超声波阻垢性能的研究
超声波阻垢性能实验研究
超声波阻垢性能实验研究
1引言
近年来，随着超声波技术在空气净化行业的大量应用，超声波净化器作为一种空气净化产品及技术也取得了大量发展，在实践中有效除去了空气中悬浮颗粒物、有害气体，并促进污染物快速去除，即超声波阻垢性能。
因此，本次研究以某型号的超声波空气净化器为研究对象，采用实践试验方法，运用专业检测工具分析器件本身特性，验证超声波阻垢性能。
2研究内容
（1）实验原理：通过调节超声波空气净化器中发出的超声波频率，利用其在污染物表面产生的微小空动作用，将介质中的悬浮颗粒物、有害气体等污染物表面的附聚成分及物理性质的不稳定性，使其发生变质、破坏或溶解，从而`达到阻垢的效果。
（2）试验方法：采用空气净化器的超声发射和测试仪，经实验室空气净化系统的25℃常温下，室外空气中污染物含量高于1000次/升，持续10小时的测试，观察空气净化器是否能达到阻垢效果。
3试验结果
（1）超声波技术中，超声净化器特别有效，在室外空气粉尘含量超过1000次/升的地方，超声空净的超声波处理能够降低粉尘的含
量，在10小时内，不论超声频率高低，空气净化器都能达到阻塞超过90％的效果。
（2）根据试验结果可知，超声空净在低频率和高频率下，都能实现对粉尘、有害气体和污染物的有效净化，能够有效净化空气，达到出口空气质量合格要求。
4结论
本次实验表明，超声空净超声波空气净化器虽然投入成本较高，但性能稳定，其性能表现出很高的可靠性和灵敏度，能够快速有效地去除空气中的悬浮颗粒物、有害气体，确保房间空气洁净通风，以应对污染物的净化治理。
因此，超声空净超声波净化器应用于空气净化行业非常有效。
超声波除垢防垢设备工作原理及性能特点
超声波除垢防垢设备工作原理及性能特点一、工作原理超声波除垢防垢设备主要是利用超声波的空化效应、活化效应、剪切效应、拟制效应，使超声波强声场处理流体，让流体中成垢物质在超声场作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。
1空化作用：超声波的能量对被处理流体介质直接产生大量的空穴和气泡，当这些空穴和气泡破裂和挤压时，产生一定范围的强大的压力峰，局部的压力峰可达上千个大气压，成垢物质在压力峰作用下，粉碎悬浮于水中，并使已生成的垢层破碎使其易于脱落，这样达到超声波除垢的目的。
2活化作用：超声波在流体中产生“空化”作用，提高流动流体和成垢物质的活性，破坏垢类生成和在换热器管壁沉积的条件，使成垢物质在流体中形成分散沉积体而不在管壁上形成硬垢，这样达到超声波防垢的目的。
3剪切作用：超声波辐射在垢层和管壁上及水中，由于对超声波频率响应不同，三者产生不同步的振动，因此产生高速的相对运动。
由于速度差形成垢层与换热器管壁界面上的相对剪切力，从而导致垢层产生疲劳而松脱，这样达到超声波除垢的。
4抑制作用：通过超声波的作用改变流体主体的物理化学性质，能抑制水中离子在壁面处的成核和长大。
因此，减少粘附于换热器面上成垢离子的数量。
实践研究证明，超声波作用时间越长防止成垢物质结垢效果越佳。
总之，水在超声波作用下，当超声波能量足够大时，即“功率超声”能够在常温、常压的环境条件下，使传导介质中产生短促的、局部的、极大的高温、高压、高强电场的极端物理环境，流体会产生所谓的“声空化效应”从而引发许多的力学、物理、化学、生物等效应，达到流体中超声波防垢、除垢目的。
二、性能指标1除垢防垢同步：设备除垢、防垢同步进行，有垢除垢，无垢防垢，一次除垢，长期防垢。
2低功耗，运行费用低：单台设备系统耗电最高仅1kw,电源输出峰值功率连续可调，免日常维护。
3三重自动保护，安全可靠：设备采用过流、过压、过热三重自动保护，智能化控制，安全可靠。
换热器超声波防除垢和强化传热技术研究综述
换热器超声波防除垢和强化传热技术研究综述作者：张朔昕来源：《科学与财富》2017年第09期摘要：换热器传热表面积污结垢造成的传热劣化问题，是国际上多年来一直未解决的难题，也是制约化工等高能耗行业提高能源利用率的瓶颈问题。
本文研究了超声波技术的防除垢机理和超声波防除垢设备的原理，并根据超声波防除垢设备在国内的工程应用实例，综述了其防除垢效果与优势。
关键词：超声波；强化传热；防垢；除垢1引言换热器是工业生产中广泛使用的热力设备。
通常换热设备在运行一段时间之后都会出现结垢的现象，即在固体表面上逐渐积聚起来一层固态或软泥状物质，通常是以混合物的形态存在。
污垢极大地增加了传热热阻，使传热效率降低，严重影响了换热设备的传热过程，甚至使设备不能正常运行，缩短了设备的使用寿命，造成巨大的能源浪费和经济损失，一直是传热方面亟待解决的问题。
因此对换热设备采取合适的技术措施进行防垢除垢，从根本上解决结垢问题，对企业的生产、经济效益和环境保护等都有重要意义。
2换热设备常用防除垢方法目前企业中较为常用的换热设备防除垢方法主要有机械清洗法、化学清洗法和超声波清洗法。
机械清洗法是采用人工清洗工具或专用工具设备对换热器表面进行清理。
该方法可除掉化学清洗不能除去的碳化污垢和硬质垢，并且对钢材损耗小，但对于换热面的死角清洗不到，而且该方法需离线停车清垢，影响生产，清洗用时长，所需费用高。
化学清洗法是利用化学洗剂使换热面上的污垢脱离，可在线清洗，劳动强度小，但容易对设备造成腐蚀；清洗结束后还需对废液进行处理，否则直接排放会污染环境。
超声波清洗法利用了脉冲弹性波能量首先在金属中传播的原理。
超声波因具有方向性好、穿透力强、在固体或液体中传播衰减小等优点，将其应用于换热设备不仅能减缓换热设备表面污垢颗粒的沉积速度，而且还能够有效地除掉已经形成的污垢。
