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膠球清洗裝置冷卻水機(jī)組性能（清洗效果）的影響？ 

     膠球清洗裝置冷卻水機(jī)組性能（清洗效果）的影響？為了研究膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）的清洗效果，對(duì)同一臺(tái)冷水機(jī)組安裝膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）前后的污垢熱阻和制冷性能系數(shù)進(jìn)行了運(yùn)行測(cè)試和對(duì)比分析。結(jié)果表明：膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）具有良好的除垢效果，采用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）后冷凝器的污垢熱阻平均降低了７４．３８％，制冷性能系數(shù)平均提高了１１．３１％。以單位時(shí)間平均運(yùn)行費(fèi)用*低為目標(biāo)函數(shù)，建立了*佳清洗周期計(jì)算模型，通過(guò)優(yōu)化分析，確定了*佳清洗周期，*佳清洗時(shí)間間隔為２８ｈ，*佳清洗持續(xù)時(shí)間為８ｈ。在*佳運(yùn)行模式下，單位時(shí)間運(yùn)行費(fèi)用與連續(xù)清洗運(yùn)行模式相比減少了３．７６％，投資回收期為２．６ａ。
     冷卻塔系統(tǒng)耗水量的影響進(jìn)行了研究；對(duì)用海水冷卻的換熱器的不同防污處理措施的效果進(jìn)行了評(píng)估和比較。
     因而尋找一種行之有效的除垢方式對(duì)節(jié)能、提高經(jīng)濟(jì)效益有重要作用。與其他除垢方式相比，采用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）對(duì)冷凝器進(jìn)行除垢，具有安裝簡(jiǎn)單、操作便捷、適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)對(duì)比同一臺(tái)冷水機(jī)組安裝膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）前后的污垢熱阻和ＣＯＰ，確定膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）的清洗效果，并從經(jīng)濟(jì)性角度提出了膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）的*佳運(yùn)行模式。
１　實(shí)驗(yàn)
１．１實(shí)驗(yàn)裝置
     膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）由發(fā)球裝置、收球裝置、控制器及相關(guān)附件組成。發(fā)球裝置將膠球從冷卻水進(jìn)水側(cè)送入冷凝器，膠球依靠水壓差擦洗掉換熱管內(nèi)壁的污垢，在冷卻水出水側(cè)通過(guò)收球器回收膠球，形成清洗循環(huán)。發(fā)球裝置主要包括膠球收集罐和水泵，用于存放和發(fā)射膠球；收球裝置安裝在機(jī)組冷凝器冷卻水出水管路上，用于收集膠球；控制器為可編程邏輯控制器ＰＬＣ，控制在線清洗的發(fā)球時(shí)間和清洗循環(huán)周期。
     為確定膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）的清洗效果，分別對(duì)同一臺(tái)冷水機(jī)組安裝膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）前后的污垢進(jìn)行檢測(cè)，用熱阻法進(jìn)行污垢檢測(cè)。測(cè)試系統(tǒng)主要測(cè)試溫度、流量和輸入功率。測(cè)試參數(shù)包括：冷卻水供回水溫度和流量、冷凝壓力、冷水供回水溫度和流量、冷水機(jī)組輸入電功率等。為保證測(cè)量精度，溫度測(cè)量使用Ａ級(jí)Ｐｔ１００鉑電阻溫度計(jì)，精度為±（０．１５℃＋０．００２ｔ）（其中ｔ為測(cè)量溫度）；流量測(cè)量使用超聲波流量計(jì)，精度為±１％；輸入電功率測(cè)量使用電度表，精度為±０．５％。
本文采用的實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)如圖１所示。
１．２　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
