专利名称：在线式冷却水腐蚀速度和污垢热阻一体化监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业冷却水系统腐蚀和污垢热阻监测技术，具体地说是一种在线式冷却水腐蚀速度和污垢热阻一体化监测仪。
背景技术：
水冷器腐蚀和结垢是冷换设备损坏和效率降低的主要危害。目前工业多应用缓蚀阻垢综合剂等水质稳定剂，对冷却水腐蚀和结垢两项指标进行综合测评，其结果对现场正确使用防腐蚀、防结垢药剂是很有帮助的。其不足之处在于用人工现场操作，获取数据不及时，劳动量大，为实现循环冷却水系统科学有效的管理，确保循环冷却水低腐蚀率、低污垢沉积率运行，有必要建立腐蚀和结垢状况实时在线监测系统来随时掌握设备运行状况，进而指导生产。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能实现远程控制的在线式冷却水腐蚀速度和污垢热阻一体化监测仪。
本实用新型的技术方案是用电源模块提供工作电压，由腐蚀速率测量模块、温度测量模块、测量通道选择电路、电子开关、模数转换器，以及中央处理单元即单片机、数据存贮器、程序存储器、时钟电路、液晶显示器、通讯接口组成，其中来自测量现场腐蚀探头、温度探头的腐蚀速度和污垢热阻信号分别经腐蚀率测量模块及温度测量模块后通过第一电子开关接模数转换器，模数转换器输出端接中央处理单元，中央处理单元设有时钟、程序存储器和数据存储器，其控制信号经第二电子开关分别接至腐蚀、温度测量通道选择电路，所述两个测量通道选择电路输出信号为腐蚀率测量模块和温度测量模块的输入信号，中央处理单元经通讯接口与控制室中计算机相连，其输出信号送至液晶显示器；所述腐蚀率测量模块与具有四个通路的腐蚀测量通道选择电路相连，由采样保持器、第二～第八运算放大器及第三～第四电子开关组成，其中第二运算放大器负相端信号与经电源模块变换而来的极化电压E1～E4相连，其同相端接地，其输出端至第三运算放大器同相端，同时经第三电阻与第四运算放大器同相端一起接地，第三运算放大器负相端与第四电子开关相连，其输出至第四运算放大器负相端，第四运算放大器输出信号接第一电子开关，所述第四电子开关S1～S4通路分别经测量探头及第五～第八运算放大器至第三电子开关，第三电子开关输出端接至采样保持器，采样保持器另一输入端经第二电子开关与中央处理单元连接，其输出至第二运算放大器负相端；所述第五～第八运算放大器负相端与输出端短接在一起；所述测量探头具有三个电极RE、WE、CE，其中WE为工作电极，接地；RE为参考电极，与第五～八运算放大器同相端相连；CE为辅助电极，通过第四电子开关接到第三运算放大器负相端；所述温度测量模块与具有十六个通路的测量通道选择电路相连，由第五电子开关与第九～二十四运算放大器组成，其中通过第五电子开关与模数转换器连接，每个通路分别采用第九～二十四运算放大器与第三电子开关中S1～516相应端连接，第九～二十四运算放大器同相端与温度传感器连接，并经第七电阻接地，其负相端与输出端短接在一起。
本实用新型腐蚀速度测量原理本实用新型利用电化学弱极化测量原理，其极化范围为5～40mv，最大极化值在弱极化区，测量探头采用用同种材质制作的三电极探头。
本实用新型污垢热阻测量原理冷换设备运转到有一定沉积物时，冷热流体进出口温差将发生变化，相应的管内表面传热系数由初始值K0变为kt，其中没有污垢沉积时传热系数为K0，有污垢沉积时传热系数为kt，kt＝2G*Cp(t2-t1)/A[(T1-t2)+(T2-t1)]式中G——通过测试管线的水流量；Cp——水在运行条件下的定压比热；t1、、t2——冷流体的进出口温度；A——试管有效传热面积；T1、T2—热流体的进出口温度。
本实用新型在流量不变的情况下，监测温度获得传热系数，并由K值计算出污垢热阻Rt＝1/Kt-1/K0K值越大，说明污垢沉积少，换热效果好，K值越小，说明污垢引起的热阻大，换热效果差，并可直接根据K值适时清洗。
本实用新型具有如下优点1.本实用新型能实现仪器与计算机远程通讯、在线监测，可以及时获取数据，并避免多次重复的人工现场操作。本实用新型属集腐蚀与结垢监测于一体的在线式工业冷却水腐蚀速度、污垢热阻监测装置，它符合实际需求。
2.本实用新型是一种能快速灵敏的、连续测量瞬时腐蚀速度的电化学方法，理论误差小，测量采用用同种材质制作的三电极探头，能对腐蚀和结垢状况实时在线监测，随时掌握设备运行状况，进而指导生产；本实用新型的监测冷却水的腐蚀性结果用来判断防腐蚀、防结垢投药的效果，也可以调整加药周期。
图1为本实用新型电路框图。
图2为图1中腐蚀率测量模块原理图。
