超聲防垢阻垢機(jī)理的動態(tài)力學(xué)分析

換熱設(shè)備的積垢一直是嚴(yán)重困擾熱電、化工、石油開采、煉油等生產(chǎn)領(lǐng)域正常生產(chǎn)的主要障礙之一。目前通用的化學(xué)法或化學(xué)與機(jī)械結(jié)合法除垢有許多缺點(diǎn)。超聲波防垢阻垢一種物理防除垢技術(shù)，不僅能夠減緩積垢形成的速度，防止積垢，甚至可以破壞已有積垢。該技術(shù)具有投資小、處理水量大、自動化程度高、施工簡潔、對垢物類型無選擇以及對介質(zhì)和環(huán)境基本無污染等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外在實際應(yīng)用方面取得了一定的成果?，F(xiàn)有的一些對超聲防垢阻垢機(jī)理的研究多是在實驗室相對靜態(tài)下進(jìn)行的。這與實際對象的流動性、流體壓力和溫度的多變性以及溶質(zhì)的多樣性等相差較大。本項目研究流動液體的超聲防垢阻垢機(jī)理，著重研究流動液體的動力學(xué)性能及物理化學(xué)參量與大功率超聲參量之間的相關(guān)關(guān)系，探索液體流動狀態(tài)下超聲防垢、阻垢的機(jī)理，為新型超聲防垢、阻垢技術(shù)的開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。項目成果對于新型節(jié)能防除積垢技術(shù)的發(fā)展具有積極的推動作用。

1、利用超聲波防垢除垢后，不需要做定期的化學(xué)除垢，因為超聲波除垢和防垢是同步進(jìn)行的，有垢除垢，無垢防垢，長期無后顧之憂。

2、傳統(tǒng)的停工清垢，常常是計劃外的停工，裝置局部停工或設(shè)備切換條件下運(yùn)行，不但給正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響，還會產(chǎn)生計劃外的費(fèi)用，而利用超聲波防垢除垢，完全是在線進(jìn)行，與生產(chǎn)毫不沖突，使得生產(chǎn)環(huán)節(jié)更加的穩(wěn)定可靠，降低了不必要的停機(jī)時間。

3、節(jié)能效果顯著，平均節(jié)能30%，并且與其他方式相比，延長了換熱器使用壽命，避免了除垢停工停產(chǎn)造成的損失。利用超聲波除垢為企業(yè)節(jié)省了費(fèi)用開支，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

4、超聲波防垢除垢完全是物理過程，不需要使用任何化學(xué)藥劑，無腐蝕、無污染，對操作人員的健康以及換熱器無任何損害，具有較好的社會效益。

5、利用超聲波防垢除垢低功耗，運(yùn)行費(fèi)用低，可在線連續(xù)工作，實現(xiàn)了全自動化，無須設(shè)崗專人操作。

總之，超聲波防垢除垢設(shè)備具有既能防止積垢的形成，又能破壞已有積垢的雙重作用。經(jīng)長期實踐證明，這一技術(shù)是現(xiàn)代除垢中最實效，最具科學(xué)的方法，其推廣價值在環(huán)保節(jié)能、提高工效、降低成本等諸方面具有廣泛的意義。 2100433B

超聲波防垢是一種機(jī)械震動在介質(zhì)中傳播過程，超聲波頻率高，波長短。超聲波除垢設(shè)備主要由超聲波發(fā)生器、傳聲系統(tǒng)和換熱器管道內(nèi)的換能器等組成。超聲波防垢主要是利用超聲波功率聲場處理流體，使流體中的垢物質(zhì)在超聲波作用下，理化指標(biāo)和形態(tài)產(chǎn)生變化，使成垢分散、松散、粉碎、脫落，不容易附著在管壁上，從而達(dá)到了換熱器防垢除垢的效果，改善并提高了熱傳導(dǎo)效率。超聲波的防垢除垢的原理主要體現(xiàn)為以下幾個方面：

1、空化作用：超聲波的能量對被處理流體介質(zhì)直接產(chǎn)生大量的空穴和氣泡，當(dāng)這些空穴和氣泡破裂和擠壓時，產(chǎn)生一定范圍的強(qiáng)大的壓力峰，局部的壓力峰可達(dá)上千個大氣壓，成垢物質(zhì)在壓力峰作用下，粉碎懸浮于水中，并使已生成的垢層破碎使其易于脫落，這樣達(dá)到超聲波除垢的目的。

2、活化作用：超聲波在流體中產(chǎn)生“空化”作用，提高流動流體和成垢物質(zhì)的活性，破壞垢類生成和在換熱器管壁沉積的條件，使成垢物質(zhì)在流體中形成分散沉積體而不在管壁上形成硬垢，這樣達(dá)到超聲波防垢的目的。

3、剪切作用：超聲波輻射在垢層和管壁上及水中，由于對超聲波頻率響應(yīng)不同，三者產(chǎn)生不同步的振動，因此產(chǎn)生高速的相對運(yùn)動。由于速度差形成垢層與換熱器管壁界面上的相對剪切力，從而導(dǎo)致垢層產(chǎn)生疲勞而松脫，這樣達(dá)到超聲波除垢的目的。

4、抑制作用：通過超聲波的作用改變流體主體的物理化學(xué)性質(zhì)，能抑制水中離子在壁面處的成核和長大。因此，減少粘附于換熱器面上成垢離子的數(shù)量。實踐研究證明，超聲波作用時間越長防止成垢物質(zhì)結(jié)垢效果越佳。總之，水在超聲波作用下，當(dāng)超聲波能量足夠大時，即“功率超聲”能夠在常溫、常壓的環(huán)境條件下，使傳導(dǎo)介質(zhì)中產(chǎn)生短促的，局部的，極大的高溫、高壓、高強(qiáng)電場的極端物理環(huán)境，流體會產(chǎn)生所謂的“聲空化效應(yīng)”從而引發(fā)許多的力學(xué)、物理、化學(xué)、生物等效應(yīng)，達(dá)到流體中超聲波防垢、除垢目的。

超聲波防垢器的關(guān)鍵技術(shù)特色是：避開了從處理換熱介質(zhì)液體本身的難點(diǎn)上下功夫，而是轉(zhuǎn)移到針對結(jié)垢的壁面（即換熱界面）實施動態(tài)處理、進(jìn)行防除結(jié)垢。這就抓住了解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)，因為不管換熱介質(zhì)中所含垢質(zhì)成分的性態(tài)如何、含量多少，只要不讓垢質(zhì)成分結(jié)掛在換熱壁面上，防除結(jié)垢的目的就實現(xiàn)了?？梢哉f，這一重要突破，是防除結(jié)垢技術(shù)領(lǐng)域一次質(zhì)的飛躍。