     實(shí)驗(yàn)選取的測(cè)試機(jī)組為１臺(tái)水冷螺桿式冷水機(jī)組，機(jī)組參數(shù)見(jiàn)表１。
     為了獲得對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，先對(duì)冷凝器換熱管進(jìn)行機(jī)械通刷和化學(xué)清洗，使換熱管表面達(dá)到清潔狀態(tài)，在未安裝膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）的情況下，冷水機(jī)組連續(xù)運(yùn)行并對(duì)各種運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。然后停機(jī)，對(duì)冷凝器換熱管進(jìn)行機(jī)械通刷和化學(xué)清洗，當(dāng)換熱管表面達(dá)到清潔狀態(tài)后將膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）由于污垢熱阻的形成需要一定的時(shí)間，為了突出污垢熱阻對(duì)換熱和能耗的影響，本文將２次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的時(shí)間延長(zhǎng)到４３０ｈ；測(cè)試期間冷卻水泵和冷水泵均為工頻運(yùn)行，水泵流量保持不變；每２ｈ記錄一次冷卻水和冷水的供回水溫度、冷凝壓力、輸入功率等參數(shù)；測(cè)試期間流過(guò)蒸發(fā)器的冷水流量保持不變，冷水的供回水溫度設(shè)定為７℃／１２℃，并保持不變，因此，蒸發(fā)器的冷負(fù)荷也保持不變；冷卻水水質(zhì)符合ＧＢ�。担埃埃担啊�２０１７《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》［６］的要求。根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，分析在線清洗裝置的清洗效果，測(cè)試原理如下。
冷凝器的換熱量Ｑｃ為
Ｑｃ＝ｍｃｃｐ（ｔｃ，ｏ－ｔｃ，ｉ） （１）式中　ｍｃ為冷卻水流量，ｋｇ／ｓ；ｃｐ為水的比定壓熱容，Ｊ／（ｋｇ·℃）；ｔｃ，ｉ為冷卻水進(jìn)水溫度，℃；ｔｃ，ｏ為冷卻水出水溫度，℃。
冷凝器的傳熱系數(shù)Ｋ為
 Ｑｃ （２）
Ｋ＝
ＡｉΔｔｍ
式中�。粒闉閾Q熱管總內(nèi)表面積，ｍ２；Δｔｍ 為冷卻水與制冷劑的對(duì)數(shù)平均傳熱溫差，℃，可由下式求得：
 ｍ ｔｃ，ｏ－ｔｃ，ｉ （３）
Δｔ＝
ｔｋ－ｔｃ，ｉｌｎ
ｔｋ－ｔｃ，ｏ式中�。簦霝橹评鋭┑睦淠郎囟�，℃。
冷卻水在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)為湍流，冷卻水側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)ｈｗ為
ｗ λ ｆ０．８ ｆ０．４ （４）ｈ＝０．０２３ ＲｅＰｒｄｉ
式中　λ為冷卻水的導(dǎo)熱系數(shù)，Ｗ／（ｍ·℃）；ｄｉ為換熱管內(nèi)徑，ｍ；Ｒｅｆ為冷卻水的雷諾數(shù)；Ｐｒｆ為冷卻水的普朗特?cái)?shù)。
制冷劑側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)ｈｋ為
ｈｋ＝０．７２８φεｖ［μｌｎｍｄｏρ（ｔｌ２λｋｌ３－ｔｗ）］０．２５ （５）ｇｒ
式中　φ為增強(qiáng)系數(shù)，為１．３８４；εｖ為管束修正系數(shù)，為０．８１；ｇ為自由落體加速度，ｍ／ｓ２；ｒ?yàn)槠�化潛熱，ｋＪ／ｋｇ；ρｌ為制冷劑的密度，ｋｇ／ｍ３；λｌ為制冷劑的�?dǎo)熱系數(shù)，Ｗ／（ｍ·℃）；μｌ為制冷劑的動(dòng)力黏度，Ｎ·ｓ／ｍ２；ｎｍ為豎直方向上平均管排數(shù)；ｄｏ為換熱管外徑，ｍ；ｔｗ為壁面溫度，℃。
冷凝器的污垢熱阻Ｒｆ可由下式求得：
ｆ １ （１ｗ δｐＡｉ １ｋＡｏｉ） （６）
Ｒ＝ － ＋ ＋
Ｋ ｈ λＡ ｈＡ
式中　δ為換熱管管壁厚度，ｍ；λｐ為換熱管的導(dǎo)

熱系數(shù)，Ｗ／（ｍ·℃）；Ａ為換熱管的平均面積，ｍ２；
Ａｏ為換熱管的總外表面積，ｍ２。
２　實(shí)驗(yàn)結(jié)果
２．１　污垢熱阻
     將測(cè)得的冷卻水流量，進(jìn)、出水溫度等數(shù)據(jù)代入式（１）～（６），可得到使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）前后冷凝器污垢熱阻的變化情況，如圖２所示。