图3为图1中温度测量模块原理图。
图4为本实用新型实施例安装示意图。
图5为本实用新型实施例腐蚀速度随时间变化曲线。
图6为本实用新型实施例传热系数k随时间变化曲线。
具体实施方式
以下结合附图及实施例详述本实用新型。
如图1～3所示，本实用新型用电源模块5提供工作电压，由腐蚀速率测量模块3、温度测量模块4、测量通道选择电路、电子开关、模数转换器A/D，以及中央处理单元CPU即单片机、数据存贮器E2PROM、程序存储器EPROM、时钟电路Clock、液晶显示器LED、通讯接口6组成，其中来自测量现场腐蚀探头、温度探头的腐蚀速度和污垢热阻信号分别经腐蚀率测量模块3及温度测量模块4后通过第一电子开关K1接模数转换器A/D，模数转换器A/D输出端接中央处理单元CPU，中央处理单元CPU设有时钟Clock，另设有程序存储器EPROM和数据存储器E2PROM，其控制信号经第二电子开关K2分别接至腐蚀、温度测量通道选择电路1、2，所述两个测量通道选择电路输出信号为腐蚀率测量模块3和温度测量模块4的输入信号，中央处理单元CPU经通讯接口6与控制室中计算机相连，其输出信号送至液晶显示器LED；所述腐蚀率测量模块3与具有四个通路的腐蚀测量通道选择电路1相连，由采样保持器A1、第二～第八运算放大器A2～A8、第三～第四电子开关K3～K4及第一～第六电阻R1～R6组成，其中第二运算放大器A2负相端信号通过第二电阻R2与经电源模块5变换而来的极化电压E1～E4相连，其同相端接地，其输出端至第三运算放大器A3同相端，同时经第三电阻R3与第四运算放大器A4同相端一起接地，第三运算放大器A3负相端与第四电子开关K4相连，其输出经第四电阻R4至第四运算放大器A4负相端，第四运算放大器A4输出信号接第一电子开关A1，所述第四电子开关K4S1～S4通路分别经测量探头及第五～第八运算放大器A5～A8至第三电子开关K3，第三电子开关K3输出端接至采样保持器A1，采样保持器A1另一输入端经第二电子开关K2与中央处理单元CPU连接，其输出经第一电阻R1至第二运算放大器A2负相端；所述第五～第八运算放大器A5～A8负相端与输出端短接在一起；在第四运算放大器A4负相端与输出端之间跨接第五电阻R5，在第三运算放大器A3负相端与输出端之间跨接一可调第六电阻R6；所述测量探头具有三个电极RE、WE、CE，其中WE为工作电极，接地；RE为参考电极，与第五～八运算放大器同相端相连；CE为辅助电极，通过第四电子开关A4接到第三运算放大器A3负相端；所述温度测量模块11与具有十六个通路的测量通道选择电路9相连，由第五电子开关K5与第九～二十四运算放大器A9～A24组成，其中通过第五电子开关K5与模数转换器A/D连接，每个通路分别采用第九～二十四运算放大器A9～A24与第三电子开关中S1～S16相应端连接，第九～二十四运算放大器A9～A24同相端与4～20Am温度传感器TP连接，并经第七电阻R7接地，其负相端与输出端短接在一起。
本实用新型可同时监测4台换热器，即可接1～4个腐蚀探头和4～16个温度探头，腐蚀探头探入管线与水介质接触，换热器冷流体进出口温度探头探入管线内与介质接触，热流体进出口温度探头捆绑在管壁外，温度敏感元件与管壁保持良好接触。1个腐蚀探头和4个温度探头对应1台换热器，腐蚀探头安装在冷流体出口管线上，由中央控制器CPU控制对腐蚀速度和温度轮流采样、运算并存贮。
实施例如图4所示，采用本实用新型监测水冷换热器的腐蚀与结垢情况。在换热器的循环水出口处安装腐蚀探头10一只，在冷流和热流的进出口分别安装温度探头9，本装置安装在现场(隔爆)，计算机7和数据转换模块8放在监控室，通过电缆线与现场的装置连接。
本实用新型安装在现场，与安装在换热器11上的被测探头距离10～50米，经安装在控制室的数据转换模块8与计算机7相连构成一个监控系统，采用本实用新型定时测量、采集数据，并实时传递到计算机7；现场仪器和监控室的最大传输距离是1200米。所述数据传输模块8采用RS485-RS232，最大可以驱动255台本实用新型监测仪，因此可以拓展成为分布式监测网，扩大其应用范围；监控系统的供电本实用新型由220V供电，由计算机7主机提供15V直流电压为数据传输模块8供电；所述通讯接口6采用MAX487芯片，运算放大器采用LM2902芯片；数据存储器E2PROM采用28C256，程序存储器EPROM采用27C128芯片；时钟Clock采用DS12887；中央控制器CPU采用80C31芯片；模数转换器A/D采用ICL7109芯片；电子开关采用CD4051器件；液晶显示器LED为MED24064。
