一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，其包含放熱式反應(yīng)管模擬組件，蒸發(fā)容器，冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)，穩(wěn)液防沖擋板，反應(yīng)管固定裝置，冷凝和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，放熱式反應(yīng)管模擬組件，用于模擬工業(yè)放熱式反應(yīng)器的反應(yīng)管的工作狀況，測(cè)量、獲取管壁軸向溫度分布、溫差及管外相變換熱的效果，以便為工業(yè)反應(yīng)管設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)各種反應(yīng)管的取熱與溫控效果。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：能夠模擬熱流密度高達(dá)上百千瓦每平米的放熱式管式反應(yīng)器的運(yùn)行工況，可評(píng)價(jià)沿軸向均勻熱流密度與變熱流密度下，不同反應(yīng)管材料、長(zhǎng)度、表面狀況以及不同冷卻工質(zhì)等條件下相變系統(tǒng)的取熱與溫控效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)試系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)，是一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]管式固定床反應(yīng)器在化學(xué)工業(yè)和石油化工工業(yè)中應(yīng)用廣泛。管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)可以是單管，也可是多管并聯(lián)；可以是空管，如管式裂解爐，也可以是在管內(nèi)填充有顆粒催化劑的填充管，以進(jìn)行多相催化反應(yīng)，如費(fèi)托合成列管式固定床反應(yīng)器。
[0003]管式固定床反應(yīng)器，多用于強(qiáng)放/吸熱且反應(yīng)進(jìn)行很快的情況。對(duì)于進(jìn)行強(qiáng)放熱反應(yīng)的反應(yīng)器，移熱、控溫是反應(yīng)器設(shè)計(jì)和控制的關(guān)鍵。若熱量不能及時(shí)取走，床層發(fā)生超溫時(shí)將在短時(shí)間內(nèi)迅速升溫，一方面使催化劑積炭，導(dǎo)致活性下降甚至完全失活，產(chǎn)物組成發(fā)生變化；另一方面會(huì)使溫度高于反應(yīng)器材料所能承受的溫度，從而導(dǎo)致事故發(fā)生。此外，管式固定床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)放熱反應(yīng)時(shí)，由于沿反應(yīng)管軸向反應(yīng)速率不同，沿軸向的放熱速率不同，使反應(yīng)管軸向溫度分布不均勻，這不僅引起較大的軸向溫差，影響反應(yīng)設(shè)備的壽命；而且使得催化床層只有一小部分催化劑在最佳的溫度下操作，影響了催化劑效率的發(fā)揮。因此，開(kāi)發(fā)具有高效換熱能力的反應(yīng)管，將反應(yīng)放出的熱量快速移走，同時(shí)減小反應(yīng)管軸向溫度分布不均勻性，成為進(jìn)行強(qiáng)放熱反應(yīng)的管式反應(yīng)器放大中亟待解決的問(wèn)題。
[0004]強(qiáng)放熱式管式固定床反應(yīng)器的反應(yīng)熱是通過(guò)管外冷卻工質(zhì)的沸騰相變換熱移走的，沸騰換熱的能力是影響反應(yīng)器移熱、控溫的關(guān)鍵。為強(qiáng)化沸騰相變傳熱，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)了多種能強(qiáng)化沸騰換熱的換熱管，為了有效地將高效換熱管用做工業(yè)反應(yīng)器的反應(yīng)管，提高運(yùn)行的可靠性，有必要進(jìn)行移熱效果和溫控效果的評(píng)價(jià)，從而進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)管結(jié)構(gòu)參數(shù)和移熱系統(tǒng)，為設(shè)計(jì)及運(yùn)用提供依據(jù)。因此開(kāi)發(fā)能有效評(píng)價(jià)放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)意義重大。`【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其包含放熱式反應(yīng)管模擬組件，蒸發(fā)容器，冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)，液位監(jiān)控裝置；