     使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）前后冷凝器污垢熱阻的變化由圖２可以看出：未使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）時(shí)的污垢熱阻明顯大于使用后，并呈上升狀態(tài)，而使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）后污垢熱阻則沒(méi)有明顯變化；２種工況下開(kāi)始測(cè)試時(shí)的污垢熱阻幾乎相同，表明２次清洗后換熱管表面的清潔程度基本相同，未使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）時(shí)，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，換熱管表面的污垢不斷積累，污垢熱阻不斷增大；當(dāng)使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）后，由于膠球?qū)�換熱管表面的清洗作用，阻止了污垢熱阻的增大，污垢熱阻基本保持在１．０４×
１０－４　ｍ２·℃／Ｗ左右。
根據(jù)測(cè)試結(jié)果，膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）未使用時(shí)的
平均污垢熱阻為４．０７×１０－４�。恚病ぁ妫�Ｗ，比ＧＢ５００５０—２０１７《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的限值３．４４×１０－４　ｍ２·℃／Ｗ高１８．３１％；使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）后，平均污垢熱阻基本保持在１．０４×１０－４�。恚病ぁ妫�Ｗ，比國(guó)家規(guī)定的限值低６９．７７％。由此可見(jiàn)，膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）對(duì)于阻止冷凝器換熱管內(nèi)表面污垢的沉積、改善換熱性能和提高冷水機(jī)組ＣＯＰ等具有重要的作用。
２．２　冷水機(jī)組制冷性能系數(shù)
在冷水機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中，理論上應(yīng)滿(mǎn)足如下能量平衡關(guān)系：
Ｑｃ＝Ｑ０＋Ｗ０ （７）
ＱＣＯＰ＝ ０ （８）
Ｗ０
式（７），（８）中�。眩� 為制冷量，Ｗ；Ｗ０ 為壓縮機(jī)功率，Ｗ。
蒸發(fā)器的制冷量Ｑ０為
Ｑ０＝ｍ０ｃｐ（ｔ０，ｉ－ｔ０，ｏ） （９）式中　ｍ０ 為冷水的質(zhì)量流量，ｋｇ／ｓ；ｔ０，ｉ為冷水進(jìn)水溫度，℃；ｔ０，ｏ為冷水出水溫度，℃。
     在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于壓縮機(jī)殼體表面會(huì)有散熱，因而冷凝器放出的熱量并不等同于制冷量與壓縮機(jī)功率之和。同時(shí)，測(cè)量過(guò)程中還會(huì)因測(cè)量?jī)x器等引起一定的測(cè)量誤差，但漏熱和儀器引起的相對(duì)誤差不應(yīng)超過(guò)±１０％。
     本實(shí)驗(yàn)測(cè)試是在一家電子工廠的空調(diào)用冷水機(jī)組上進(jìn)行的，冷水機(jī)組２４ｈ連續(xù)運(yùn)行，冷負(fù)荷需求穩(wěn)定。在測(cè)試過(guò)程中，冷水泵為工頻運(yùn)行，流量保持不變，冷水供回水溫度保持為７℃／１２℃不變，比定壓熱容也認(rèn)為是定值，因此，蒸發(fā)器的冷負(fù)荷也保持不變。
     減小冷凝器污垢熱阻，可改善冷凝器換熱性能、降低冷凝溫度、減小壓縮機(jī)功耗和提高冷水機(jī)組的ＣＯＰ。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）使用前后ＣＯＰ的變化情況如圖３所示。

圖３　機(jī)組ＣＯＰ的變化
從圖３可以看出：膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）使用前冷
水機(jī)組的ＣＯＰ呈逐漸下降趨勢(shì)，平均值為３．９８；使用后冷水機(jī)組的ＣＯＰ基本保持不變，平均值為
４．４３，提高了１１．３１％。
在蒸發(fā)溫度不變的情況下，冷凝溫度每升高１ ℃，機(jī)組ＣＯＰ平均提高３．３４％，輸入功率平均下降３．３３％［７］。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）使用前后的平均冷凝溫度分別為３７．９０℃和３５．２６℃，使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）時(shí)的冷凝溫度要比未使用時(shí)降低２．６４℃，據(jù)此推算，制冷機(jī)組的輸入功率平
