[发明专利]用于估算传热设备中的污垢系数和/或可逆溶水垢厚度的方法和设备

说明书

通过引导小部分液体流经测试池，估算比如热交换器的液体系统内热传热表面上的水垢沉积情况，测试池包括位于导管壁(32)上且经过导管壁(32)突出的传感器(10)。传感器(10)包括导热块(16)，该导热块容纳加热器(14)，且具有热湿测试表面(22)，该热湿测试表面与导管壁(32)的内侧平齐，且接触经过导管(11)的流体。在导热块(16)内是两个温度传感器(18，20)，该温度传感器离离热湿测试表面(22)和加热器(14)有不同距离。设备(10)的外周被设计成减少流经外周的热量，且使流经热湿测试表面(22)的热量更多。通过比较两个温度传感器(18，20)之间的温度差与没有水垢(40)时的差，根据由积聚的水垢(40)造成的流经热湿测试表面的热量减少，可以确定水垢的存在和数量。对于给定类型的水垢(40)来说，温度差的变化与水垢厚度成直接比例关系。当水垢(40)的厚度通过其他装置确定时，可以隐含得到水垢(40)的性质。通过调节经所设的副热通量路径的热通量，可以调节测量的灵敏度，以适应很宽范围的大体量流体(36)或周边温度。

相关申请的交叉引用

本申请主张享有共同待审批的2012年12月20日提交的、名称为“用于估算传热设备中的污垢系数和/或可逆溶水垢厚度的方法和设备”的美国临时申请No.61/739785，和2013年12月13日提交的美国实用专利申请No.14/105323的权益和优先权，其公开内容通过引用而全部并入本文中。

背景技术

工业工厂，比如电厂、钢厂、纸浆或造纸厂，具有相对复杂的水/流体系统。有机和无机物沉积在这些系统的内壁上，形成影响系统正常运行的污垢或水垢沉积物的积聚物。这在比如热交换器表面的被加热表面上尤其严峻。这是不希望出现的情形，该情形导致产生大量运行问题，比如热交换不足、设备堵塞、化学品使用低效、效用成本增加、由于停工造成的生产率下降、腐蚀、以及尘埃度增加造成的产品降级。

理论上，人们可以区分一方面的污垢沉积物和另一方面的水垢沉积物。污垢沉积物是有机沉积物，通常在水溶液中以生物膜的形式出现。这些生物膜基本上包括微生物，例如细菌、藻类、真菌和原生动物。水垢是由无机物形成的，比如钙(碳酸盐、草酸盐、硫酸盐、硅酸盐)、铝(硅酸盐、氢氧化物、磷酸盐)、硫酸钡、放射性硫酸镭、和锰的硅酸盐形成的复合物。

为了避免污垢沉积物的积聚，尤其是生物膜的生长，作为对策在相关流体中加入生物杀灭剂。水垢沉积物可以通过加入化学沉积物控制剂来去除或防止，该控制剂是基于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和天冬安酸的均聚物、共聚物和三元共聚物的。化学沉积物控制剂包括有机磷酸盐及其衍生物，以及多磷酸盐。这些生物杀灭剂和化学沉积物控制剂的剂量应非常仔细地控制，因为他们非常昂贵。

为控制水垢处理添加剂的加入，在监测和量化水垢过程中联机传感器尤其有用。高温结垢条件给研发联机水垢传感器带来了重大挑战。这样的流体对于接触流体的任何表面来说，通常阻止使用大多数非金属材料，且对于电子元件的正常运行来说也可能是挑战性的环境。此外，包括该流体的液体可能具有使传感器研发困难的其他特性；该流体可能含有颗粒、有毒、对某些材料有腐蚀性、不具有恒定的密度等。例如，冷却水可具有大量的溶解盐，但它仍然被称作水。在许多工厂，具有高含量溶解盐的水可称作盐水，虽然该术语通常用于高可溶性盐的溶液。在纸浆生产厂中，具有一定溶解盐和溶解木质素的水可被称为黑液。即使高可溶性盐的溶液也可以积聚起麻烦数量的可逆溶盐，该可逆溶盐因各种原因在水中积聚。因为最普通的水垢类型是可逆溶水垢，所以传感器需要具有暴露于流体的表面，该表面处于比大体量液态流体更高的温度下。这需要某种形式的加热，以产生易于水垢积聚的热湿测试表面。这种加热必须以允许积聚物被量化的方式来完成。这种量化可以是测量由于积聚物造成的传热能力下降，或测量积聚物的厚度，或两者。

发明内容