[发明专利]一种非金属管管输水动态结垢实验环道及方法

权利要求书

1.一种非金属管管输水动态结垢实验环道装置，其特征在于，包括：

储液系统,所述储液系统用于提供和储存温度均匀、稳定的水溶液；

动力系统,所述动力系统用于为所述水溶液的流动提供动力；

流量调节系统，所述流量调节系统用于调节所述水溶液的流量以及进入所述并联测试管段的所述水溶液的流量；

压力缓冲系统，所述压力缓冲系统用于减小压力波动对结垢的影响；

并联测试系统，所述并联测试管段用于测量不同管材结垢量随时间的变化；

所述储液系统、所述动力系统、所述流量调节系统、所述压力缓冲系统、所述并联测试系统通过保温PE管路依次相连，构成实验环道。

2.如权利要求1所述的非金属管输水动态结垢实验环道装置，其中所述储液系统包括储液罐、加热系统、温度控制系统以及搅拌叶片、电动机、保温层及顶盖；所述储液罐为立式容器，上部为圆柱形，下部为圆锥形；所述圆柱形的侧面靠近下端位置设有一个出口，靠近上端位置设有两个入口；所述出口与所述动力系统相连,用于为所述实验环道提供流动介质；所述其中一个入口与所述出口截面平行，与所述流量调节系统相连，用于接收调节流量时回流的介质进入所述储液罐；所述另一个入口与所述出口截面垂直，与所述并联测试系统相连，用于接收测试系统中流动介质流回所述储液罐；所述圆锥形的下部开孔与阀门相连，用于放空所述实验环道内的所述水溶液；所述加热系统为所述储液罐内介质提供热量；所述温度控制系统用于保证所述储液罐内介质温度稳定；所述搅拌叶片由所述电动机驱动，用于保证所述储液罐内介质温度均匀，并防止所述水溶液中离子结晶析出；所述保温层为聚氨酯泡沫材质，用于为所述储液罐内介质保温；所述顶盖为中间开孔的圆形盖板，所述搅拌叶片通过所述顶盖开孔进入所述储液罐介质中。

3.如权利要求1所述的非金属管输水动态结垢实验环道装置，其中所述动力系统包括过滤器、塑料离心泵、压力表、止回阀和控制阀；所述过滤器设置在所述塑料离心泵入口之前；所述塑料离心泵的出口设置有所述压力表；所述止回阀设置在所述压力表之后，用于防止所述实验环道内介质回流而引起离心泵倒转；所述控制阀设置在所述止回阀之后。

4.如权利要求1所述的非金属管输水动态结垢实验环道装置，其中所述流量调节系统由第一流量调节阀、回流管路控制阀、第二流量调节阀组成；所述第一流量调节阀设置于所述动力系统后，用于调节所述实验环道内介质的流量；所述回流管路控制阀设置于回流管路上，用于将多余的所述水溶液回流至储液罐；所述第二流量调节阀设置于与所述并联测试管段并联的所述PE连接管路上，用于调节进入所述并联测试管段的介质流量。

5.如权利要求1所述的非金属管输水动态结垢实验环道装置，其中所述压力缓冲系统包括缓冲罐、排气阀、放空阀；所述缓冲罐为两端密封的立式容器，上部为圆柱形，下部为圆锥形，用于减小压力波动对结垢的影响；所述缓冲罐罐顶开孔并连接所述排气阀，用于注入所述水溶液时排出所述实验环道内的空气；所述缓冲罐罐底开孔连接所述放空阀，用于放空所述缓冲罐。