[0008]放熱式反應(yīng)管模擬組件，用于模擬工業(yè)放熱式反應(yīng)器的反應(yīng)管的工作狀況，測(cè)量、獲取管壁軸向溫度分布、溫差及管外相變換熱的效果，以便為工業(yè)反應(yīng)管設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)各種反應(yīng)管的取熱與溫控效果。
[0009]蒸發(fā)容器，盛裝有對(duì)所述被測(cè)放熱式反應(yīng)管模擬組件進(jìn)行沸騰相變冷卻的冷卻工質(zhì)；
[0010]冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)，用于控制所述冷卻工質(zhì)的溫度；[0011]穩(wěn)液防沖擋板，用于防止冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)引起的冷卻工質(zhì)的流動(dòng)對(duì)所述被測(cè)反應(yīng)管換熱效果造成影響；
[0012]反應(yīng)管固定裝置，用于將所述被測(cè)反應(yīng)管固定在所述蒸發(fā)容器的冷卻工質(zhì)中；
[0013]冷凝和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于冷凝回流所述蒸發(fā)容器中產(chǎn)生的蒸汽、并監(jiān)控該蒸汽的壓力；
[0014]液位監(jiān)控裝置，用于監(jiān)控所述蒸發(fā)容器內(nèi)的冷卻工質(zhì)的液位；及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于測(cè)量、采集并監(jiān)控所述冷卻工質(zhì)的壓力、溫度和被測(cè)反應(yīng)管的表面溫度。
[0015]所述被測(cè)反應(yīng)管為放熱式反應(yīng)管模擬組件,所述放熱式反應(yīng)管模擬組件包括:電連接直流穩(wěn)壓電源的加熱棒，加熱棒設(shè)計(jì)具有兩種方式，通過(guò)控制纏繞的加熱絲的疏密來(lái)實(shí)現(xiàn):一種是沿加熱棒軸向熱電絲均勻地纏繞，保證沿加熱棒軸向產(chǎn)熱均勻，用于模擬理想狀態(tài)下沿反應(yīng)管軸向均勻放熱的情況；另一種是沿加熱棒軸向熱電絲分?jǐn)?shù)段均勻纏繞，每一段纏繞的熱電絲疏密不同，使得沿加熱棒軸向分段產(chǎn)熱均勻而段與段間產(chǎn)熱不同，用于模擬實(shí)際情況中沿反應(yīng)管軸向變熱流密度的工況。兩種情況下，加熱棒均做成一整體 '及一套在所述加熱棒外面的測(cè)試表面管，所述測(cè)試表面管與所述加熱棒呈間隙配合，在間隙中填充有導(dǎo)熱膠。為準(zhǔn)確的測(cè)量測(cè)試表面管的壁溫，所述測(cè)試表面管分成若干段套在所述加熱棒上，在每一段測(cè)試表面管的兩端管壁厚中部加工有若干個(gè)深一定尺寸的孔，在加工的孔中埋有測(cè)溫?zé)犭娕?。測(cè)試表面管的段與段間填有導(dǎo)熱膠，以使各段接觸良好。所述放熱式反應(yīng)管模擬組件的兩個(gè)頭端均進(jìn)行絕熱處理，防止熱量從兩端散失。
[0016]蒸發(fā)容器為一密封的不銹鋼制圓筒容器，容器外敷設(shè)有保溫材料。
[0017]所述冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)包括:電源控制與測(cè)量裝置，用于控制輸入制冷工質(zhì)的電功率；及一組置于制冷工質(zhì)中的輔助加熱器；
[0018]所述的輔助加熱器做成螺旋型，均勻地垂直布置于蒸發(fā)容器內(nèi)。
[0019]所述穩(wěn)液防沖擋板位于輔助加熱器與測(cè)試放熱式反應(yīng)管模擬組件間，為加工有許多均勻小孔的不銹鋼圓筒。
[0020]所述應(yīng)管固定裝置垂直的固定在蒸發(fā)容器頂蓋的中心，其頂端帶有夾緊裝置用于和所述被測(cè)放熱式反應(yīng)管模擬組件固接。
