管道除垢防垢研究

管线电磁防垢除垢系统研究

摘要：在工业生产中，污垢的存在会影响设施的正常运转，给生产生活带来一定的损失和影响。传统的除垢方法会存在环境污染、效果差成本高等特点。

本文阐述了管线污垢形成的原理，影响因素并在此基础上利用单片机等工具，设计出了利用电磁场作用来达到管线除垢防垢目的。该装置运用单片机产生扫频方波信号，再利用H电桥驱动产生电磁场，在电磁场作用下，结垢粒子受到电场和磁场作用会产生振动，当粒子固有频率和电磁场频率相同产生共振，污垢沉积量就会减少。

通过实践证明，电磁场除垢能够有效防止污垢在管壁上的沉积，保证了管线的正常运行，降低了对生产生活的影响程度，除垢防垢效果明显，是一种成本低、无污染的除垢方法，具有较好的应用前景。

关键字：环境；管线；电磁场；共振；除垢

The research of pipeline electromagnetic anti-fouling systems

Abstract: In industrial production, the presence of dirt can affect the normal operation of the facility, certain losses and consequences for production and living. Traditional descaling methods there are environmental pollution, poor results cost higher.

This paper describes the principle of line fouling formation, influencing factors and based on the use of single-chip computer tools such as design using electromagnetic fields to achieve the prevention and removal of pipeline scaling purposes. The device using monolithic integrated circuit frequency square-wave signal, again using h-bridge driver generate electromagnetic fields, in the presence of electromagnetic fields, scale particles are affected by the electric field and magnetic field to vibrate when the particles equal to the natural frequency and the frequency of the electromagnetic field resonance, dirt deposits will be reduced.

Through practice, electromagnetic cleaning can help prevent dirt deposits on the pipe wall to ensure the normal operation of the pipeline, reducing the impact of production and life, obviously, is a low cost, no pollution of anti-scaling method has good prospects.

Keywords: The environment; Pipeline; Electromagnetic field; Resonance; Scale remova

目录

1 绪论 (1)

1.1研究背景 (1)

1.1.1 污垢在管道中的危害 (1)

1.2 国内外研究现状 (1)

1.3 本课题主要研究内容 (3)

2 电磁场除垢防垢相关理论 (4)

2.1 污垢形成基本理论 (4)

2.2 影响因素 (5)

2.3 电磁场除垢防垢原理 (6)

2.4 电磁场除垢优越性 (6)

3 除垢防垢装置设计 (8)

3.1 概述 (8)

3.2 扫频信号的生成 (8)

3.2.1 扫频信号的选择 (8)

3.2.2 信号产生方案研究 (8)

3.2.3 基于MCS51单片机的设计 (10)

3.3 H桥驱动电路 (17)

3.4 电磁场产生 (23)

4 除垢防垢效果研究 (25)

5 总结 (31)

参考文献 (32)

致谢 (33)

1 绪论

1.1研究背景

污垢是一种极为普遍的现象，它的主要成分是碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙等难溶盐类它存在于自然界、日常生活和在输油管道、供暖、供水系统以及热电厂煤灰排放系统等各种工业生产过程，特别是在各种传热过程中由于外界条件的变化，在管道内壁极易形成污垢，影响生产与生活的正常进行。所谓污垢是指在与流体相接触的固体表面上慢慢积累而成的那层固态或软泥状物质，通常是以混合物的状态存在的，固体表面从洁净状态到被污垢覆盖的过程，即污垢的积聚过程，人们常常称之为结垢或污染。有关研究表明，在实际生活和工程等领域中大多数以上的换热设施都存在不同程度的污垢问题，其次它的危害性很大。换热外表结垢将形成污垢热阻，加大了传热热阻和流动阻力，管道直径的细微变化也会引起流速的降低或压力降的增大，甚至引起部分换热设施事故出现；而热阻的增加使换热过程中的热效率降低，从而又引起一系列的经济损失。

1.1.1 污垢在管道中的危害

污垢是指与流体相接触的固体表面上逐步积累起来的固态或软泥态物质, 通常是以混合物的形式存在。比如管道输送的油气等介质中含有大量的物质，比如有机物、H 2S 和CO2、多种离子、细菌以及泥砂等杂质。因为有污垢成份的存在, 它就会有结垢的条件, 所以管道结垢所带来的危害有以下几个方面[1]:

(1) 能源浪费管道运送过程中需要使用大量的换热设备为原油升温、加热。而污垢的存在, 严重影响了换热设施发挥运行效能, 降低了换热效率, 使用于导热的相关能源大批浪费。而流体阻力的增加也造成了整体运行动力成本的上升。

(2) 环境污染利用传统化学清洗后使酸液外排, 增加了污染源的排放, 给环境带来巨大的污染，对人们的生产与生活带来不可想象的后果。

(3) 影响设施运行随着污垢的积累, 换热设施以及输送管线出现严重的堵塞。停止输送，接着除垢, 更换设备、管道, 造成运送无法连续运行, 严重影响到了企业的整体利润。

(4) 运行成功本增加结垢所引起的运行设施、管道更换带来巨大的经济损失, 防除垢处理所引起的动力耗费、水资源浪费、人工费用等都使得运行维护成本增加。

1.2 国内外研究现状

目前国内外的防垢、除垢方法主要分为以下几个方法：