该方法既不会污染环境和浪费资源，也不会对设备造成损伤，对工作人员也不会造成任何有害影响。
与此同时，它可清除的污垢种类广泛、除垢速度快、耗水量少、自动化程度高、工作性能可靠，还能连续在线工作。
超声波用于锅炉循环水除垢的研究进展
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其 造 成 的损失 和所 需 的设备 检 修维 护 费用将 给 企业 带 来 巨大 的经 济损 失 。
２ ＿ ２ 锅 炉 除垢 研 究现状
降低能耗水平 、提高企业经济效益有着十分重大的
意义。 锅 炉运 行过 程 中 ， 由于金 属腐 蚀 、 无机 盐结 晶 、
有机物聚合 、固体颗粒沉积等原 因可造成锅炉的内 部结垢 。 新兴的超声波除垢技术以其所具有 的环保 、 效果佳 、 低成本 、 无腐蚀 、 质量高 、 装置简单 、 易于实 现遥控或 自动化等优点 ，成为解决锅炉 内壁结垢 问 题的一种新 的高效技术。
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超声波对硅垢离子的影响及防垢性能
超声波对硅垢离子的影响及防垢性能
余兰兰;郭磊;郑凯;李妍
【期刊名称】《化学反应工程与工艺》
【年(卷),期】2016(032)004
【摘要】三元复合驱采油技术的应用导致油田工艺管道及设备产生严重结垢现象,垢样以硅酸盐垢为主.简要阐述超声波的防垢机理,针对饱和硅酸钙溶液,通过对比实验研究单、双超声波及相应的高低频对硅酸盐垢离子浓度的影响,并对防垢性能进行探讨.结果表明:过滤与未过滤液体中成垢离子存在浓度差异,证明溶液中有微晶存在;同时,双超声波低频对硅垢的防除效果较好.X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析结果表明超声波能够抑制成垢离子向微晶转化并延缓诱导期,干扰微晶聚合成垢,促使结垢速率大大降低.
【总页数】7页(P366-372)
【作者】余兰兰;郭磊;郑凯;李妍
【作者单位】东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;大庆油田第二采油厂,黑龙江大庆163414;大庆油田第二采油厂,黑龙江大庆163414
【正文语种】中文
【中图分类】TQ021.9
【相关文献】
1.硅垢防垢剂ITSA合成及性能研究 [J], 余兰兰;郭磊;郑凯;宋健
2.超声波对成垢离子的影响及防垢效果分析 [J], 余兰兰;孙旭蕊;王宝辉;关晓燕
3.共聚物硅垢防垢剂的合成及性能研究 [J], 余兰兰;郭磊;李妍;郑凯
4.两性离子聚合物硅垢阻垢剂的合成及阻垢性能 [J], 于洪江;李德佳;代吉建
5.硅垢防垢剂ACAA的制备及性能研究 [J], 余兰兰;郑凯;李妍
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超声波防垢除垢技术在制盐生产中的应用
超声波防垢除垢技术在制盐生产中的应用结垢是制盐生产中常见的现象，结垢不仅降低设备的有效容积，而且使换热设备的传热系数降低，恶化生产条件，产能下降，严重的结垢还迫使生产停顿，缩短有效生产时间，降低设备寿命甚至损坏设备，增加原材料和能源的消耗。
长春化工（江苏）有限公司为此与专业厂家合作，在制盐装置中探索试用超声波防垢除垢技术，取得一定应用成效。
标签：制盐超声波防垢除垢堵塞一、目前国内制盐生产厂家换热器防垢除垢技术现状结垢是制盐生产中常见的现象，由于大部分盐卤中都含有钙、镁等阳离子和硫酸根、碳酸根等阴离子，这些离子所组成的化合物会因浓度、温度变化，达到过饱和而结晶析出，在换热管束和蒸发室内壁附着而生成垢。
制盐主体设备的结垢，不仅将降低设备的有效容积，而且将使换热设备的传热系数降低，恶化生产条件，产能下降，严重的结垢还将迫使生产停顿，缩短有效生产时间，降低设备寿命甚至损坏设备，增加原材料和能源的消耗，因此设备防垢一直是制盐生产中高度重视的技术问题。
目前主要应对措施有：酸洗、水洗，严重时停运换热设备拆清，人工机械清洗、高压水枪清洗等。
这些方法除消耗大量化学药剂及水外，严重时需要全线停车停产才具备清理结垢条件，给生产运行带来很大损失。
长春化工（江苏）有限公司为此与专业厂家合作，探索超声波防垢除垢技术在上述工艺设备试用，取得一定应用成效。
二、超声波防垢除垢技术原理在超声波防垢除垢装置的主控模块进行参数设定，通过参数调测单元微处理器和软件系统对超声波的频率、振幅、脉冲周期、脉冲宽度、加速度等声学参数进行调测和控制，产生超声波脉冲电信号，经强磁致伸缩材料换能器电/机能量转换后直接作用于换热设备上，通过超声脉冲振荡波在换热器管、板壁传播，在金属管、板壁和附近的液态介质之间产生一系列效益，破坏污垢的附着条件，防止换热设备在运行过程中结垢。
同时，超声波引起的高速微涡可有效破坏换热管束近壁区域的滞流层，起到强化传热的作用。
管壳式换热器超声除垢强化换热实验研究
管壳式换热器超声除垢强化换热实验研究基于超声波在液体中的空化作用机理，搭建了管壳式超声波除垢实验台，并通过换热器传热系数的变化验证超声波技术的除垢及强化换热能力。
实验结果表明，如果增大施加换热器的超声波时间，传热系数将有明显增加，施加超声波20分钟时的换热器传热系数平均提高5.2%，实验表明超声波具有显著除垢及强化换热能力。
标签：换热器；超声波；除垢；强化换热在电力、供热、化工等行业中存在许多以水为载体的换热器。
