超声防垢阻垢机理的动态力学分析

换热设备的积垢一直是严重困扰热电、化工、石油开采、炼油等生产领域正常生产的主要障碍之一。目前通用的化学法或化学与机械结合法除垢有许多缺点。超声波防垢阻垢一种物理防除垢技术，不仅能够减缓积垢形成的速度，防止积垢，甚至可以破坏已有积垢。该技术具有投资小、处理水量大、自动化程度高、施工简洁、对垢物类型无选择以及对介质和环境基本无污染等优点，国内外在实际应用方面取得了一定的成果。现有的一些对超声防垢阻垢机理的研究多是在实验室相对静态下进行的。这与实际对象的流动性、流体压力和温度的多变性以及溶质的多样性等相差较大。本项目研究流动液体的超声防垢阻垢机理，着重研究流动液体的动力学性能及物理化学参量与大功率超声参量之间的相关关系，探索液体流动状态下超声防垢、阻垢的机理，为新型超声防垢、阻垢技术的开发提供科学依据。项目成果对于新型节能防除积垢技术的发展具有积极的推动作用。

1、利用超声波防垢除垢后，不需要做定期的化学除垢，因为超声波除垢和防垢是同步进行的，有垢除垢，无垢防垢，长期无后顾之忧。

2、传统的停工清垢，常常是计划外的停工，装置局部停工或设备切换条件下运行，不但给正常生产产生影响，还会产生计划外的费用，而利用超声波防垢除垢，完全是在线进行，与生产毫不冲突，使得生产环节更加的稳定可靠，降低了不必要的停机时间。

3、节能效果显著，平均节能30%，并且与其他方式相比，延长了换热器使用寿命，避免了除垢停工停产造成的损失。利用超声波除垢为企业节省了费用开支，创造了经济效益。

4、超声波防垢除垢完全是物理过程，不需要使用任何化学药剂，无腐蚀、无污染，对操作人员的健康以及换热器无任何损害，具有较好的社会效益。

5、利用超声波防垢除垢低功耗，运行费用低，可在线连续工作，实现了全自动化，无须设岗专人操作。

总之，超声波防垢除垢设备具有既能防止积垢的形成，又能破坏已有积垢的双重作用。经长期实践证明，这一技术是现代除垢中最实效，最具科学的方法，其推广价值在环保节能、提高工效、降低成本等诸方面具有广泛的意义。 2100433B

超声波防垢是一种机械震动在介质中传播过程，超声波频率高，波长短。超声波除垢设备主要由超声波发生器、传声系统和换热器管道内的换能器等组成。超声波防垢主要是利用超声波功率声场处理流体，使流体中的垢物质在超声波作用下，理化指标和形态产生变化，使成垢分散、松散、粉碎、脱落，不容易附着在管壁上，从而达到了换热器防垢除垢的效果，改善并提高了热传导效率。超声波的防垢除垢的原理主要体现为以下几个方面：

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目的。

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。

超声波防垢器的关键技术特色是：避开了从处理换热介质液体本身的难点上下功夫，而是转移到针对结垢的壁面（即换热界面）实施动态处理、进行防除结垢。这就抓住了解决问题的关键点，因为不管换热介质中所含垢质成分的性态如何、含量多少，只要不让垢质成分结挂在换热壁面上，防除结垢的目的就实现了。可以说，这一重要突破，是防除结垢技术领域一次质的飞跃。