[0021]所述冷凝和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括:冷凝器，所述冷凝器通過(guò)數(shù)根管路與所述蒸發(fā)容器相通，蒸發(fā)容器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)冷凝器入口管路進(jìn)入冷凝器冷凝為液態(tài)后，通過(guò)降液管流回蒸發(fā)容器內(nèi)；壓力傳感器，設(shè)置在冷凝器蒸汽入口端管路附近。
[0022]所述冷凝器的降液管路設(shè)有與大氣連通、用于排出不凝性氣體的閥門(mén)。
[0023]所述液位監(jiān)控裝置為透明的連通管，兩端分別連通于蒸發(fā)容器的頂部和底部，可清晰的顯示液位高度。
[0024]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括若干布置于冷卻工質(zhì)中的熱電偶和與所述被測(cè)放熱式反應(yīng)管模擬組件的測(cè)試表面管相連接的熱電偶，用于測(cè)試采集冷卻工質(zhì)和所述被測(cè)反應(yīng)管表面的溫度信號(hào)。熱電偶是利用溫差電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量原理，采集溫度信號(hào)，并將信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)采集器。
[0025]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集器。
[0026]所述數(shù)據(jù)采集器還電相連-PC機(jī)。這只是作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，數(shù)據(jù)采集器也可以不用連接PC機(jī)，而采用其它可以提取采集溫度信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的電子終端。[0027]放熱式反應(yīng)管模擬組件是本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵，在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述沿軸向均勻熱流密度的反應(yīng)管模擬組件能提供的最高熱流密度為80kW/m2 ;所述沿軸向變熱流密度的反應(yīng)管模擬組件分為四段，根據(jù)實(shí)際反應(yīng)管中放熱量的最大值在管中部位置的特點(diǎn)，其每一段的最大熱流密度分別為26.5kW/m2、53kW/m2、92.9kW/m2和53kW/m2 ;沿反應(yīng)管模擬組件的軸向八個(gè)位置布置有所述的測(cè)量熱電偶，用于測(cè)試沿軸向局部溫度；將所述放熱式反應(yīng)管模擬組件浸沒(méi)于冷卻工質(zhì)中，其熱功率由直流穩(wěn)壓電源提供。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:
[0029](I)本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)，首先決解的是提供一個(gè)用于測(cè)試放熱式反應(yīng)管移熱與控溫效果的測(cè)試系統(tǒng)。其次，本發(fā)明還可以監(jiān)測(cè)沿放熱式反應(yīng)管模擬組件軸向多個(gè)位置的表面溫度，得到沿反應(yīng)管軸向的溫度分布、最大軸向溫差，局部與整體沸騰傳熱系數(shù)，實(shí)現(xiàn)放熱式管式反應(yīng)管外相變?nèi)崤c溫控效果的評(píng)價(jià)。
[0030](2)本發(fā)明不僅可以用于模擬理想狀況下沿反應(yīng)管軸向均勻放熱的情況，而且可以用于模擬實(shí)際工況中沿反應(yīng)管軸向放熱不均、熱流密度變化的情況。且由于采用電加熱的方式，軸向各處的熱流密度能夠精確控制。
[0031](3)本發(fā)明采用將熱電偶埋入被測(cè)表面管壁上加工的孔內(nèi)的方式測(cè)量壁溫，這樣不僅可以用于測(cè)量普通工業(yè)光滑管的壁溫，而且能方便的測(cè)量對(duì)管表面形貌進(jìn)行過(guò)特殊加工、處理的強(qiáng)化管(如燒結(jié)多孔管、T槽管、翅片管等)的壁溫。因此，可以有效靈敏地評(píng)價(jià)不同材料、長(zhǎng)度及表面形狀反應(yīng)管，以及不同冷卻工質(zhì)等多種條件下的相變?nèi)崤c溫控效果O
【【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