由于水质的影响，使换热器在长期运行中容易产生结垢问题。
换热器管道中的结垢，严重影响热能输运及工业生产的正常运行，同时影响了换热器的换热效率。
采用传统机械除垢或化学剂清除结垢方法，往往清洗时间较长、清洗不彻底，不能实现在线清洗，而且运行成本较高，化学方法还存在二次污染。
本文利用超声波技术解决换热器的除垢问题。
论文首先论述了超声波防除垢与强化传热的基本理论，然后进行了管壳式换热器超声除垢强化换热实验，并通过换热器传热系数变化验证超声波应用于换热器防垢除垢、强化换热中的可行性。
1 超声除垢原理超声波频率大于20kHz，且波长短，因此其传播方向性好，具有较强的穿透力（能穿透几十米厚的固体介质）。
当高频超声波在液体中传播时，可迫使液体中小于共振尺度的微气泡发生共振。
因为超声波属于疏密波，当超声波声压增大至一定数值，将使液体疏密发生快速变化，疏密程度相差较大。
处于波峰的稀疏阶段时，微泡内部压力大大低于初始静压，气泡被拉伸及迅速膨胀；而处于波峰的稠密阶段时，这些微气泡瞬间受到绝热压缩，进而发生破碎，直至湮灭。
在破碎及湮灭进程中，微气泡内部突然产生几千摄氏度的高温及几百个大气压的高压，气泡周围液体将受到高压气（液）流的冲击。
上述超声波引起的高温、高压甚至放电象征可总称为“空化”。
空化的表象与水泵在超过允许安装高度下负压运行时发生的汽蚀现象较为相似，但瞬态发生程度要大很多。
相关报道表明，超声波的空化现象是在液体中的微小物质，即溶解气体的微核或者固体物质的微粒四周产生的。
超声波在油田上防垢除垢的使用
超声波在油田上防垢除垢的使用在石油开采中，提高中后期油井的产量及油田采收率，一直是采油工程中的重要课题之一。
在油井开采过程中，常常会因各种原因在油井中形成一些堵塞物，阻碍原油流入井筒中，降低原油的渗透率，提高原油的渗透率，可采用各种物理、化学的方法。
其中物理方法有声波技术、磁学技术、电磁场技术等。
超声波采油技术则是近几十年发展起来的三次采油技术之一，通过声波处理生产油井、注水井及近井油层，使油层中流体的物性及流态发生变化，改善井底近井油层的流通条件及渗透性，解除采油井、注水井的堵塞及油井防垢、除垢、防蜡，提高采液量、原油产量和注水量，降低原油的粘度，提高原油、水在多孔岩石中的渗透率。
超声波防垢器主要是利用超声波强声场处理流体，使流体中成垢物质在超声场作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。
超声波的防垢机理主要表现在：一、“空化”效应超声波的辐射能对被处理液体介质直接产生大量的空穴和气泡，也就是把液体拉裂而形成无数极微小的局部空穴，当这些空穴和气泡破裂或互相挤压时，产生一定范围的强大的压力峰，这一强压力峰能使成垢物质粉碎悬浮于液体介质中，并使已生成的垢层破碎使其易于脱落。
根据理论和实践测算，用20KHz、50W/cm2的超声波对1cm3液体辐射时，其发生空化事件的气泡数为5104/s，局部增压峰值可达数百甚至上千大气压。
二、“活化”效应超声波在液体介质中通过空化作用，可以使水分子裂解为H自由基和HO 自由基，甚至H+和OH-等。
而OH与成垢物质离子可形成诸如CaOH 、MgOH 等的配合物，从而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相对提高。
也就是说，超声波能提高流动液体和成垢物质的活性，增大被水分子包裹着的成垢物质微晶核的释放，破坏垢类生成和在管壁沉积的条件，使成垢物质在液体中形成分散沉积体而不在管壁上形成硬垢。
三、“剪切”效应水分子裂解产生的活性H 自由基的寿命比较长，它进入管道后将产生还原作用，可以使生成的积垢剥落下来。
超声波对硫酸钡结垢影响规律研究
超声波对硫酸钡结垢影响规律研究刘振;王丽玲【摘要】Research shows that application of ultrasonic technology in gathering pipeline and metering station can meet on-line operation requirement because of perfect anti-scaling and descaling effect. Recently, the ultrasonic cleaning technology has achieved significant development in our country, and it has great scientific value and application prospect. Cavitation effect, activating effect and mechanical shear effect of ultrasound can clean scale efficiently. Nowadays, literatures about influence law of ultrasound on calcium carbonate scaling are more than those about influence law of ultrasound on barium sulfate scaling. In this paper, influence law of ultrasound on barium sulfate scaling was studiedby weighing method and electron microscope grain size analysis method, which can provide certain theory basis for cleaning barium carbonate scale in oil and gas fields.%试验结果表明，超声波技术在集输管线和计量站应用中，能够满足在线运行的工况要求，具有很好的防垢与除垢效果。
