冷劑溫度等參數，但在實際運行的冷水機組，要已知上述的結構參數和測量冷卻水的流量非常困難，或測量成本過高而無法實施。46wtdltdmtt21tltdt 水冷式冷水機組實際運行時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，但換熱系數較低，將此段的換熱過程近似于冷凝換熱段，冷凝器的對數平均溫差與冷凝器端差的關系可近似為：式中：為冷凝器的端差，3.3 污垢熱阻和端差的關系(9)47 因此機組滿負荷運行時，若冷卻水進出口溫差不

17、變，冷凝器的對數平均溫差的變化量等于冷凝器端差的變化量。由式（7）和式（8）得冷凝器端差：wdfcltdtRKFQt21)1( (10)48 當換熱器的表面有污垢形成后，換熱器的總傳熱熱阻增大，導致了對數平均傳熱溫差增加，即冷凝溫度升高。假設冷凝器的冷卻水進出水溫差為5，冷卻水側換熱表面清潔時冷凝器端差為1，即傳熱溫差為3.5，圖1顯示了在冷凝器清潔狀態下的傳熱系數不同時的污垢熱阻對端差的影響，cK越大，污垢熱阻對端差的影響越cK顯著。49圖2. 污垢熱阻對端差的影響0.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.200.00.51.01.52.02.53.

18、03.54.04.55.05.5端差（ K）污 垢 熱 阻（m.K/kW) Kc=3000( W /m.K) Kc=4000( W /m.K) Kc=5000( W /m.K) Kc=6000( W /m.K)50 冷水機組的主控制屏上都顯示了冷凝器（蒸發器）運行有關參數：如冷卻水進出口溫度、制冷劑飽和冷凝溫度，冷凍水回水和出水溫度、制冷劑的蒸發溫度，以及冷水機組的運行負荷百分比。從以上參數中我們可以看到使用膠球清洗裝置前后參數的相應變化。3.4、冷機組的設備特點51端 差：0.852端 差：153端差：7.754 由式（10）和圖2可知冷凝器端差與污垢熱阻成線性關系，以及冷水機組主控制屏所能

19、提供的數據。用冷凝器端差表征污垢熱阻非常方便和實用，測試時我們只需按標準校正相關儀表的精度和準確度即可。55 負荷率降低時，冷凝器的換熱量也降低，污垢熱阻相同但端差減小了，為了能夠進行比較，將折算至滿負荷工況進行比較。負荷率與冷凝器的換熱量可近似為線性關系，故部分負荷時的端差折算至滿負荷時按下式折算。折算成機組電流百分比為100時的溫度端差，計算公式見式（11）為：機組組電流百分100端差冷凝器 (11)3.5 負荷率對冷凝器端差的影響機組電流百分比為100 時的溫度端差56 根據多個冷水機組冷凝器膠球清洗工程實踐的數據統計，對于新投入運行的冷卻水機組和在役運行的冷水機組，用化學清洗或機械式毛

20、刷清洗冷凝器換熱管內壁，確認換熱管內壁潔凈無污后，在電流百分比為100%及額定工況下運行，冷水機組冷凝器膠球清洗裝置正常使用時，冷凝器端差t的增加量不大于0.30.1。 四、 冷水機組冷凝器膠球清洗工程實踐5758安裝HCTCS膠球自動在線清洗裝置后59 五、水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置標準使用性能技術指標的提出 綜上所述采用冷凝器端差表征污垢熱阻，是可行的。 冷凝器端差的增加量取值依據：在技術上可行的基 礎上最大限度的滿足高效節能經濟運行的需要。通過大量的工程實踐，保證合格的清洗膠球、采用合適的清洗頻率，可以做到 ： 60 冷凝器端差變化范圍即增加量應不大于0.30.1。 因

21、此標準規定：對于新投入運行的冷卻水機組和在役運行的冷水機組，用化學清洗或機械式毛刷清洗冷凝器換熱管內壁，確認換熱管內壁潔凈無污后，在電流百分比為100%及額定工況下運行，冷水機組冷凝器膠球清洗裝置正常使用時，冷凝器端差t的增加量應不大于0.30.1。 61 標準化的主要目的在于建立統一的技術評價平臺、規范市場行為, 標準化的基本原則是統一協調。本標準的制定體現了行業的共同意志, 吸收了行業的廣泛共識。因此，JB/T11133-2011水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置標準使用性能的選取是合理、科學,反映了行業發展的實際。性能測試方法科學可靠、經濟合理易行。該標準已于2011年8月1日

22、開始實施，為該行業的健康有序發展、保護用戶的消費利益起到了關鍵作用，為我國中央空調冷水機組的節能高效運行提供了有力技術標準層面保障，該標準是國內首次制定，國際上還沒有該行業同類標準。六、結論注：注：JB/T11133-2011JB/T11133-2011水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝水冷冷水機組管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝 置置S 2011S 2011深圳市勤達富節能技術有限公司深圳市勤達富節能技術有限公司 倪永剛倪永剛 膠球在線清洗裝置在國內冷水機組上的 應用介紹 2011年中國制冷學會學術年會年中國制冷學會學術年會 中國南京中國南京 2011年年10月月23日日63 膠球在線

23、清洗裝置在國內冷水機組上的應用，國膠球在線清洗裝置在國內冷水機組上的應用，國內市場目前有近千臺應用案例：內市場目前有近千臺應用案例：一、應用在役機組一、應用在役機組二、直接安裝在新項目二、直接安裝在新項目64ball-techCQMHitachi各類品牌進口產品：65國產產品：基正HADNDOFS(勤達富)昂通鵬端馬頓X X新怡堃霖66HANDFOS-HCTCSHANDFOS-HCTCS介介 紹紹67公司介紹： 深圳市勤達富節能技術有限公司從事膠球在線清洗裝置 的開發、生產、推廣已有近十年，取得5項專利，目前待授 權的申報專利還有3項，國內應用案例近500個。68 覆蓋區域：69 應用行業：上

24、海兒童醫院中心上海兒童醫院中心無無錫錫遠遠紡紡工工業業70浙江康恩貝藥亞浙江康恩貝藥亞富士康集團富士康集團71濟南恒隆廣場濟南恒隆廣場廣廣州州康康師師傅傅72深圳灣體育中心深圳灣體育中心深深圳圳華華潤潤萬萬象象城城73深深圳圳北北站站74深圳歡樂海岸深圳歡樂海岸廣廣州州寶寶潔潔日日化化7576部分客戶：77產品系列 工程機型工程機型： （專利號：（專利號：ZL 02248447.7 200920179704.4 200902369260） 產品執行標準產品執行標準：JB/T11133-2011雙擊HCTCS111008(工程機型).swf78工程機型工程機型7980配套機型配套機型： （適用于

25、冷水機組自帶（適用于冷水機組自帶) 專利號：專利號：200920177456.X、 發明專利：發明專利：200910 169033.8 （發證中）（發證中） PCT/CN2009/073655 。產品執行標準產品執行標準：JB/T11133-2011雙擊hctcs20111020(配套機型).swf81配套機型配套機型 具有膠球自動在線清洗功能的水冷冷水機組管殼式冷凝器前端封頭管箱以下簡稱：前端封頭管箱 該前端封頭管箱和冷水機組整機配套出廠(是冷水機組一個部件)，使冷水機組自帶膠球清洗冷凝器功能,可保證冷水機組運行過程中冷凝器的潔凈度,極大限度降低制冷劑的飽和冷凝溫度,提高冷水機組的運行 COP。 根據實測統計,冷卻循環水在按 GB50050 的要