6.如权利要求1所述的非金属管输水动态结垢实验环道装置，其中所述并联测试系统由紫铜测试管段、PE测试管段并联，与所述PE连接管路通过联接接头相连，并浸于恒温液池中；所述紫铜测试管段、PE测试管段外侧均设有所述第二流量调节阀、流量计、第一温度传感器、第二温度传感器、微差压传感器；所述流量计、第一温度传感器、第二温度传感器、微差压传感器分别用于测量并记录所述紫铜测试管段与所述PE测试管段内介质的流量、进口温度、出口温度及压差；所述恒温液池为长方体液池，设有保冷层与盖板；所述长方体液池装有冰水混合物，用于保证所述测试管段外壁低温；所述保冷层为聚氨酯泡沫材质，用于为所述恒温液池内介质保温；所述盖板为长方形结构，两端各留有两个半圆弧以便于并联的所述连接管路探入所述恒温液池。

7.一种使用权利要求1-6中任一所述的装置进行管输水动态结垢实验的方法，包括以下步骤：

(1)将蒸馏水加入所述储液系统的储液罐，并打开所述储液系统的加热系统和温度控制系统，将所述蒸馏水加热至实验所需温度，并打开所述储液系统的电动机，驱动搅拌叶片进行搅拌；同时将自来水加入所述恒温液池，并加入冰块；

(2)启动所述动力系统的塑料离心泵，同时打开所述压力缓冲系统的排气阀，使所述蒸馏水充满所述实验环道，然后关闭所述压力缓冲系统的排气阀；

(3)调节所述流量调节系统的第一流量调节阀、回流管路控制阀以及第二流量调节阀，确保所述并联测试管段的紫铜测试管段与PE测试管段内所述蒸馏水的流量为实验范围内流量；同时启动所述数据采集系统，采集并记录测试管段的流量、进口温度、出口温度及压差；稳定2h后，根据实验工况计算出无污垢时多层圆筒系统的传热系数；

(4)关闭所述储液系统的加热系统、温度控制系统以及电动机，然后关闭所述动力系统的塑料离心泵；

(5)通过所述储液系统的储液罐底部的放空管路以及缓冲罐底部的放空管路将所述实验环道及所述储液罐内的所述蒸馏水排净；

(6)将配置好的水溶液加入所述储液系统的储液罐中，并打开所述储液系统的加热系统和温度控制系统，将溶液加热至实验所需温度，并打开所述储液系统的电动机，驱动搅拌叶片进行搅拌；同时，向所述恒温液池中加冰块，控制所述恒温液池内冰水混合物的温度；

(7)重复步骤(2)；

(8)调节所述流量调节系统的第一流量调节阀、回流管路控制阀以及第二流量调节阀，确保所述并联测试管段的紫铜测试管段与PE测试管段内所述水溶液的流量为实验范围内流量；同时启动所述数据采集系统，采集并记录测试管段的流量、进口温度、出口温度及压差；每隔一定时间(如2h)后，根据实验工况可计算出结垢后多层圆筒系统的传热系数；实验过程中，应适时测量所述储液系统的储液罐中离子浓度，并根据浓度浓缩倍数补充与步骤(6)中温度相同的所述水溶液；

(9)实验结束(如48h)后，关闭所述储液系统的加热系统、温度控制系统以及电动机，然后关闭所述动力系统的塑料离心泵；

(10)通过所述联接接头取下所述紫铜测试管段与PE测试管段，观察结垢特征；并采用冷风将所述紫铜测试管段、所述PE测试管段吹干后称其重量，然后使用特制匙勺轻刮所述紫铜测试管段、所述PE测试管内表面的污垢，并分析污垢组成；

(11)使用稀硫酸溶液酸洗所述紫铜测试管段、所述PE测试管段，并用自来水冲洗干净；然后使用氢氧化钠溶液进行中和，并用自来水冲洗干净；在无水乙醇中浸泡1分钟后取出吹干，测其重量，以备下一次实验使用；

(12)根据无污垢时多层圆筒系统的传热系数、有污垢时多层圆筒系统的传热系数以及所述并联测试管段的流量、进口温度、出口温度、内径、壁厚、长度以及所述水溶液粘度等，可计算出不同时间对应的结垢量，进而得到结垢速率曲线；结合步骤(10)、(11)测得的所述测试管段的增重量，验证实验准确性；

(13)改变实验条件，重复步骤(6)-(12)。