超声波除碳酸钙垢的实验研究
超声波除碳酸钙垢的实验研究陆希希;郭越;林雪松;贡同【摘要】At present, the ultrasound wave technology is widely used in industrial fields, for example scale removal of oil pipeline. To further study the effect of ultrasonic wave to remove calcium carbonate scale, it is necessary to explore the influence of ultrasonic parameters on cleaning calcium carbonate scale. A set of ultrasonic descaling equipment was assembled and a series of laboratory experiments were conducted. By changing the ultrasonic frequency, duration and temperature, the calcium carbonate scale on the Q235 steel material was respectively treated, the scaling removal effect of ultrasonic wave was evaluated by the method of loss weight. The results show that, when the frequency is at 28 kHz, the duration is 10 min an d the temperature is at 40℃, cleaning effect of ultrasonic wave is perfect. Therefore, it is significant to select the suitable combination of different ultrasonic parameters for improving calcium carbonate scale removal rate.%目前,超声波是一种在工业中广泛应用的技术,可以用于油田管道的污垢清理.为了更加深入研究超声波除碳酸钙垢的效果,有必要探究超声波的参数对除垢率的影响.在实验室条件下,组装了一套超声波除垢设备,通过改变超声波的频率、辐照时间和辐照温度,分别处理Q235钢制挂片上的碳酸钙垢,采用处理前和处理后挂片质量差的方法来评价除垢效果.实验结果表明在频率为28 kHz、辐照时间为10 min和辐照温度为40℃的条件下,超声波除碳酸钙垢能力强、效果好.因此,优选出超声波不同参数之间的组合对提高除碳酸钙垢率至关重要.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2017(046)007【总页数】4页(P1318-1321)【关键词】超声波;频率;辐照时间;温度;碳酸钙垢【作者】陆希希;郭越;林雪松;贡同【作者单位】东北石油大学, 黑龙江大庆 163318;东北石油大学, 黑龙江大庆163318;东北石油大学, 黑龙江大庆 163318;东北石油大学, 黑龙江大庆 163318【正文语种】中文【中图分类】TQ028Abstract:At present, the ultrasound wave technology is widely used in industrial fields, for example scale removal of oil pipeline. To further study the effect of ultrasonic wave to remove calcium carbonate scale, it is necessary to explore the influence of ultrasonic parameters on cleaning calcium carbonate scale. A set of ultrasonic descaling equipment was assembled and a series of laboratory experiments were conducted. By changing the ultrasonic frequency, duration and temperature, the calcium carbonate scale on the Q235 steel material was respectively treated, the scaling removal effect of ultrasonic wave was evaluated by the method of loss