1.一种工业用结晶沉积在线监测装置,其特征在于:该装置包括实时监测系统,外部循环系统与数据处理系统,所述实时监测系统包括内插管、热电偶与温度检测计,所述内插管插入到管道内,所述热电偶设于所述内插管外壁,其用于检测所述内插管的外壁面温度;所述温度检测计用于检测所述内插管冷流体的流入温度与流出温度以及所述管道热流体的流入温度与流出温度;所述外部循环系统用于向所述内插管提供循环恒温冷流体;所述数据处理系统连接所述热电偶与温度检测计,根据所述内插管外壁面温度、热流体的流入流出温度、冷流体流入流出温度计算所述内插管表面的结晶厚度。
2.根据权利要求1所述的一种工业用结晶沉积在线监测装置,其特征在于:所述内插管热电偶设有6个,由上而下依次排列于所述内插管的迎热流面与背热流面。
3.根据权利要求1所述的一种工业用结晶沉积在线监测装置,其特征在于:所述外部循环系统包括循环管道以及连接于所述循环管道的泵、质量流量计与恒温水箱,所述循环管道的流入端与流出端均连接所述内插管,用于向所述内插管循环恒温冷流体,所述温度检测计包括第一温度检测计与第二温度检测计,所述第一温度检测计设于所述循环管道的流入端,用于检测冷流体流入温度;所述第二温度检测计设于所述循环管道的流出端,用于检测冷流体流出温度;所述温度检测计还包括第三温度检测计与第四温度检测计,所述第三温度检测计用于检测所述管道内热流体的流入温度,所述第四温度检测计用于检测所述管道内热流体的流出温度,所述质量流量计设于所述循环管道的流入端,用于检测冷流体的实时质量流量。
4.根据权利要求1所述的一种工业用结晶沉积在线监测装置,其特征在于:所述数据处理系统包括信号传输线与控制器,所述信号传输线将所述控制器与所述热电偶、所述温度检测计、所述质量流量计连接;所述控制器包括数据采集模块与数据分析模块,所述数据采集模块连接所述热电偶、所述温度检测计和所述质量流量计,采集所述内插管外壁面温度、热流体的流入流出温度、冷流体流入流出温度、冷流体实时质量流量,所述数据分析模块根据采集的所述内插管外壁面温度、热流体流入流出温度、冷流体流入流出温度、冷流体质量流量,计算得到所述内插管外壁面的结晶厚度。
5.一种结晶污垢厚度计算方法,其特征在于包括如下步骤:S1:数据处理系统采集下述数据,并构建数据库:
分布在外部循环系统的管道温度检测计采集冷流体实时流入温度Tl,in和实时流出温度Tl,out;
分布在管道前端和后端的温度检测计采集热流体的实时流入温度Tr,in与实时流出温度Tr,out;
分布在内插管的6个热电偶测量在去除结垢的无结垢状态下的外壁面实时温度T′out1~T′out6;
分布在内插管的6个热电偶测量在结垢状态下的外壁面实时温度Tout1~Tout6;
分布在外部循环系统的质量流量计采集冷流体流入的实时质量流量qm,l:还包括内插管的内半径r1和外半径r2,以及结垢时的外半径r3,内插管的插入长度l、壁厚δw和导热系数λw,结晶的导热系数λf,冷流体的比热Cp,l;
S2:计算无结垢状态下内插管6个测量点的内壁面实时温度T′in1~T′in6;计算结垢状态下内插管的6个测量点内壁面的实时温度Tin1~Tin6;并记录在数据库中;计算式子如下:其中,k代表6个测量点,k∈[1,6];
T′outk是由S1中得到无结垢状态下内插管6个测量点外壁面实时温度;Toutk是由S1中得到的结垢状态下内插管6个测量点外壁面实时温度;
δw是内插管管壁厚;λw是内插管的导热系数;
q′w为无垢状态下穿过内插管壁面的平均热流密度;
qw为结垢状态下穿过内插管壁面的平均热流密度;
S3:计算无垢状态下内插管6个测量点的局部换热系数h′1~h′6;
S4:计算结垢状态下内插管6个测量点的局部换热系数h1~h6;
S5:计算求得6个测量点结垢热阻Rf,1~Rf,6;计算内插管6个测量点外壁面的污垢厚度δ1~δ6;计算公式如下:δk=r3‑r2
其中,k代表6个测量点,k∈[1,6];
Cl和qm,l是冷流体的比热和质量流量;
l为内插管插入管道的长度;
r1、r2和r3分别为内插管内半径、外半径和包含结垢厚度的半径;
h′k为无垢状态下内插管6个测量点的局部换热系数;
hk为结垢状态下内插管6个测量点的局部换热系数;
λf为结垢导热系数;
S6:分别计算内插管3个径向方向的结晶厚度差值,计算公式如下:由步骤S5求得的6个测量点外壁面的污垢厚度δt1~δt6,根据以下公式计算:δ=δk‑δk+3
求得内插管3个径向方向结晶的厚度,其中,k∈[1,3]。
6.根据权利要求5所述的一种结晶污垢厚度计算方法,其特征在于:内插管的迎热流面和背热流面从上而下分别排列有3个热电偶,6个热电偶两两组合,1号热电偶与4号热电偶组合,2号热电偶与5号热电偶组合,3号热电偶与6号热电偶组合,分别测量内插管3个径向方向的数据;其中,1号、2号与3号布置于内插管的迎热流面,4号、5号与6号布置于内插管的背热流面。
7.根据权利要求5所述的一种结晶污垢厚度计算方法,其特征在于:所述步骤S2,冷流体穿过内插管壁面的平均热流密度q,可以由以下公式计算:其中,穿过内插管壁面的换热量Qw等于冷流体换热量Ql,Al是冷流体的换热面积;冷流体换热量Ql和冷流体换热面积Al的计算公式分别为:Ql=Clqm,l(Tl,out‑Tl,in)
Al=dinπl
其中Cl和qm,l是冷流体的比热和质量流量;
Tl,out和Tl,in分别为冷流体的流出温度和流入温度;
din为内插管的内壁直径,l为内插管插入管道的长度。
8.根据权利要求5所述的一种结晶污垢厚度计算方法,其特征在于:所述无垢状态下内插管6个测量点的局部换热系数h′1~h′6;其计算公式为:其中,k代表6个测量点,k∈[1,6];
Tr,in为热流体的流入温度;
T′outk为无垢状态下内插管6个测量点的外壁面温度;
q′w为无垢状态下的热流密度。
9.根据权利要求8所述的一种结晶污垢厚度计算方法,其特征在于:所述结垢状态下内插管6个测量点的局部换热系数h1~h6,其计算公式为:其中,k代表6个测量点,k∈[1,6];
Tr,in为热流体的流入温度;
qw为结垢状态下的平均热流密度;
Toutk为结垢状态下内插管6个测量点的外壁面温度。
10.根据权利要求9所述的一种结晶污垢厚度计算方法,其特征在于:所述步骤S3、S4热流体的流入温度可由热流体平均温度Tr,av代替,计算公式为:其中,Tr,in和Tr,out分别为热流体的流入温度和流出温度。