超声波防垢器的阻垢效果及分析_张金红

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。

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。

超声波防除垢技术在水冷坩埚中的应用作者：吴传胜来源：《科技创新与应用》2013年第33期摘要：分析紫铜坩埚结垢的特点和危害及超声波防除垢的原理；比对传统的防除垢技术和超声波防除垢技术进行了比较；对超声波防除垢安装后实际情况进行了分析。

应用试验表明：超声波防除垢技术对水冷紫铜坩埚防除垢效果明显，解决了紫铜坩埚多年的结垢问题，同时节能效果显著。

关键词：水垢；超声波；水冷紫铜坩埚1 水冷紫铜坩埚结垢特点及危害水冷紫铜坩埚是钛材真空熔炼的的关键设备之一，根据调查显示我公司所有的水冷坩埚都存在结垢问题，结垢后的水冷紫铜坩埚换热效率下降50%，并且紫铜坩埚容易发生变形，每年给我公司带约为600～800万人民币的经济损失。

1.1 结垢特点钛材在熔炼过程中，熔池的温度达到1700℃，钛溶液在坩埚中需要结晶，就需要通过紫铜坩埚的换热能力，降低钛溶液的内能。

由于紫铜坩埚的工作温度较高，导致垢质大量析出。

根据测量得：紫铜坩埚每月的结垢厚度约为0.7～0.8mm，需要每月进行清洗除垢，否则会因水垢太厚，换热效率太低而无法进行使用。

1.2 结垢后的危害1.2.1 增大能耗结垢后的紫铜坩埚导热系数较小，使得换热性能下降。

而且垢层的存在减小了冷却水的流通面积，增加了流动阻力，直接导致了动力设备能耗的增加。

1.2.2 增加生产铜坩埚维护成本为了补偿结垢后紫铜坩埚传热能力降低的问题，需要在设计紫铜坩埚换热时增加水流量，使得冷却水循环系统的水泵功率增加，增加了电能的损耗。

1.2.3 缩短紫铜坩埚寿命由于结构问题，紫铜坩埚的换热效率降低，使坩埚一直处于高温工作状态，紫铜坩埚容易发生热应力变形。

变形后的紫铜坩埚造成熔化后的钛锭难以顺利取出，造成坩埚报废。

2 超声波防除垢的工作原理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效极微小的局部空穴，当这些空穴气泡破裂或互相挤压时，产生一定范围的强大的压力峰，这一强匿力峰能使积垢物质粉碎悬浮于液体介质中，并使已生成的积垢层破碎使其易于脱落，这就是超声波的空化效应。

超声波防垢器在工业生产应用中的效果分析1引言在化工、石油、冶金、热电、制糖、食品等行业中，换热传热设备、蒸发冷却设备及金属管道内的结垢问题，一直长期困扰着这些企业的生产和效益。

对此，不同的行业采取了不同的清垢方式。

其方式主要有两类：在线连续清垢和离线停工清垢。

在线连续清垢的传统方法有注入阻垢剂法、涂料法、永磁法、电磁法及高频法。

其中阻垢剂需要连续注入，每次用量难以把握，清垢效果时好时坏;涂料法对涂料工艺要求高且价格昂贵，若达不到工艺要求，会造成涂料脱落，起不到防垢作用;而后三种方法因成本高或实施困难，因此不能有效地解决实际问题。

离线停工清垢常常是在计划外停工、装置局部停工或各设备切换条件下进行，而传统采用的各种手段，如高压水喷射(机械清垢法)和化学清洗剂(化学清垢法)等，也只是治标不治本，不但给生产造成了影响，同时会增加计划外费用、磨损腐蚀设备、污染区域环境、损害工人健康等。

目前，与传统清垢方法有着本质区别的超声波防垢器，因具有在线连续工作、自动化程度高、工作性能可靠、无环境污染、运行费用低等特点，已广泛用于众多行业的设备及管道中的防垢和除垢。

2超声波防垢器的防垢机理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：(1)"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5×104/s，局部增压峰值可达数百甚至上千大气压。

(2)"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)5结语据现场使用情况和研究结果表明，超声波功率一定时，频率低、作用时间长，防垢效果较好;超声波频率一定时，功率大、作用时间长，防垢效果较好。

