CN102814299A - 换热设备超声波在线防垢、除垢系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及换热设备超声波在线防垢、除垢系统，包括超声发声单元以及与所述超声发声单元电连接的换能器，所述超声发声单元包括调测、控制单元。所述调测、控制单元根据超声信号反馈单元反馈回来的管道内部超声波衰减信息对超声声学参数进行定向设计、调测。与现有技术相比，本发明能根据不同的应用环境来对超声声学参数进行适应性的调整，以实现在不同类型换热设备的不同管道环境下有效、充分的进行防垢、除垢。
Description
技术领域
本发明涉及超声波管道防垢、除垢领域，尤其涉及换热设备超声波在线防垢、除垢系统。
背景技术
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1W/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。
超声波技术在管道除垢防垢领域已经得到了很好的应用，其原理是以管道为媒体传播超声能量，从而产生一种压缩和膨胀交替的波，如果声波足够强，液体在波的膨胀阶段被推开形成气泡，而在波的压缩阶段，这些气泡瞬间爆裂，产生一种非常有效的冲击力，适用于管道的防垢、除垢。然而，现有的超声波除垢、防垢技术多重于研究其机械构造，通常每一种超声波除垢防垢装置都有其适应的管道设备，并不能根据不同的应用环境来对超声声学参数进行适应性的调整，以实现在不同管道环境下有效、充分的进行防垢、除垢。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有超声波除垢、防垢装置多只能适用于一种或几种类似的管道环境下的除垢、防垢等缺陷而提供一种能根据不同的应用环境来对超声声学参数进行适应性的调整，以实现在不同类型换热设备的不同管道环境下有效、充分的进行防垢、除垢的换热设备超声波在线防垢、除垢系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：换热设备超声波在线防垢、除垢系统，包括超声发声单元以及与所述超声发声单元电连接的换能器，所述超声发声单元包括调测、控制单元。
优选的，所述换能器为强磁致伸缩型换能器。由于其可伸缩，可灵活的安装在不同管道及管道的相应需要安装的任意位置。
优选的，所述调测、控制单元可针对不同应用环境下的超声声学参数进行定向设计。
优选的，所述调测、控制单元包括中央控制器和超声信号反馈单元，所述调测、控制单元根据所述超声信号反馈单元反馈回来的管道内部超声波衰减信息，通过所述中央控制器对超声声学参数进行调测。
优选的，所述调测、控制单元对超声波的功率、频率及宽度进行调测，使其在管道内形成充分的高速微涡效应和剪切应力效应。
与现有技术相比，本发明的有益效果为可根据不同的应用环境反馈回来的超声波信息来对超声声学参数进行适应性的优化调整，实现在不同类型换热设备的不同管道环境下都能进行有效、充分的防垢、除垢。
附图说明
图1为本发明超声波的防垢原理图；
图2为本发明的超声波高速微涡效应示意图；
图3为本发明的超声波剪切应力效应示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
换热设备超声波在线防垢、除垢系统，包括超声发声单元以及与所述超声发声单元电连接的换能器，所述超声发声单元包括调测、控制单元。所述换能器为强磁致伸缩型换能器。由于其可伸缩，可灵活的安装在不同管道及管道的相应需要安装的任意位置。
在本实施例中，所述调测、控制单元可针对不同应用环境下的超声声学参数进行定向设计。所述调测、控制单元包括中央控制器和超声信号反馈单元，所述调测、控制单元根据所述超声信号反馈单元反馈回来的管道内部超声波衰减信息，通过所述中央控制器对超声声学参数进行调测。所述调测、控制单元主要是对超声波的功率、频率及宽度进行调测，使其在管道内形成充分的高速微涡效应和剪切应力效应。
上述实施例的防垢原理如图1所示，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。
其中，高速微涡效应原理如图2所示，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。因此，调测超声声学参数至产生充分的高速微涡效应，可使得本发明系统具有充分有效的防垢与除垢的双重作用。此外，介质流动时，由于与固体壁面有摩擦力，会在近壁区域而形成滞流层，也叫边界层。这一区域的传热过程为滞流介质的导热过程而不是对流换热过程，而介质的导热系数较对流换热系数要低得多，因此滞流层的存在会降低传热系数。在超声波作用时，超声波引起的高速微涡可有效破坏滞流层，起到强化传热的作用。
其中，剪切应力效应原理如图3所示，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。无论哪种情况，污垢都会随着介质的流动被带走，这就是剪切应力效应。调整超声声学参数至形成最佳的剪切应力效应，可起到最佳除垢作用。
应用本发明的系统，针对不同管道的实际情况优化发出的超声声学参数，平均可提高换热设备传热系数21％，降低换热设备污垢热阻55％。
Claims (5)
1.换热设备超声波在线防垢、除垢系统，包括超声发声单元以及与所述超声发声单元电连接的换能器，其特征在于：所述超声发声单元包括调测、控制单元。
2.如权利要求1所述的换热设备超声波在线防垢、除垢系统，其特征在于：所述换能器为强磁致伸缩型换能器。
3.如权利要求1或2所述的换热设备超声波在线防垢、除垢系统，其特征在于：所述调测、控制单元可针对不同应用环境下的超声声学参数进行定向设计。
4.如权利要求3所述的换热设备超声波在线防垢、除垢系统，其特征在于：所述调测、控制单元包括中央控制器和超声信号反馈单元，所述调测、控制单元根据所述超声信号反馈单元反馈回来的管道内部超声波衰减信息，通过所述中央控制器对超声声学参数进行调测。
5.如权利要求3所述的换热设备超声波在线防垢、除垢系统，其特征在于：所述调测、控制单元对超声波的功率、频率及宽度进行调测。
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Publications (1)
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- 2011-06-10 CN CN201110156213XA patent/CN102814299A/zh active Pending
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