超聲波防垢器在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的效果分析匯總

1、超聲波防垢器在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的效果分析1 引言在化工、石油、冶金、熱電、制糖、食品等行業(yè)中，換熱傳熱設(shè)備、蒸發(fā) 冷卻設(shè)備及金屬管道內(nèi)的結(jié)垢問(wèn)題，一直長(zhǎng)期困擾著這些企業(yè)的生產(chǎn)和效益。 對(duì)此，不同的行業(yè)采取了不同的清垢方式。其方式主要有兩類：在線連續(xù)清垢 和離線停工清垢。在線連續(xù)清垢的傳統(tǒng)方法有注入阻垢劑法、涂料法、永磁 法、電磁法及高頻法。其中阻垢劑需要連續(xù)注入，每次用量難以把握，清垢效 果時(shí)好時(shí)壞 ; 涂料法對(duì)涂料工藝要求高且價(jià)格昂貴，若達(dá)不到工藝要求，會(huì)造成 涂料脫落，起不到防垢作用 ; 而后三種方法因成本高或?qū)嵤├щy，因此不能有效 地解決實(shí)際問(wèn)題。離線停工清垢常常是在計(jì)劃外停工、裝置局部停

2、工或各設(shè)備 切換條件下進(jìn)行，而傳統(tǒng)采用的各種手段，如高壓水噴射 (機(jī)械清垢法 )和化學(xué) 清洗劑 ( 化學(xué)清垢法 ) 等，也只是治標(biāo)不治本，不但給生產(chǎn)造成了影響，同時(shí)會(huì) 增加計(jì)劃外費(fèi)用、磨損腐蝕設(shè)備、污染區(qū)域環(huán)境、損害工人健康等。目前，與傳統(tǒng)清垢方法有著本質(zhì)區(qū)別的超聲波防垢器，因具有在線連續(xù)工 作、自動(dòng)化程度高、工作性能可靠、無(wú)環(huán)境污染、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，已廣泛 用于眾多行業(yè)的設(shè)備及管道中的防垢和除垢。2 超聲波防垢器的防垢機(jī)理超聲波防垢器主要是利用超聲波強(qiáng)聲場(chǎng)處理流體，使流體中成垢物質(zhì)在超 聲場(chǎng)作用下，其物理形態(tài)和化學(xué)性能發(fā)生一系列變化，使之分散、粉碎、松 散、松脫而不易附著管壁形成積垢。超聲

3、波的防垢機(jī)理主要表現(xiàn)在：(1) " 空化" 效應(yīng)超聲波的輻射能對(duì)被處理液體介質(zhì)直接產(chǎn)生大量的空穴和氣泡，也就是把 液體拉裂而形成無(wú)數(shù)極微小的局部空穴，當(dāng)這些空穴和氣泡破裂或互相擠壓 時(shí)，產(chǎn)生一定范圍的強(qiáng)大的壓力峰，這一強(qiáng)壓力峰能使成垢物質(zhì)粉碎懸浮于液 體介質(zhì)中，并使已生成的垢層破碎使其易于脫落。根據(jù)理論和實(shí)踐測(cè)算，用 20KHz 50W/cm2勺超聲波對(duì)1cm3液體輻射時(shí)，其發(fā)生空化事件的氣泡數(shù)為 5X 104/s，局部增壓峰值可達(dá)數(shù)百甚至上千大氣壓。(2) " 活化" 效應(yīng)超聲波在液體介質(zhì)中通過(guò)空化作用，可以使水分子裂解為H自由基和H0自由基，甚至H+

4、和0H等。而0H與成垢物質(zhì)離子可形成諸如 CaOH MgOH 等的配合物，從而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相對(duì)提高。也就是說(shuō)，超 聲波能提高流動(dòng)液體和成垢物質(zhì)的活性，增大被水分子包裹著的成垢物質(zhì)微晶 核的釋放，破壞垢類生成和在管壁沉積的條件，使成垢物質(zhì)在液體中形成分散 沉積體而不在管壁上形成硬垢。(3) " 剪切" 效應(yīng)水分子裂解產(chǎn)生的活性 H 自由基的壽命比較長(zhǎng)，它進(jìn)入管道后將產(chǎn)生還原 作用，可以使生成的積垢剝落下來(lái)。而且因超聲波輻射在垢層和管壁上，加熱 管上的吸收和傳播速度不同，產(chǎn)生速度差，形成垢層與管壁界面上的相對(duì)剪切 力，從而導(dǎo)致垢層產(chǎn)生疲勞而松脫。(4) &qu