均可降低８．７９％。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，冷水機(jī)組的輸入功率為１９９．５
ｋＷ，２４ｈ連續(xù)運(yùn)行，使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）后輸入功率降低率平均按８．７９％計(jì)算，則每天可節(jié)省
電量５６４．９７ｋＷ·ｈ，節(jié)電效果顯著。
未使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）時(shí)，由于ＣＯＰ呈逐漸下降的趨勢(shì)，為保證制冷量不變，壓縮機(jī)的輸入功率會(huì)有所增大；使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）時(shí)，機(jī)組ＣＯＰ和制冷量基本不變，所以壓縮機(jī)的輸入功率也基本保持不變。
２．３　經(jīng)濟(jì)性分析
使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置），會(huì)增加發(fā)球泵的能耗和膠球損耗費(fèi)用，但由于冷水機(jī)組能效的提高，整個(gè)冷水機(jī)組的運(yùn)行能耗和費(fèi)用將逐漸下降。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，當(dāng)機(jī)組ＣＯＰ達(dá)到４．３７后，機(jī)組運(yùn)行能耗將不再下降，此時(shí)關(guān)閉膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置），減少發(fā)球泵能耗和膠球損耗，整體運(yùn)行費(fèi)用將有所下
降。
通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，隨著清洗間隔時(shí)間的增加，單位時(shí)間內(nèi)的平均運(yùn)行費(fèi)用呈下降趨勢(shì)，當(dāng)清洗間隔時(shí)間為２８ｈ時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)平均運(yùn)行費(fèi)用達(dá)到*小值，為１９４．４０元／ｈ；隨著清洗間隔時(shí)間的繼續(xù)增加，運(yùn)行費(fèi)用逐漸上升。
該清洗技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性可通過(guò)動(dòng)態(tài)投資回收期來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，動(dòng)態(tài)投資回收期的計(jì)算公式為
 ｔ ｔ ｜ａ｜ （１０）
Ｐ′＝Ｐ－１＋ｂ
式中�。小洌魹閯�(dòng)態(tài)投資回收期，ａ；Ｐｔ為累計(jì)折現(xiàn)值出現(xiàn)正值的年數(shù)，ａ；ａ為上年累計(jì)折現(xiàn)值，元；ｂ為當(dāng)年凈現(xiàn)金流量的折現(xiàn)值，元。
膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）的使用壽命按１０ａ計(jì)，初投資為１０萬(wàn)元。若以*佳運(yùn)行周期模式運(yùn)行，使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）前后的能耗成本如表２所示。
　　使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）后，年節(jié)省能源成本４１　８４０．６４元。根據(jù)式（１０）可計(jì)算動(dòng)態(tài)投資回收期為２．６ａ，即全部投資可在３ａ內(nèi)收回，在以后的７ａ內(nèi)，完全處于盈利狀態(tài)，每年可獲得３萬(wàn)元的折現(xiàn)值，在膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）的全壽命周期內(nèi)可獲得２１萬(wàn)元收益。且在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還可減少二氧化碳、氮氧化物等的排放，具有一定的環(huán)境效益。
膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）能夠有效清除冷凝器換熱管內(nèi)的污垢，改善換熱效果，降低制冷電耗。實(shí)測(cè)結(jié)果表明：機(jī)組使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）后污垢熱阻平均降低７４．３８％，機(jī)組ＣＯＰ平均提高
１１．３１％。測(cè)試期間，污垢熱阻基本穩(wěn)定在１．０４× １０－４�。恚病ぁ妫�Ｗ左右，機(jī)組平均ＣＯＰ穩(wěn)定在４．４３左右。當(dāng)未使用膠球在線清洗裝置（膠球清洗裝置）時(shí)，污垢熱阻會(huì)隨實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加而增加，在實(shí)驗(yàn)期間增長(zhǎng)了
３７．９９％，機(jī)組ＣＯＰ下降了４．１６％。
基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)性分析，確立了*佳清洗間隔時(shí)間為２８ｈ，清洗時(shí)長(zhǎng)為８ｈ，即*佳運(yùn)行周期為３６ｈ，該運(yùn)行模式下單位周期內(nèi)的平均運(yùn)行費(fèi)用*低，為１９４．４０元／ｈ，比連續(xù)運(yùn)行時(shí)的費(fèi)
用低３．７６％。
     在優(yōu)化運(yùn)行周期的基礎(chǔ)上，使用膠球在線的壓差分布，合理布置通風(fēng)系統(tǒng)，按照具體的壓差要求確定氣流組織，是保證對(duì)氣載污染物實(shí)施動(dòng)態(tài)包容的關(guān)鍵所在。
     主控制室的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與其他廠房有所不同，因?yàn)槭鹿蕰r(shí)，要考慮控制室人員的安全，保證安全事故的有效控制，因此主控室內(nèi)的環(huán)境要求是不能進(jìn)入帶有污染的空氣。按照對(duì)氣載污染物的動(dòng)態(tài)包容理念，主控制通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于其周邊廠房或房間必須要保持*低３０～５０Ｐａ的正壓，才能確保事故情況下氣載污染物對(duì)主控制室人員的安全。對(duì)于整體通風(fēng)系統(tǒng)而言，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣載污染物動(dòng)態(tài)包容，就必須保證相連廠房（或房間）處氣流組織的合理性。
     運(yùn)行的核電廠必須使用碘吸附器對(duì)空氣進(jìn)行處理。碘吸附器按照其吸附作用可分為物理性吸附和化學(xué)性吸附，氣態(tài)放射性碘在二者共同作用下被收集到碘吸附器里。吸附介質(zhì)為活性炭。
     氣流服務(wù)房間的特殊要求，確定系統(tǒng)的布置方案，使氣流能夠與相鄰房間或廠房保持所要求的負(fù)壓；同一個(gè)廠房?jī)?nèi)的不同房間由于其功能不同，對(duì)房間的負(fù)壓要求也不同，要作特別處理。
     對(duì)氣載污染物的動(dòng)態(tài)包容，總體上要確定和保證不同區(qū)域和不同廠房之間的動(dòng)態(tài)壓差。按照氣流方向合理布置和實(shí)施核島廠房通風(fēng)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，就能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)氣載污染物的動(dòng)態(tài)包容。
     根據(jù)以上分析，在設(shè)計(jì)核電站核島廠房?jī)?nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，必須對(duì)各個(gè)廠房和房間的污染程度及可能性進(jìn)行分析，結(jié)合輻射防護(hù)分區(qū)和實(shí)際建筑分區(qū)內(nèi)房間的功能要求，不僅要考慮系統(tǒng)布置時(shí)水平方向上的氣流組織，也必須在豎直方向上確保氣流從低污染區(qū)流向高污染區(qū)，保證豎直方向上必要的壓差，才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣載污染物的動(dòng)態(tài)包容。對(duì)氣載污染物實(shí)施動(dòng)態(tài)包容，可以對(duì)核電站運(yùn)營(yíng)人員的安全起到有效的保護(hù)作用，同時(shí)確保電站周?chē)�環(huán)境不受影響。