如图5、6所示，为所述换热器11在一次酸洗过程及其前后的腐蚀率及污垢热阻的变化，酸洗时腐蚀速度由原来的0.04mm/a明显增大，最大为0.8mm/a，酸洗后逐渐下降并趋于稳定。腐蚀率增大则是由于酸洗时加酸的结果，酸洗前蓄水池内挂片法测得的腐蚀率为0.02～0.03mm/a，监测结果与挂片结果接近，说明数据是可靠的。污垢热阻的测量结果是酸洗前传热系数为800W/℃·m2，在酸洗过程中有些波动，酸洗结束后增大到1000W/℃·m2，传热系数增大，说明污垢热阻值减小，换热器的换热效果变好。
本实用新型所述温度测量探头4至少要采用4个。
权利要求1.一种在线式冷却水腐蚀速度和污垢热阻一体化监测仪，用电源模块(5)提供工作电压，其特征在于由腐蚀速率测量模块(3)、温度测量模块(4)、测量通道选择电路、电子开关、模数转换器(A/D)，以及中央处理单元(CPU)即单片机、数据存贮器(E2PROM)、程序存储器(EPROM)、时钟电路(Clock)、液晶显示器(LED)、通讯接口(6)组成，其中来自测量现场腐蚀探头、温度探头的腐蚀速度和污垢热阻信号分别经腐蚀率测量模块(3)及温度测量模块(4)后通过第一电子开关(K1)接模数转换器(A/D)，模数转换器(A/D)输出端接中央处理单元(CPU)，中央处理单元(CPU)设有时钟(Clock)、程序存储器(EPROM)和数据存储器(E2PROM)，其控制信号经第二电子开关(K2)分别接至腐蚀、温度测量通道选择电路(1、2)，所述两个测量通道选择电路输出信号为腐蚀率测量模块(3)和温度测量模块(4)的输入信号，中央处理单元(CPU)经通讯接口(6)与控制室中计算机相连，其输出信号送至液晶显示器(LED)。
2.按照权利要求1所述在线式冷却水腐蚀速度和污垢热阻一体化监测仪，其特征在于所述腐蚀率测量模块(3)与具有四个通路的腐蚀测量通道选择电路(1)相连，由采样保持器(A1)、第二～第八运算放大器(A2～A8)及第三～第四电子开关(K3～K4)组成，其中第二运算放大器(A2)负相端信号与经电源模块(5)变换而来的极化电压E1～E4相连，其同相端接地，其输出端至第三运算放大器(A3)同相端，同时经第三电阻(R3)与第四运算放大器(A4)同相端一起接地，第三运算放大器(A3)负相端与第四电子开关(K4)相连，其输出至第四运算放大器(A4)负相端，第四运算放大器(A4)输出信号接第一电子开关(A1)，所述第四电子开关(K4)S1～S4通路分别经测量探头及第五～第八运算放大器(A5～A8)至第三电子开关(K3)，第三电子开关(K3)输出端接至采样保持器(A1)，采样保持器(A1)另一输入端经第二电子开关(K2)与中央处理单元(CPU)连接，其输出至第二运算放大器(A2)负相端；所述第五～第八运算放大器(A5～A8)负相端与输出端短接在一起。
3.按照权利要求2所述在线式冷却水腐蚀速度和污垢热阻一体化监测仪，其特征在于所述测量探头具有三个电极RE、WE、CE，其中WE为工作电极，接地；RE为参考电极，与第五～八运算放大器同相端相连；CE为辅助电极，通过第四电子开关(A4)接到第三运算放大器(A3)负相端。
4.按照权利要求1所述在线式冷却水腐蚀速度和污垢热阻一体化监测仪，其特征在于所述温度测量模块(11)与具有十六个通路的测量通道选择电路(9)相连，由第五电子开关(K5)与第九～二十四运算放大器(A9～A24)组成，其中通过第五电子开关(K5)与模数转换器(A/D)连接，每个通路分别采用第九～二十四运算放大器(A9～A24)与第三电子开关中S1～S16相应端连接，第九～二十四运算放大器(A9～A24)同相端与温度传感器(TP)连接，并经第七电阻(R7)接地，其负相端与输出端短接在一起。
专利摘要一种在线式冷却水腐蚀速度和污垢热阻一体化监测仪。由腐蚀速率测量模块、温度测量模块等器件组成,测量探头分别经腐蚀率测量模块及温度测量模块、第一电子开关接模数转换器,模数转换器输出端接中央处理单元,中央处理单元经通讯接口与控制室中计算机相连,并将控制信号经第二电子开关分别至腐蚀、温度测量通道选择电路,两个测量通道选择电路输出信号为腐蚀率测量模块和温度测量模块输入信号。它能实现远程控制、避免多次重复的人工现场操作。
文档编号G01N17/00GK2497304SQ0125096
公开日2002年6月26日 申请日期2001年10月10日 优先权日2001年10月10日
发明者郑立群, 李春树, 左晋, 王志刚, 王子旭, 郭庆云, 荀伟 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国科学院金属研究所, 天津石油化工公司机械研究所