5、ot; 抑制" 效應(yīng)通過(guò)超聲波的作用，改變了液體主體的物理化學(xué)性質(zhì)，縮短了成垢物質(zhì)的 成核誘導(dǎo)期，刺激了微小晶核的生成。新生成的這些微小晶核，由于體積小、 質(zhì)量輕、比表面積大，懸浮于液體中，生成比壁面大得多的界面，有很強(qiáng)的爭(zhēng) 奪水中離子的能力，能抑制離子在壁面處的成核和長(zhǎng)大，讓既定結(jié)構(gòu)的晶粒長(zhǎng) 大，因此減少了粘附于換熱面上成垢離子的數(shù)量，從而也就減小了積垢的沉積 速率。實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)液體的過(guò)飽和系數(shù)一定時(shí)，在同一超聲波參數(shù)下，超 聲波作用時(shí)間越長(zhǎng)，則成垢物質(zhì)的成核誘導(dǎo)期越短。此外，超聲波輻射壓力、聲學(xué)毛細(xì)管現(xiàn)象、科努瓦諾夫效應(yīng)和聲流對(duì)積垢 生成也有直接的防除效應(yīng)。3 超聲波防垢器的

6、原理結(jié)構(gòu)超聲波防垢器主要由超聲波電源發(fā)生器、超聲波換能器、傳輸電纜組成。(1) 發(fā)生器的工作原理超聲波電源發(fā)生器將 220V 交流電經(jīng)濾波、整流、電源激勵(lì)波形控制等幾個(gè) 部分，產(chǎn)生2030KHZ的功率信號(hào)，經(jīng)電纜傳輸?shù)匠暡〒Q能器，換能器內(nèi)采 用居里點(diǎn)較高、換能效率高的壓電材料，由換能器實(shí)現(xiàn)電、機(jī)、聲的轉(zhuǎn)換而發(fā) 出超聲波，超聲波的頻率相位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，從而使發(fā)生器和換能器在最佳狀 態(tài)工作，且超聲波的輸出功率可根據(jù)不同的工況需求而進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。其工作 原理如圖 1。(2) 換能器的一般結(jié)構(gòu)換能器按其超聲波的發(fā)射方向相對(duì)于被處理液體介質(zhì)的流動(dòng)方向可分為： 軸向發(fā)射結(jié)構(gòu)和徑向發(fā)射結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖分

7、別如圖 2、3 所示。在軸向發(fā)射結(jié)構(gòu)中，因其壓電材料隨結(jié)構(gòu)外殼直接處于被處理液體介質(zhì)的 環(huán)境溫度中，因此僅適用于液體介質(zhì)溫度在 80C以下的工況條件。增加總裝機(jī) 功率的一般方式有：串聯(lián)安裝和矩陣安裝，而矩陣安裝方式僅適合于管道外管 直徑大于377mm勺設(shè)備裝置中。在徑向發(fā)射結(jié)構(gòu)中，因其壓電材料隨結(jié)構(gòu)外殼處于被處理液體介質(zhì)的外 部，因此，若附加上換能器的冷卻系統(tǒng)裝置，該結(jié)構(gòu)可適用于液體介質(zhì)溫度高 達(dá)360C左右的工況條件。4 超聲波防垢器的應(yīng)用案例超聲波防垢器除了大量應(yīng)用在防止和清除水質(zhì)結(jié)垢的管線中，另外在流體 物料結(jié)垢的管線中也取得了成功的應(yīng)用，有的甚至還應(yīng)用在流體物料溫度高達(dá) 360C的條件

8、下，以下僅以"九洲牌"TC系列型超聲波防垢器在不同環(huán)境和用途 中的使用情況，作為本文應(yīng)用案例的引用資料，從而驗(yàn)證超聲波防垢器的防除 結(jié)垢效果。(1) 用于化工廠的冷卻器水質(zhì)結(jié)垢北京燕山石化化工一廠高壓車(chē)間，由于該廠二循供給高壓裝置的循環(huán)水雜 質(zhì)較多，造成高壓裝置的冷卻器走水管道內(nèi)壁附著較多的水垢，嚴(yán)重影響冷卻 效果，尤其夏季水溫較高，物料冷卻效果更差，極大地影響著裝置產(chǎn)量及部分 設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，在 2000年高壓裝置大檢修期間，在一線最重要的冷卻 器 E-14、E-15 上水總管線加裝了 2 臺(tái) TC-4-10 型超聲波防垢器，使用后不僅減 少了走水管道內(nèi)壁的水垢，而

