[摘要]文章以“節(jié)能降耗”為出發(fā)點(diǎn)，綜述了電廠積垢問題的嚴(yán)重性以及帶來的經(jīng)濟(jì)損失，介紹了超聲波除垢方法存在的優(yōu)點(diǎn)，探討了超聲波應(yīng)用于除垢的機(jī)理，并且從電廠換熱器方面介紹了超聲波在抑制結(jié)垢方面的應(yīng)用，闡述了超聲波防垢器在凝汽器上的實(shí)防;應(yīng)用效果。指出超聲波除垢是除垢技術(shù)今后的發(fā)展方向，同時也是今后電力行j世防除積垢技術(shù)的發(fā)展方向。

1.引言

近年來，國家大力提倡“節(jié)能降耗”，簡言之就是節(jié)約能源、降低消耗，用最少的投入去獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。電廠中的積垢問題就嚴(yán)重影響了電廠的經(jīng)濟(jì)效益，換熟器是電力領(lǐng)域中的重要組成設(shè)備之一，換熱器在使用過程中，污垢沉積物會不可避免地出現(xiàn)在傳熱表面上，出現(xiàn)積垢現(xiàn)象，低溫?fù)Q熱器也許是唯一的例外⋯t。換熱器的積垢防治是急需解決的閥題。污垢沉積物熱阻較高，大大降低了傳熱速率，有時由于污垢的存在使傳熱面積需增加100 oA：同時由于結(jié)垢減小了流道面積，介質(zhì)流動阻力增大，能耗增加，由此而造成了一系列的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計，我國每年由于換熱器積垢而造成的損失高達(dá)loo億元以上。

以一電廠600MW機(jī)組雙背壓凝汽器為例進(jìn)行計算，冷卻水管結(jié)垢0.3m時使凝汽器真空下降1.6Kpa，使機(jī)組的功率減少7572.304Kw，使機(jī)組的熱耗率增加95.91kM(Kw·h)。按每年300天計算，一年減少收入：7572.3×24×300×0.35=1908萬元?？梢姡姀S積垢問題對經(jīng)濟(jì)效益的影響，從側(cè)面也就降低了能源的利用率問題，因此，我們要對污垢問題引起足夠的認(rèn)識和重視。而超聲波除垢是最近幾年來研究很活躍的話題，由于無化學(xué)污染，運(yùn)行費(fèi)用低，可在線連續(xù)工作等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。

2.聲波除垢簡介

超聲技術(shù)的用途可以分為兩大類：檢測超聲和功率超聲，兩者的主要區(qū)別是介質(zhì)微粒的振動幅度不同。檢測超聲介質(zhì)微粒的振動幅度很小，主要用于采集信息，對物體進(jìn)行無損檢測：功率超聲則利用能量來改變材料的某些狀態(tài)，需要比較大的功率。超聲波防除積垢技術(shù)是功率超聲的應(yīng)用。

2.1聲波除垢的機(jī)理

近年來，超聲波技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)化、化：[過程強(qiáng)化、廢水處理以及設(shè)備防、除垢等方面的研究十分活躍。

2.1.1活化效應(yīng)

超聲波在液體介質(zhì)中通過空化作用，可以使水分子裂解為H·自由基和Ho·自由基，甚至H+和0H一等。而oH·與積垢物質(zhì)離子可形成諸如CaOl、MgOl等的配合物，從而增加水的溶解能力，使其溶解積垢的能力相對提高。也就是說，超聲波能提高流動液體和積垢物質(zhì)的活性，增大被水分子包裹著的積垢物質(zhì)微晶核的釋放，破壞垢的生成和在管壁沉積的條件，使積垢物質(zhì)在液體中形成分散沉積體而不在管壁上形成硬垢。超聲波能極大地提高過飽和溶液的成核速率，有利于在溶液中形成大量的小沉淀顆粒，從而消除溶液的過飽和度，緩解固體表面成垢的壓力。

2.1.2空化效應(yīng)

超聲波的輻射能對被處理液體介質(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數(shù)極微小的局部空穴，當(dāng)這些空穴幕l氣泡破裂或互相擠壓時，產(chǎn)生一定范圍的強(qiáng)大的壓力峰，這一強(qiáng)匿力峰能使積垢物質(zhì)粉碎懸浮于液體介質(zhì)中，并使已生成的積垢層破碎使其易于脫落。根據(jù)理論和實(shí)踐測算，用20kHz、50W/c群的超聲波對1cm3液體輻射時，發(fā)生空化的氣泡數(shù)為5×104/S，局部增壓峰值可達(dá)數(shù)百甚至上千大氣壓。空化效應(yīng)的存在，很顯然超聲波不僅能增大溶液的電導(dǎo)率，麗目.會降低溶液的表面張力及粘度。

2.1.3剪切效應(yīng)