[0032]圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖；
[0033]圖2為圖1中放熱式反應(yīng)管模擬組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為圖1中以水為冷卻`工質(zhì)時(shí)放熱式反應(yīng)管組件沿軸向均勻熱流密度下測(cè)試燒結(jié)多孔涂層表面管、T槽表面管和光滑表面管外的沸騰曲線對(duì)比圖；
[0035]圖4為圖1中以水為冷卻工質(zhì)時(shí)放熱式反應(yīng)管組件沿軸向均勻熱流密度下測(cè)試T槽表面管與光滑表面管的管壁溫度隨管子軸向高度變化關(guān)系的對(duì)比圖；
[0036]圖5為圖1中以水為冷卻工質(zhì)時(shí)放熱式反應(yīng)管組件沿軸向均勻熱流密度下測(cè)試燒結(jié)多孔表面管與光滑表面管的管壁溫度隨管子軸向高度變化關(guān)系的對(duì)比圖；
[0037]圖6為圖1中以水為冷卻工質(zhì)時(shí)放熱式反應(yīng)管組件沿軸向均勻熱流密度下測(cè)試燒結(jié)多孔涂層表面管、T槽表面管和光滑表面管的軸向溫差隨熱流密度變化關(guān)系對(duì)比圖；
[0038]圖7為圖1中以水為冷卻工質(zhì)時(shí)放熱式反應(yīng)管組件沿軸向變熱流密度下測(cè)試燒結(jié)多孔涂層表面管與光滑表面管外的沸騰曲線對(duì)比圖；
[0039]圖8為圖1中以水為冷卻工質(zhì)時(shí)放熱式反應(yīng)管組件沿軸向變熱流密度下測(cè)試燒結(jié)多孔涂層表面管與光滑表面管的軸向溫差隨熱流密度變化關(guān)系對(duì)比圖。
[0040]附圖中的標(biāo)號(hào)為:1放熱式反應(yīng)管模擬組件；2蒸發(fā)容器；3加熱器；4防沖擋板；5固定裝置；6壓力傳感器；7冷凝器；8閥門(mén)；9溫控加熱器電源；10降液管；11液位監(jiān)視管；12直流電源；13熱電偶；14數(shù)據(jù)采集器；15PC機(jī)；102加熱棒；101測(cè)試表面管；103絕熱膠。【【具體實(shí)施方式】】
[0041]以下提供本發(fā)明一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)的【具體實(shí)施方式】。
[0042]實(shí)施例1
[0043]本發(fā)明提供的放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果測(cè)試系統(tǒng)，主要由蒸發(fā)容器、冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)、穩(wěn)液防沖擋板、反應(yīng)管固定裝置5、冷凝和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、液位監(jiān)控裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及放熱式反應(yīng)管模擬組件等組成。蒸發(fā)容器為一密封的不銹鋼制圓筒，容器外面敷設(shè)有保溫材料，其內(nèi)盛裝有對(duì)被測(cè)放熱式反應(yīng)管模擬組件進(jìn)行沸騰相變冷卻的冷卻工質(zhì)。蒸發(fā)容器內(nèi)冷卻工質(zhì)通過(guò)冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)維持在需要溫度。冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)由蒸發(fā)容器外的電源控制與測(cè)量裝置及位于蒸發(fā)容器內(nèi)的輔助加熱器組成，通過(guò)調(diào)節(jié)電源控制裝置控制輸入輔助加熱器中的電功率，調(diào)節(jié)、維持冷卻工質(zhì)的溫度。其中輔助加熱器可以做成螺旋狀，固定于蒸發(fā)容器側(cè)壁；也可以是幾根長(zhǎng)直型加熱棒垂直、均勻的固定于容器底部。在輔助加熱器與被測(cè)反應(yīng)管模擬組件間放置一穩(wěn)液防沖擋板，以防止輔助加熱器引起的冷卻工質(zhì)流動(dòng)對(duì)相變?nèi)釡y(cè)量結(jié)果造成影響。用于測(cè)試的放熱式反應(yīng)管模擬組件通過(guò)反應(yīng)管固定裝置垂直地放置于蒸發(fā)容器的中心位置，安裝時(shí)需保證整個(gè)反應(yīng)管模擬組件完全浸沒(méi)于冷卻工質(zhì)中。