9、且一線的單位產(chǎn)量還有所提高。表 1 為該車(chē)間使 用超聲波防垢器前后三個(gè)月的生產(chǎn)情況 (產(chǎn)品牌號(hào)為 112A-1) 對(duì)比。表 1：超聲波防垢器使用前后對(duì)比使用情況(N/Y) 日期(y.m) 產(chǎn)量(t) 累積時(shí)間(h) 單位產(chǎn)量(t/h) 提高量(t/h) 使用前/ 后 1999.12/2000.124760.5/4800.8550/5298.66/9.07+0.41 使用前/后 2000.01/2001.011182.0/6619.5146/7448.08/8.90+0.82 使用前/后 2000.02/2001.025422.3/1298.5645/1458.40/8.92+0.52(2) 用

10、于糖廠的蒸發(fā)罐糖漿結(jié)垢內(nèi)蒙古赤峰糖廠因原用輪洗罐和高壓清洗機(jī)一直未能從根本上解決一至四 效蒸發(fā)罐的積垢問(wèn)題，后又輔以使用 "8501"防垢劑，雖然防垢劑對(duì)一、二效罐 有一定緩解作用效果，但由于后面的三、四效罐的溫度比前兩效罐高 (四效罐出 口溫度約為135C)，積垢問(wèn)題卻更為嚴(yán)重，生產(chǎn)成本也大大增加。通過(guò)使用 TC-2-10型超聲波防垢器后，一至四效蒸發(fā)罐連續(xù)工作一個(gè)榨期(120d)無(wú)積垢生成，并且停止使用了 "8501"防垢劑。整個(gè)榨期由于蒸發(fā)罐無(wú)積垢使蒸發(fā)效率 始終處于最佳狀態(tài)，未發(fā)生過(guò)去因蒸發(fā)罐積垢而輪洗蒸發(fā)罐，還克服了蒸發(fā)效 率鋸齒狀波動(dòng)的不良影

11、響。主要表現(xiàn)為：蒸發(fā)糖漿錘度合格率比原來(lái)提高 12%;因蒸發(fā)效率得到改善，用正汽壓力比原來(lái)平均降低0.02Mpa,減少了 "高溫汽"對(duì)糖漿色值、純度、PH值的影響；因減少了部分正汽耗用量，每百噸甜菜耗標(biāo) 煤比原來(lái)下降 0.21t; 節(jié)約了輪洗蒸發(fā)罐、 "8501"防垢劑等大量費(fèi)用的支出。（3）用于煉油廠的換熱器重油結(jié)垢金陵石化南京煉油廠重油催化車(chē)間的兩臺(tái)油漿換熱器（E206、E207）因換熱溫度高（油溫為360C），油漿成份復(fù)雜，其管程結(jié)垢非常嚴(yán)重，經(jīng)常需要六個(gè) 月左右的時(shí)間就停機(jī)切換工作。原來(lái)采用高壓射流清除管程油垢，每次切換清 洗一臺(tái)換熱器需耗時(shí)35d,耗資20萬(wàn)元左右，除了直接影響生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益 外，同時(shí)還造成因每次清出的油垢和污水而嚴(yán)重污染環(huán)境。自從 2001年5月份 在油漿換熱器E206管線上，安裝了一套為此進(jìn)行專門(mén)特殊設(shè)計(jì)和制造的ExTC-6-20 型超聲波防垢器后，設(shè)備至今還未下線進(jìn)行切換清洗，使該設(shè)備的清洗間 隔和維護(hù)保養(yǎng)周期延長(zhǎng)了 3 倍以上，同時(shí)對(duì)換熱系數(shù) K 值提高了 8%左右，節(jié)約 資金 80 多萬(wàn)元。5 結(jié)語(yǔ)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況和研究結(jié)果表明，超聲波功率一定時(shí)，頻率低、作用時(shí)間 長(zhǎng)，防