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。

超声波防垢技术经济效益分析锅炉、蒸发罐、反应釜等以及以水为介质的热交换设备管道结垢一直是困扰人们的重大技术难题。

热交换装置管壁上的坚硬沉积物（水垢）会大大降低设备的换热系数，因而必须定期清洗除垢。

传统的清洗方法有机械清洗法和化学清洗法。

不管机械法或化学法，都必须将换热装置停运，部分拆解，并使用有害化学药剂如盐酸进行清洗。

而清洗热交换器以及把使用过的清洗药剂无害化处理的费用极其巨大。

此外，传统方法清洗水垢的工作不仅又脏又累，还有害于工人健康。

防止水垢形成，传统的阻垢方法是对水进行化学处理，即用钠离子交换床把水中的硬度盐分离出去。

为了保证交换床的工作，必须定期更换用于水处理的树脂，并对排出物进行无害化处理。

但是，即便花费了大量资金建起水处理设备，使其运行，也不能产生百分之百的防垢效果，因为在水中通常还含有其他非离子交换床所能滤掉的物质，如铁的化合物等。

随着社会进步和科技发展，针对热交换系统结垢问题研制的物理方法超声波除垢防垢装置问世。

超声波换能器直接安装在需要阻垢的系统管道内，声波震荡在水中或管道壁上传播，破坏了成垢条件，使垢疏松崩解成粉末状。

因此超声波除垢效果较以前的各种除垢方法有革命性提高，很好地解决了众多换热设备及系统长期未解决的污垢水处理难题。

成都九洲超声技术有限公司的强功率超声波设备不仅解决水系统结垢问题，而且全领域覆盖如油水介质，盐液，糖液及其它特殊液体结垢问题。

在国内首屈一指地批量应用于中石油，中石化，攀钢，鞍钢等企业行业集团。

超声波除垢具有效率高、防垢性能稳定、运行成本低、损耗小、安装方便等特点，产品在水处理行业已经占据主导地位，其经济效益分析如下：1超声波防垢装置用在汽轮机凝汽器上：可使端差接近设计值，真空接近设计值，同等汽耗情况下提高发电量3.5-6.5%左右。

2超声波防垢装置用在电站锅炉上：在水处理不合格的情况下，可除垢防垢，防止氧腐蚀，减少管腐蚀内漏和结垢爆管的概率。

增加如下效益：减少停炉热损失和起炉的燃油燃煤消耗，增加发电时数，降低燃料消耗和检修费用；年均增效6-10%左右。

超声波防垢器的原理及其应用
刘翠芬
【期刊名称】《河南化工》
【年(卷),期】2003(000)012
【摘要】对超声波防垢器的防垢机理进行了分析,现场使用证明,超声波防垢器既能防止积垢的形成,又能破坏已有积垢,具有较好的防垢效果,在环保节能、提高工效、降低成本等诸方面具有重要的意义.
【总页数】2页(P28-29)
【作者】刘翠芬
【作者单位】中原大化集团有限责任公司,河南,濮阳,457004
【正文语种】中文
【中图分类】TQ085.4
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1.TC型超声波管道防垢器在冷却水系统中的应用 [J], 林雅琴;张有琳;焦晓东
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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。

超声波防垢措施及效果分析
余兰兰;高英杰;余宏伟;郑凯
【期刊名称】《油气田地面工程》
【年(卷),期】2009(028)010
【摘要】针对油田结垢严重这一问题,对超声波防垢措施进行研究.阐述了超声波的防垢机理,结合现场实验,研究超声波对油田水中主要成垢离子的影响,并对单超声和双超声防垢进行对比.结果表明,超声波对Ca2+、Mg2+的成垢有明显的抑制作用,能够增大成垢物质的溶解度,达到防垢的目的.
【总页数】2页(P16-17)
【作者】余兰兰;高英杰;余宏伟;郑凯
【作者单位】大庆石油学院化学化工学院;大庆石油学院化学化工学院;大庆油田采油二厂;大庆油田采油二厂
【正文语种】中文
【中图分类】TE3
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