冷凝和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)由一個(gè)冷凝器和數(shù)根管路組成。數(shù)根管路分別與冷凝器和蒸發(fā)容器相連通，用于將蒸發(fā)容器中產(chǎn)生的蒸汽冷凝成液體，并輸送回蒸發(fā)容器內(nèi)。在冷凝器入口端管路附近裝有一壓力傳感器6，以監(jiān)測(cè)蒸發(fā)容器內(nèi)的壓力。冷凝器的降液管路設(shè)有一與大氣連通的閥門(mén)，用于排出不凝性氣體和蒸發(fā)容器內(nèi)壓力卸載。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由若干個(gè)熱電偶、一個(gè)數(shù)據(jù)采集器以及一個(gè)PC機(jī)組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的熱電偶深入蒸發(fā)容器內(nèi)，其中的幾根布置于不同高度的反應(yīng)管模擬組件附件用于測(cè)試?yán)鋮s工質(zhì)的溫度，其余的連接在反應(yīng)管模擬組件的被測(cè)表面管壁上，用于測(cè)試管壁的溫度。熱電偶的另外一端與數(shù)據(jù)采集器連接，用于溫度的采集、記錄。數(shù)據(jù)采集器與PC機(jī)電相連，用于精確測(cè)量和監(jiān)視。一透明的連通管液位監(jiān)視裝置，兩端分別連通于蒸發(fā)容器的頂部和底部，用于檢測(cè)蒸發(fā)容器內(nèi)液位高度。
[0044]—用于模擬放熱式反應(yīng)管工作狀況的放熱式反應(yīng)管模擬組件由加熱棒及套在加熱棒外的測(cè)試表面管組成。加熱棒電連接于一直流穩(wěn)壓電源，加熱棒設(shè)計(jì)具有兩種方式，通過(guò)控制纏繞的加熱絲的疏密來(lái)實(shí)現(xiàn):一種是沿加熱棒軸向熱電絲均勻地纏繞，保證沿加熱棒軸向產(chǎn)熱均勻，用于模擬理想狀態(tài)下沿反應(yīng)管軸向均勻放熱的情況；另一種是沿加熱棒軸向熱電絲分?jǐn)?shù)段均勻纏繞，每一段纏繞的熱電絲不同，使得沿加熱棒軸向分段產(chǎn)熱均勻而段與段間產(chǎn)熱不同，用于模擬實(shí)際情況中沿反應(yīng)管軸向產(chǎn)熱不均、變熱流密度的工況。兩種情況下，加熱棒均做成一整體。測(cè)試表面管套在加熱棒外面，兩者呈間隙配合，在間隙中填充有導(dǎo)熱膠。為測(cè)量測(cè)試表面管的壁溫，測(cè)試表面管分成若干段，在每一段測(cè)試表面管的兩端管壁厚中部加工有若干個(gè)深一定尺寸的孔，在加工的孔中埋有測(cè)溫?zé)犭娕肌Ｈ缓髮y(cè)試表面管分段套在加熱棒外，測(cè)試表面管的段與段間填有導(dǎo)熱膠，以使各段接觸良好。放熱式反應(yīng)管模擬組件的兩個(gè)頭端均進(jìn)行絕熱處理，防止熱量從兩端散失。
[0045]下面以一具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的操作步驟，以及得到的測(cè)試結(jié)果O
[0046]放熱式反應(yīng)管模擬組件的制備是測(cè)試和評(píng)價(jià)得以進(jìn)行的前提和關(guān)鍵。如圖1至圖2所示，放熱式反應(yīng)管模擬組件I由一個(gè)電連接有一個(gè)外接的直流穩(wěn)壓電源12的加熱棒，以及套在加熱棒102外的被測(cè)表面管101組成。反應(yīng)管模擬組件的兩端進(jìn)行絕熱處理，兩端涂有絕熱膠103，這樣保證了加熱棒產(chǎn)生的絕大多數(shù)熱量通過(guò)測(cè)試表面管與冷卻工質(zhì)進(jìn)行交換散出。加熱棒設(shè)計(jì)有兩種方式，一種設(shè)計(jì)成沿軸向均勻產(chǎn)熱的，用于模擬理想狀況下反應(yīng)管的工作狀況；另一種則是沿軸向分為若干段、熱量是變化的，用于模擬實(shí)際情況中沿反應(yīng)管軸向產(chǎn)熱不均、變熱流密度的工況。在此實(shí)例中，沿軸向均勻產(chǎn)熱的加熱棒設(shè)計(jì)最大熱流密度為80kW/m2，工業(yè)放熱式反應(yīng)管的正常工作熱流密度大都小于此值，因此測(cè)試結(jié)果可為絕大部分的工業(yè)反應(yīng)管提供指導(dǎo)；沿軸向變熱流密度的的加熱棒則設(shè)計(jì)為4段，根據(jù)實(shí)際反應(yīng)管中放熱量的最大值在管中部位置的特點(diǎn)，其每一段的最大熱流密度分別為26.5kff/m2、53kW/m2、92.9kff/m2 和 53kW/m2 (相應(yīng)的加熱棒熱功率為 0.4kW、0.8kW、l.4kff 和 0.8kff)。