weight. The results show that, when the frequency is at 28 kHz, the duration is 10 min and the temperature is at 40 ℃, cleaning effect of ultrasonic wave is perfect. Therefore, it is significant to select the suitablecombination of different ultrasonic parameters for improving calcium carbonate scale removal rate.Key words:Ultrasonic wave; Frequency; Duration; Temperature; Calcium carbonate scale在油气田后期开采过程中,随着产油量的减少,注水量加大，油田生产系统结垢问题日益严重[1]，会导致设备低效运转和设备维护费用增加[2]，不利于油田安全高效生产，碳酸钙垢是最常见的污垢之一。
采油用超声波与化学防垢技术研究及应用
防 垢 机 理 进 行 研 究 ， 用 物 理 防 垢 与 化 学 防 垢 相 结 合 的 技 术 方 法 ， 功 地 解 决 了 长 庆 盘 古 梁 油 田 采 出 水 采 成
体严 重 结垢 问题 。
１ 超 声 一 学 防 垢 技 术 概 述 化
超 声波凭 借空 化效 应 和剪 切 效 应 使 垢 物 粒 子 高度 分 散 ， 制垢 晶 的 成 长 和 聚集 ， 有 较 好 的 防 垢 效 抑 具 果 ［ 。如 果声 场持续 存在 ， ４ ］ 则垢 物基 本上 不会 沉积 聚结 导 致堵 塞 ， 声场 一 旦 消失 ， 但 晶核 会慢 慢形 成 、 大 、 长 聚集而形 成积 垢 。添加 化学 防垢剂 之后 ， 由于超声波 声场 的持续 作用 ， 生成 的微 小 晶核表面 结合有 防垢 剂分
不 配 伍 导 致 油 井 及 集 输 管 线 结 垢 堵 塞 堵 死 的 现 象 非 常 普 遍 ［ ， 生 产 危 害 极 大 。 尤 其 是 在 采 出 液 水 体 高 １ 对 ］ 含 钙 、 、 的 重 垢 区 ， ～ ４个 月 就 得 更 换 一 次 ， 垢 对 油 田 生 产 影 响 较 大 。 国 内 外 油 田 防 垢 大 都 采 用 添 钡 锶 ３ 结
超声波管道防垢
介质 内产 生很 多 空穴 和气泡 ，当这些 空穴 和 气泡破
（ ３ ）脉 冲 宽度 。防垢 率 随着脉 冲宽度 的增 加而 增 大 ，当脉 冲宽 度 Ｆ ｝ １ ５ ｍｓ 增加 到 １ ０ ｍｓ 时 ，防垢 率 从６ ７ ． ９ ％提 高 到 ７ ８ ． ９ ％；当脉 冲宽度 为 １ ５ ｍ Ｓ 时 ，防 垢率提高到 ８ ２ ． １ ％，随 后 防垢 率趋 于 “ 饱和 ” 。由 此可知 ，最 佳 的脉 冲宽度 大于 １ ０ ｍ ｓ 。
（ ４ ）问歇 比 。随间歇 比的升 高 ，防垢 率有 所下
裂或 互相 挤压 时产 生一 定 范 闱的强 大 的压力 峰 ，这
一
强 大 的压力 峰能 使成 垢物 质粉 碎悬 浮 于液体 介质 中 ，并使 已生 成 的垢 层 破碎 易于脱 落 。
１ ． ２ 活 化作 用
降 ，但这种 变 化在 １ ％ ５ ％范 同 内 ，不 是 十 分 明 子形成如Ｃ ａ （ Ｏ Ｈ ） 、Ｍ ｇ （ Ｏ Ｈ ） 等物质 ，溶垢能力有所 显 。 由此 可知 ，综 合元 器件 寿命 、设 备 的成本 和维 提高。活化作用使流动液体和成垢物质的活性有所 护成 本等 因素 ，间歇 比范 同在 ３ ～ ５ 时 为最 佳 。 提 高 ，被水 分子 包裹 的成 垢物 质微 晶核 的 释放 大大
２ 声场参数实验结果 与讨论
（ １ ）频率 。当频率 在 ｌ ５ ～ ２ ５ ｋ Ｈ ｚ 时 ，防垢 率 随
一
１ ４ ６ 一
油气 田地 面工 程 （ ｈ ｔ ： ｔ ： ｐ ： ／ ／ ｗ ｗｗ． ｙ ｑ ｌ ： ｄ ｒ ｎ ｇ ｃ ． ｃ ｏ ｒ ｎ ）
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超声波除垢技术论文
超声波除垢技术论文现在举不清洗有很多种方法，其中就有超声波除垢技术。
这是店铺为大家整理的超声波除垢技术论文，仅供参考!超声波除垢技术论文篇一超声波防垢除垢技术在电厂凝汽器的应用摘要：超声波技术以其除垢、防垢、防腐、提高换热效率、杀菌灭藻、环保节能等杰出的性能在电厂凝汽器清洗方面得到应用并将得到大面积推广。
关键词：超声波;防除垢目前大部分发电厂的凝汽器清洗一般采用化学清洗(酸性)、胶球清洗或者停机后机械清洗的方法。
采用上述方法不但会浪费人力、物力，还可能造成凝汽器铜管的表面受损，而且破坏生态环境。
另外在清洗之后水垢还会重新产生，反复造成电厂燃煤的损失，增加生产经营成本。
一、KSD超声波防除垢原理和特性简介KSD超音频脉冲防垢、除垢设备的防垢除垢机理是纯物理特性。
超音频脉冲电信号功率放大后经磁致转换器产生加速度是重力加速度3000倍的超音频脉冲机械振动，由于转换器安装在凝汽器外壳上并正对管板，振动就由管板传给管束上，造成水中垢质不易附着在管壁上，起到防垢作用。
另外当超声波由结垢的热交换管金属外表面向里传播时，即会引起板结在金属换热界面上的垢质跟随金属同步振动，但由于垢质性态和弹性阻抗和金属不同，垢质与金属之间会在相邻界面上形成剪切作用，导致板结在金属管上的垢质疲劳、裂纹、疏松、破碎而脱落，起到除垢作用。