當(dāng)超聲波由結(jié)垢熱交換熱各金屬外表面向里傳播時，即會引起金屬換熱界面上的垢質(zhì)跟隨金屬振動。但由于垢質(zhì)的性態(tài)和彈性阻抗(彈性系數(shù))不同，垢質(zhì)與金屬會在換熱界面上形成剪切應(yīng)力作用，導(dǎo)致金屬換熱界面上的垢質(zhì)層疲勞、裂紋、疏松，破碎而脫落，這就是剪切效應(yīng)⋯]。剪切效應(yīng)可以起到除垢的作用。

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)和聲流對積垢生成也有直接的防除效應(yīng)。

2.2聲波除垢的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的清垢方法不外乎兩種：在線清垢和停工清垢。在線清垢的方法有：注入阻垢劑、涂料法、永磁法、電極法及高頻法。其中注入阻垢荊，用量難以把握，清垢效果時好時壞：涂料法對涂料工藝要求高且價格昂貴，若達(dá)不到工藝要求，會造成涂料脫落，起不到防垢作用。后三種方法因成本高或?qū)嵤├щy很少使用。停工清垢常常是計劃外停工、裝置局部停工或各設(shè)備切換條件下進(jìn)行，不但給正常生產(chǎn)造成了影響，同時會增加計劃外費(fèi)用。與傳統(tǒng)的除垢方法相比，超聲波除垢有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)使用超聲波防除積垢后，不再需要定期做化學(xué)除垢，會延長設(shè)備的壽命：

(2)使用超聲波防除積垢后，生產(chǎn)更加穩(wěn)定、可靠，降低了設(shè)備的停機(jī)時間：

(3)從提高生產(chǎn)效率、消除化學(xué)除垢和提高機(jī)械設(shè)備壽命計算，超聲波防除積垢具有較好的經(jīng)濟(jì)效益：

(4)超聲波防除積垢法，無化學(xué)污染，不造成任何環(huán)境危害，具有較好的社會效益：

(5)超聲波防除積垢法，運(yùn)行費(fèi)用低，可在線連續(xù)工作，可實(shí)現(xiàn)全自動化，無須設(shè)崗專人操作。

3.超聲波防垢曩在凝汽囂上的應(yīng)用

1998年初，大慶石化分公司根據(jù)安排，針對如何防止凝汽器在運(yùn)行過程中結(jié)垢進(jìn)行了調(diào)研和論證?；诔啥紓鞲袚Q能技術(shù)研究所開發(fā)的超聲波防垢器在防垢領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)，并且在油田管道應(yīng)用效果較好，遂在1998年4月份裝置停工檢修期間與廠家合作，在裂解氣壓縮機(jī)凝汽器循環(huán)水入口管段安裝了兩臺C一5000型時控超聲波防垢器，并于6月份進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)試。

3.1設(shè)備的安裝

該廠凝汽器EH一1301應(yīng)用的C-5000型防垢器主要由超聲波功率發(fā)生器(1)、傳輸電纜(2)和裝于凝汽器循環(huán)冷卻水入口管道內(nèi)的壓電式換能器(3)組成如圖1所示。

功率發(fā)生器機(jī)箱安裝在壓縮機(jī)廠房操作室內(nèi)，將換能器安裝在凝汽器的兩條冷卻水入口管道內(nèi)，經(jīng)傳輸電纜引出，連到功率發(fā)生器上。超聲波功率發(fā)生器產(chǎn)生25kHz±3kHz的超聲波電功率信號，經(jīng)傳輸電纜到管道內(nèi)的壓電式換能器，將交變的電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械振動，即超聲波信號。圖2為帶G管的換能器EH一1301循環(huán)水入口管段上的安裝示意圖。

3.2超聲波防垢器的應(yīng)用效果

1997年6月，超聲波防垢器安裝調(diào)試后，開始連續(xù)在線運(yùn)行。該廠對防垢器投用后的防垢效果進(jìn)行了長期跟蹤測試。由于1998年裝置未進(jìn)行檢修，至1999年4月末，凝汽器已連續(xù)安全運(yùn)行兩年時間，從各項運(yùn)行數(shù)據(jù)(表1)及檢修后檢查情況看，防垢效果非常明顯。

3.3使用前后效果對比

(1)循環(huán)水出口溫度升高。該廠凝汽器入口循環(huán)水采用二級水，溫度一直控制在31℃～34"C之問。1997年6月份防垢器安裝后，凝汽器出水溫度一直保持在43℃以上，比防垢器投用前提高了5"C左右，循環(huán)水吸熱量增加。凝汽溫度與冷卻水出口的傳熱溫差降低。

(2)透平排汽溫度降低，真空度上升。防垢器安裝后，透平真空度～直維持在0。085～0。087MPa范圍內(nèi)，與安裝前相比，抽汽量不變，盡管透平排汽量增大，但排氣溫度平均下降了10℃，真空度上升了0.015MPa。

結(jié)語

超聲波除垢具有既能防止積垢的形成，又能破壞已有積垢的雙重作用。超聲技術(shù)在石油化工等領(lǐng)域中的成功運(yùn)用，可提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)和設(shè)備的安全運(yùn)行，降低成本，提高生產(chǎn)效率。超聲波防除積垢技術(shù)操作簡單、成本低，是今后電力行業(yè)防除積垢技術(shù)的發(fā)展方向。

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