為測(cè)量測(cè)試表面管的壁溫，套在加熱棒102外的測(cè)試表面管101分成若干段，在每一段測(cè)試表面管的兩端管壁厚中部加工有若干個(gè)深一定尺寸的孔(如圖2中剖面所示)，在加工的孔中埋有測(cè)溫?zé)犭娕?3。由于采用在測(cè)試管端壁上加工孔的方法來(lái)測(cè)溫，測(cè)試表面管可以是光滑表面管，亦可是表面進(jìn)行過(guò)加工處理的強(qiáng)化表面管(如翅片管、T槽表面管和燒結(jié)涂層表面多孔管等)。在此實(shí)施例中，測(cè)試表面管101分4段套在加熱棒上，每段測(cè)試表面管的兩端加工各有兩個(gè)孔，于是沿放熱式反應(yīng)管模擬組件I的軸向八個(gè)位置布置了 8對(duì)(16根)熱電偶13用于測(cè)試測(cè)試表面管101管壁的溫度。
[0047]在測(cè)試開(kāi)始之前，做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，以確保測(cè)試的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。首先，將放熱式反應(yīng)管模擬組件安裝到蒸發(fā)容器2中，其中加熱棒的加熱功率由外接的直流穩(wěn)壓電源12提供。四根熱電偶布置于放熱式反應(yīng)管模擬組件附近，用于測(cè)量冷卻工質(zhì)的溫度。熱電偶13的引出線端再連接數(shù)據(jù)采集器14進(jìn)行溫度的采集。然后，注入冷卻工質(zhì)，通過(guò)液位管11監(jiān)控注入的冷卻工質(zhì)量，本實(shí)驗(yàn)方案中的冷卻工質(zhì)為水。之后，打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟冷凝器7的降液管10上與大氣連通的閥門(mén)8。最后開(kāi)啟冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)的溫控加熱器電源9，通過(guò)輔助加熱器3給冷卻工質(zhì)加熱。為防止輔助加熱器引起的冷卻工質(zhì)流動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，在放熱式反應(yīng)管模擬組件和輔助加熱器中有一穩(wěn)液防沖擋板4。當(dāng)冷卻工質(zhì)達(dá)到飽和溫度后，保持冷卻工質(zhì)充分沸騰至少一個(gè)半小時(shí)以排出其中含有的不凝性氣體。排氣結(jié)束后，調(diào)小溫控加熱器電源9的輸入功率，使冷卻工質(zhì)水保持在要求的穩(wěn)定狀態(tài)(通過(guò)冷卻工質(zhì)中的4根熱電偶和蒸發(fā)容器上的壓力傳感器6來(lái)監(jiān)控是否達(dá)到要求的穩(wěn)定狀態(tài))。這樣測(cè)試的準(zhǔn)備工作就完成了。
[0048]在測(cè)試過(guò)程中，需調(diào)節(jié)溫控加熱器電源的輸入功率確保冷卻工質(zhì)保持在要求的穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)直流穩(wěn)壓電源改變放熱式反應(yīng)管模擬組件的輸入功率，以模擬反應(yīng)管在不同的熱流密度下工作。每次改變輸入功率后，待測(cè)試狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄相應(yīng)的直流電源輸入電流和電壓值，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集器采集相應(yīng)的溫度信號(hào)，傳輸?shù)絇C機(jī)15上進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。
[0049]如此通過(guò)改變加熱功率，更換不同的放熱式反應(yīng)管模擬組件，分析沿反應(yīng)管軸向均勻熱流密度、變熱流密度，不同測(cè)試管表面狀況，不同熱流密度下的軸向溫度分布、溫差及換熱效果。