同时，受到超声波激振的液体介质，能将其中的溶解氧包围封锁，这就切断了微生物进行生命活动所需的氧气，从而达到了杀菌灭藻的目的。
二、现场应用分析以某热电厂2台25MW机组配套的N-2000-2型凝汽器为例进行分析：1、相关数据采样:2、结垢现状：铁离子、钙镁离子，硬垢，结垢速度较快。
垢质成分分析结果如下：3、冷却水源：4月--10月取自凉水塔(补水为深井水);11月--次年3月为供暖回水。
4、成垢的原因分析：循环冷却水系统主要因为当地水质硬度非常大，又风沙大，运行不久塔内就会沉积大量的灰尘和泥垢。
另外，由于积水池有限，塔内沉积的泥土、杂质等来不及沉淀就回到循环水中，这些泥垢在凝汽器铜管内壁附着，致使铜管结垢。
换热设备超声波在线防垢技术
换热设备超声波在线防垢技术一、技术名称：换热设备超声波在线防垢技术二、适用范围：石化行业换热设备三、与该节能技术相关生产环节的能耗现状：我国石化行业现存的换热设备超过30万台，长期以来这些设备的防垢、除垢问题一直没有很好的解决办法，换热设备普遍在带垢0.2~10mm厚度之间的状态下运行。
垢的导热系数(一般均在 1 W/m•K左右)仅为换热器金属管壁的几十分之一。
据行业统计，垢质每年在换热设备和管道中的沉积厚度约为4mm，换热设备积垢每增加1mm，传热系数下降9%~9.6%，能耗和排放将增加10%以上，同时带来生产效率下降、垢下腐蚀缩短设备寿命、安全隐患等一系列问题。
四、技术内容：1.技术原理超声脉冲振荡波在换热器管、板壁传播，在金属管、板壁和附近的液态介质之间产生效应，破坏污垢的附着条件，防止换热设备在运行过程中结垢，提高换热设备传热能力，降低达到同样工艺要求所需的能耗量，实现节能目的。
2.关键技术1）强磁致伸缩新型换能器技术；2）超声波声学参数调测和数字控制技术；3）不同应用环境超声波声学参数定向设计技术。
3.工艺流程1）超声波防垢原理（见图1）2）超声波防垢机理高速微涡效应：由于超声波频率很高，在管、板壁传播时形成很高的加速度，作用于与管、板壁直接接触的流体介质时，会出现一个微小的真空区域。
真空区域刚一形成，附近介质在压力的作用下就会迅速涌向这一区域来填补真空，形成许多微小的涡流，这些涡流与生产同时进行，对壁面形成不间断的冲刷，这就是高速微涡效应。
这一效应相当于介质随时都在对壁面进行清洗，可有效防止污垢的粘附。
高速微涡效应具有防垢与除垢双重作用（见图2）。
图1 超声波防垢原理图图2 高速微涡效应防垢除垢作用图剪切应力效应：壁面振动会带动其上的垢层一起振动，从而在壁面和垢层之间产生剪切力和推斥力，对于已有垢层，剪切力和推斥力会使其疲劳、裂纹、疏松、破碎而脱落；对于即将粘附的污垢成分，刚一接触壁面即被排开，无法稳定停留在壁面上。
超声波阻垢性能的研究
超声波阻垢性能的研究梁成浩, 白忻平(大连理工大学化工学院,辽宁大连116012) 摘 要: 对水处理系统施加20kHz 的超声波,研究了其对阻垢的作用。
结果表明,超声处理具有明显的阻垢功效,阻垢率可达85%以上,适宜的超声处理时间为间隔10min 开启3min 。
阻垢原因主要是超声产生的空化效应和超声的非线性振动使垢沉积的诱导期延长,减少了稳态晶胚数量和阻滞其进一步长大,同时加强了晶粒的去除力所致。
关键词: 超声波; 阻垢; 空化效应; 非线形振动中图分类号:TU991.26 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2003)13-0064-03 目前各种形式的阻垢处理技术发展迅速,主要有磁处理、高频电场处理、静电处理、高能电子辐射处理、超声处理等。
各种物理方法中,超声波所能提供的能量较大。
功率超声是利用振动形式的能量使物质的一些物理、化学和生物特征状态发生改变或者使这种改变过程加快的一门技术。
目前主要在超声清洗上得到应用,而在阻垢方面的应用报道较少。
对水的超声处理,可利用超声独有的空化效应使CaCO 3晶体析出的诱导期延长,从而达到阻垢的目的。
1 实验方法111 实验装置实验装置由超声波发生器、换能器、清洗槽、自耦变压器和U 型铜加热棒组成,如图1所示。
图1 超声实验装置112 超声波发生器超声波发生器为北京金星超声波研究所制造,频率选择为20kHz ,功率为100W,换热器选用压电式换能器。
113 阻垢性能实验实验介质为蒸馏水配制的高Ca2+水、高SO 2-4水和高碱度水。
将溶液每隔一定时间在蒸发浓缩条件下进行超声处理和空白实验,Ca 2+和碱度的测定分别采用ED TA 络合滴定法及酸碱滴定甲基橙指示剂法。
阻垢率的计算如下: 阻垢率=(1-加超声后的结垢量Π空白实验结垢量)×100%(1)2 实验结果211 超声与空白实验图2示出高Ca 2+水溶液进行超声与空白实验结果。
超声波防除垢
，换热器传热性能好坏直接影响到企业热量回收和利用。
因此，降低结垢热阻，对于炼化企业的能量回收和节能降耗都具有重要意义。
装置能耗增加10%以上
几组数据
数据1： 垢的导热系数(一般均在 1 W/(m· K)左右)仅为换热器金属管壁的 (钢：50W/(m· K)，铜： 300 W/(m· K))几十甚至几百分之一。普遍存在于工业设备中的结垢现象，大大降低了传热效率， 对工业生产造成10%-40%甚至超过50%的能源浪费。 数据2：据《工业能源》统计数据： 垢质每年在换热设备和管道中的沉积厚度在4mm， 换热设备积垢每增加1mm，传热系数可 下降9-9.6%，能耗和排放将增加10%以上。结垢严重的换热效率下降超过50%。同时造成垢下腐 蚀和安全隐患。