[0050]在本實(shí)施例中，對(duì)放熱式反應(yīng)管模擬組件進(jìn)行了沿軸向均勻熱流密度下與變熱流密度下管外的相變?nèi)釡y(cè)試。放熱式反應(yīng)管模擬組件I的測(cè)試表面管有通過(guò)燒結(jié)獲得的燒結(jié)多孔涂層表面管和通過(guò)機(jī)械加工在管表面加工出T槽的T槽表面管。如圖3與圖7所示，經(jīng)測(cè)試，與光滑表面管相比，燒結(jié)多孔涂層表面管和T槽表面管的起始沸騰點(diǎn)降低，能在更低的表面溫度下進(jìn)入到核態(tài)沸騰區(qū)域；此外，在相同的過(guò)熱度下，燒結(jié)多孔涂層表面管和T槽表面管的熱流密度更高，說(shuō)明達(dá)到同樣的表面溫度時(shí)，燒結(jié)多孔涂層表面管和T槽表面管能帶走的熱量更多，其中燒結(jié)多孔涂層表面管又優(yōu)于T槽表面管。如圖4至圖6與圖8所示，相同熱流密度下，燒結(jié)多孔涂層表面管的軸向溫度分布及軸向溫差小于T槽表面管，而T槽表面管的軸向溫度分布及軸向溫差又小于光滑表面管，說(shuō)明多孔涂層表面管和T槽表面管有利于均勻壁面溫度。用此方法從上述幾個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)各種表面測(cè)試管用作放熱式反應(yīng)管的相變?nèi)崤c溫控效果。
[0051]綜上所述，本測(cè)試系統(tǒng)可用于放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試評(píng)價(jià)。本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)，能夠模擬熱流密度高達(dá)上百千瓦每平米的放熱式管式反應(yīng)器的運(yùn)行工況，可評(píng)價(jià)沿軸向均勻熱流密度與變熱流密度下，不同反應(yīng)管材料、長(zhǎng)度、表面狀況以及不同冷卻工質(zhì)等條件下相變系統(tǒng)的取熱與溫控效果。
[0052]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，其包含放熱式反應(yīng)管模擬組件，蒸發(fā)容器，冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)，穩(wěn)液防沖擋板，反應(yīng)管固定裝置，冷凝和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，液位監(jiān)控裝置； 放熱式反應(yīng)管模擬組件，用于模擬工業(yè)放熱式反應(yīng)器的反應(yīng)管的工作狀況，測(cè)量、獲取管壁軸向溫度分布、溫差及管外相變換熱的效果，以便為工業(yè)反應(yīng)管設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)各種反應(yīng)管的取熱與溫控效果； 蒸發(fā)容器，盛裝有對(duì)所述被測(cè)放熱式反應(yīng)管模擬組件進(jìn)行沸騰相變冷卻的冷卻工質(zhì)； 冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)，用于控制所述冷卻工質(zhì)的溫度； 穩(wěn)液防沖擋板，用于防止冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)引起的冷卻工質(zhì)的流動(dòng)對(duì)所述被測(cè)反應(yīng)管換熱效果造成影響； 反應(yīng)管固定裝置，用于將所述被測(cè)反應(yīng)管固定在所述蒸發(fā)容器的冷卻工質(zhì)中； 冷凝和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于冷凝回流所述蒸發(fā)容器中產(chǎn)生的蒸汽、并監(jiān)控該蒸汽的壓力； 液位監(jiān)控裝置，用于監(jiān)控所述蒸發(fā)容器內(nèi)的冷卻工質(zhì)的液位；及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于測(cè)量、采集并監(jiān)控所述冷卻工質(zhì)的壓力、溫度和被測(cè)反應(yīng)管的表面溫度； 所述放熱式反應(yīng)管模擬組件包括:電連接直流穩(wěn)壓電源的加熱棒，加熱棒均做成一整體；及一套在所述加熱棒外面的測(cè)試表面管，所述測(cè)試表面管與所述加熱棒呈間隙配合，在間隙中填充有導(dǎo)熱膠；為準(zhǔn)確的測(cè)量測(cè)試表面管的壁溫，所述測(cè)試表面管分成若干段套在所述加熱棒上，在每一段測(cè)試表面管的兩端管壁厚中部加工有若干個(gè)深的孔，在加工的孔中埋有測(cè)溫?zé)犭娕?；測(cè)試表面管的段與段間填有導(dǎo)熱膠，以使各段接觸良好；所述放熱式反應(yīng)管模擬組件的兩個(gè)頭端均進(jìn)行絕熱處理，防止熱量從兩端散失。
2.如權(quán)利要求1所述的一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，加熱棒設(shè)計(jì)具有兩種方式，通過(guò)控制纏繞的加熱絲的疏密來(lái)實(shí)現(xiàn):一種是沿加熱棒軸向熱電絲均勻地纏繞，保證沿加熱棒軸向產(chǎn)熱均勻，用于模擬理想狀態(tài)下沿反應(yīng)管軸向均勻放熱的情況；另一種是沿加熱棒軸向熱電絲分?jǐn)?shù)段均勻纏繞，每一段纏繞的熱電絲疏密不同，使得沿加熱棒軸向分段產(chǎn)熱均勻而段與段間產(chǎn)熱不同，用于模擬實(shí)際情況中沿反應(yīng)管軸向變熱流密度的工況。
3.如權(quán)利要求1所述的一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，蒸發(fā)容器為密封的不銹鋼制圓筒容器，容器外敷設(shè)有保溫材料。
4.如權(quán)利要求1所述的一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻工質(zhì)溫控系統(tǒng)包括:電源控制與測(cè)量裝置，用于控制輸入制冷工質(zhì)的電功率；及一組置于制冷工質(zhì)中的輔助加熱器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述的輔助加熱器做成螺旋型，均勻地垂直布置于蒸發(fā)容器內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)液防沖擋板位于輔助加熱器與測(cè)試放熱式反應(yīng)管模擬組件間，為加工有許多均勻小孔的不銹鋼圓筒。
7.如權(quán)利要求1所述的一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)管固定裝置垂直的固定在蒸發(fā)容器頂蓋的中心，其頂端帶有夾緊裝置用于和所述被測(cè)放熱式反應(yīng)管模擬組件固接。
8.如權(quán)利要求1所述的一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括:冷凝器，所述冷凝器通過(guò)數(shù)根管路與所述蒸發(fā)容器相通，蒸發(fā)容器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)冷凝器入口管路進(jìn)入冷凝器冷凝為液態(tài)后，通過(guò)降液管流回蒸發(fā)容器內(nèi)；壓力傳感器，設(shè)置在冷凝器蒸汽入口端管路附近； 所述冷凝器的降液管路設(shè)有與大氣連通、用于排出不凝性氣體的閥門(mén)。
9.如權(quán)利要求1所述的一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述液位監(jiān)控裝置為透明的連通管，兩端分別連通于蒸發(fā)容器的頂部和底部，清晰的顯示液位高度。
10.如權(quán)利要求1所述的一種放熱式管式反應(yīng)器相變?nèi)崤c溫控效果的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括若干布置于冷卻工質(zhì)中的熱電偶和與所述被測(cè)放熱式反應(yīng)管模擬組件的測(cè)試表面管相連接的熱電偶，用于測(cè)試采集冷卻工質(zhì)和所述被測(cè)反應(yīng)管表面的溫度信號(hào)。熱電偶是利用溫差電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量原理，采集溫度信號(hào)，并將信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)采集器； 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集器； 所述數(shù)據(jù)采集器還電相連PC機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01K7/02GK103675016SQ201210324610
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月4日
【發(fā)明者】王元華, 郭兆陽(yáng), 徐鵬, 徐宏, 張莉, 任彬, 王志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)