CMFG超声波防除垢技术
——防、除垢领域的一场革命
北京中环信科科技有限公司
关于中环信科
CMFG技术背景
CMFG技术介绍
CMFG应用汇报
专注于工业污垢及污垢治理的研究，超声
波防除垢技术的研究，产品的研发、生产、
销售和服务。 致力于为客户提供更好的污垢问题解决方 案，为企业的节能减排服务。
研发历程
实例：中石化某企业丁二烯装臵第二精馏塔冷凝器E-2303，循环水介质结垢（垢 包括泥砂、水垢、腐蚀产物垢、微生物粘泥和其他固体），在局部形成自催化的
腐蚀环境，使垢下的腐蚀坑越来越深，导致管束很快出现腐蚀穿孔现象。每年需
要堵管数十根，每两年换管束1次，经济损失近百万元。而且管壁穿孔会导致两 种介质混杂，不合格的产品只能排放处理，增加排放污染。
高速微涡 效应
剪切应力 效应
二、CMFG技术防除垢流程和机理
超 声 波 脉 冲 震 荡 波
磁场、超声场、高压静电场抑垢阻垢研究进展
磁场、超声场、高压静电场抑垢阻垢研究进展目录一、内容概述 (2)二、磁场抑垢阻垢研究 (3)1. 磁场对水中钙镁离子作用机制 (4)1.1 磁场影响水分子结构 (5)1.2 磁场对钙镁离子分布影响 (6)2. 磁场处理技术与方法 (8)2.1 静态磁场处理 (9)2.2 动态磁场处理 (10)2.3 复合磁场处理 (11)三、超声场抑垢阻垢研究 (12)1. 超声场作用机理 (13)1.1 超声波振动效应 (15)1.2 超声波空化效应 (16)1.3 超声波化学效应 (17)2. 超声场处理技术与方法 (18)2.1 单频超声处理 (19)2.2 多频超声处理 (20)2.3 超声联合其他技术处理 (21)四、高压静电场抑垢阻垢研究 (22)1. 高压静电场作用机制 (23)1.1 电场对水中离子分布影响 (24)1.2 电场诱导结晶作用 (25)2. 高压静电场处理技术与方法 (26)2.1 直接高压静电场处理 (28)2.2 脉冲高压静电场处理 (29)2.3 电场联合其他技术处理 (30)五、各种方法比较与综合分析 (31)一、内容概述本文主要探讨了磁场、超声场及高压静电场在抑制和阻止水垢形成方面的研究进展。
水垢问题在许多工业领域如冷却水系统、锅炉和热交换器等中普遍存在，严重影响设备的运行效率和寿命。
寻求有效的抑垢阻垢技术具有重要的实际意义，物理场技术，特别是磁场、超声场和高压静电场的应用，为这一问题的解决提供了新的思路和方法。
磁场作为一种非侵入性的物理手段，在抑垢阻垢领域具有广泛的应用前景。
磁场可以通过改变水分子结构，影响水中的离子分布和迁移，从而达到抑制垢盐沉积的目的。
磁场还能促进水体的对流和混合，有利于减缓水垢的形成。
超声场技术通过产生超声波，利用其特有的声场效应对水质产生影响。
超声波可以有效地打破水中的微小气泡和悬浮颗粒，使其不易聚集形成水垢。
超声波还能改变水的物理化学性质，如降低水的表面张力，增加水的溶解能力，从而抑制水垢的形成。
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超声波阻垢性能的研究
梁成浩, 白忻平
(大连理工大学化工学院,辽宁大连116012)
摘 要: 对水处理系统施加20kHz 的超声波,研究了其对阻垢的作用。
结果表明,超声处理
具有明显的阻垢功效,阻垢率可达85%以上,适宜的超声处理时间为间隔10min 开启3min 。
阻垢原因主要是超声产生的空化效应和超声的非线性振动使垢沉积的诱导期延长,减少了稳态晶胚数量和阻滞其进一步长大,同时加强了晶粒的去除力所致。
关键词: 超声波; 阻垢; 空化效应; 非线形振动
中图分类号:TU991.26 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2003)13-0064-03
目前各种形式的阻垢处理技术发展迅速,主要
有磁处理、高频电场处理、静电处理、高能电子辐射处理、超声处理等。
各种物理方法中,超声波所能提供的能量较大。
功率超声是利用振动形式的能量使物质的一些物理、化学和生物特征状态发生改变或者使这种改变过程加快的一门技术。
目前主要在超声清洗上得到应用,而在阻垢方面的应用报道较少。
对水的超声处理,可利用超声独有的空化效应使CaCO 3晶体析出的诱导期延长,从而达到阻垢的目的。
1 实验方法111 实验装置
实验装置由超声波发生器、换能器、清洗槽、自
耦变压器和U 型铜加热棒组成,如图1所示。
图1 超声实验装置
112 超声波发生器
超声波发生器为北京金星超声波研究所制造,
频率选择为20kHz ,功率为100W
,换热器选用压
电式换能器。
113 阻垢性能实验
实验介质为蒸馏水配制的高Ca
2+
水、高SO 2-
4
水和高碱度水。
将溶液每隔一定时间在蒸发浓缩条件下进行超声处理和空白实验,Ca 2+
和碱度的测定分别采用ED TA 络合滴定法及酸碱滴定甲基橙指示剂法。
阻垢率的计算如下:
阻垢率=(1-加超声后的结垢量Π空白实验
结垢量)×100%
(1)2 实验结果211 超声与空白实验
图2示出高Ca 2+
水溶液进行超声与空白实验
结果。
图2 高Ca 2+水中Ca 2+浓度随时间的变化
加载超声的时间为间隔10min 加载3min ,采
中国给水排水
2003Vol.19 CHINA WA TER &WASTEWA TER No.13
用蒸发浓缩方式。
由图2可见,加载超声后随时间
的延长Ca 2+
浓度呈下降趋势,但比空白实验的下降幅度小。
这说明加载超声后超声所产生的空化现象
使Ca 2+与CO 2-3结合变得困难。
212 SO 2-
4
水溶液的超声实验
在300mg ΠL SO 2-4水溶液中进行超声处理的实验结果示于图3。
结果表明,在含SO 2-
4的水溶液中施加超声的效果比含Ca 2+
的水中优异。
这是由于CaSO 4的溶解度要比CaCO 3大,所以超声波处理有明显的阻垢作用。
图3 含SO 2-4
水中Ca 2+浓度随时间的变化213 温度对碱度的影响
在蒸发浓缩时不同温度下超声对碱度的影响结果见图4。
施加超声后,随着温度的升高碱度呈线性上升,其上升幅度远大于空白实验。
可见加载超声后Ca
2+
和CO 2-
3
的结合过程变得缓慢,从而使
HCO -3的变化不大所致。
图4 不同温度下超声对碱度的影响
214 时间与阻垢率
施加超声时间对阻垢率的影响示于图5。
选定
10min 作为一个周期,分别对含有158g ΠLCa 2+
和250g ΠL 的HCO -
3的水溶液,考察了50℃下不同超
声处理时间对阻垢率的影响。
每10min 开启1min
的超声处理,阻垢效果不显著(约为75%)。
但开启
3min 的效果可达85%以上,之后随超声时间的延长阻垢率增幅较小。
由此可知,超声处理较适宜的时间为每10min 开启3～5min。
图5 施加超声时间对阻垢率的影响
215 滞后效应
控制水温为50℃,开启超声处理0.5h 后关闭
超声发生器,每隔15min 进行Ca 2+
浓度测定,结果见图6。
在关闭超声后,随着时间的延长,Ca 2+
浓度一直呈下降的趋势,说明开启超声处理后滞后的效果并不明显。
这是由于不进行超声处理时不产生空
化现象,从而使Ca 2+
在不施加超声处理后呈急剧下降的趋势。
图6 超声处理的滞后效应
3 讨论
根据晶体生长动力学理论,诱导期是结垢过程的
诱发和起始阶段。
可把诱导期划分为三步骤:①已饱和溶液中拟稳态晶胚的产生;②壁面上稳定晶核的形成;③晶核的生长。
上述步骤是一个连续的过程,其中任何一个环节受到阻滞都会引起结垢过程的延缓,从而使诱导期无限延长以达到阻垢的效果。
在施加超声波处理时,根据超声的空化理论,稳定空化和微声流可以在壁面上提供一种溶解机制[1]。
微射流和微声流可使脉动气泡表面处存在很
高的速度梯度和粘滞应力,这种应力有时高达10-2 NΠcm2以上[2],并在垢形成的诱导期阶段,对拟稳态晶胚的生长具有很大的破坏作用。
超过临界尺寸的晶胚在热力学上是不稳定的,有可能重新溶解。
在超声的作用下,气泡闭合所产生冲击波和微射流的冲击都可以使拟稳态晶胚的生长受到阻滞,使其晶胚的生长不能超过临界尺度,不能生成稳定的生长源,或使稳定生长源的数量大大减少,导致诱导期的延长。
成垢微粒的自由移去主要是由于流体的剪力作用使垢质从垢层中再脱除。
就碳酸钙垢而言,由于受热过程中成垢离子在壁面上达到饱和后先发生核化,但成核中心也并非都在壁面上出现,总有相当数量的亚微细微粒在紧靠壁面处成为引发成核的中心,使后来的结晶在壁面上和紧贴壁面的流体中共同发生。
而且当过饱和度足够大时,新扩散来的离子优先在表面和亚微细离子上成核,然后生成为晶体。
在亚微细粒上所形成的晶核与微晶以分散游离状态存在于邻近壁面的溶液中,随着溶液的湍流流动而部分地被移走,另一部分则等待嵌入垢层。
在对溶液施加超声波处理时,其在媒质中传播时有振动的非线性作用,这种振动的非线性将引起一些力,如直流定向力、辐射力等[3],这在一定程度上起着湍流造成的剪切力导致的同样效果。
同时,超声空化产生的微射流也能够除去或削弱边界污层,增加搅拌作用,使等待嵌入垢层的游离晶粒的几率增大。
在行波场中的计算表明,20kHz、2WΠcm2的超声波在溶液中传播时,可引起质点的振动位移幅度为1.32μm、速度为0.16mΠs、加速度为2.04×104mΠs2[4]。
由此可见,施加超声波处理时与不施加时相比,湍流产生的剪切力使晶粒自由移去的作用显著。
这些有益的作用在图2、3和图4的实验结果中得到了证实。
碳酸钙垢的扫描电镜观察表明,未经超声处理的垢微观形貌呈细小的颗粒和棒状的结晶状态,并紧密交织在一起,颗粒粒度在十几微米以下。
该颗粒是由过饱和的钙离子生成的结晶核心和固相晶胚,它们之间相互聚集交织形成垢,这种垢均匀细密、不易溶解。
超声处理后,垢的微观垢层较疏松、颗粒和棒状结晶尺寸变大,同时结晶数目减小,说明超声处理对水系统有较好的阻垢作用。
4 结论
① 超声具有明显的阻垢功效,施加20kHz的超声波可使Ca2+和CO2-
3
的结合过程变得缓慢,使阻垢率达到85%以上。
② 适宜的超声处理时间为间隔10min开启3 min。
在上述处理时间周期内,超声没有明显的滞后效应。
③ 超声产生的空化效应和超声的非线性振动使垢沉积的诱导期延长,减少了稳态晶胚数量且阻滞其进一步长大,并加强对晶粒的去除力,从而达到阻垢的效果。
参考文献:
[1] 冯若.超声清洗及物理机制[J].应用声学,1993,13
(1):19-21.
[2] Shoeywk V L,Jenkins D.蒋展鹏译.水化学[M].北京:
中国建筑工业出版社,1990.
[3] 袁易全.超生换热器[M].南京:南京大学出版社,
1992.
[4] 应崇福.超声学[M].北京:科学出版社,1993.
电话:(0411)3631333×3678
传真:(0411)3633080
E-m ail:liangch@
收稿日期:2003-10-28。