CN106166556A - 基于超声导波技术的管道内壁除垢方法 - Google Patents

基于超声导波技术的管道内壁除垢方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于超声导波的管道内壁结垢去除方法，属于管道除垢技术。其包括以下步骤，当得知管道内壁发生结垢或堵塞现象时，超声导波信号发生模块发出电压信号；电压信号通过放大模块进行放大；放大后的电压信号经过安装在管道外壁上的除垢模块中的超声换能器转换成超声导波作用到管壁；超声导波经过管壁传播到结垢层区域，使得结垢层与管壁之间形成剪切力，迫使结垢层与管壁分离；同时超声导波在管道中的流体中发生空化效应，进而达到除垢目的。本发明方法能有效对管道较大范围内的内壁结垢进行清除、除垢作用距离长、不损坏管道、不干扰正常物料运输，除垢高效智能便捷等特点。

Description

基于超声导波技术的管道内壁除垢方法
技术领域
本发明涉及一种基于超声导波的管道内壁结垢去除方法，属于管道除垢技术领域。
背景技术
管道运输作为工业生产物料运输的主要方式，与其他方式相比具有运输量大，不受气候、地形的限制，可连续运行、成本低等突出优点。由于生产过程中众多因素的影响，管道内壁结垢不可避免。管道结垢会增大物料运输的阻力，严重时会导致管道堵塞，甚至会造成重大的生产及安全事故，因此及时有效的清除管道内壁的结垢至关重要。
目前国内外已有多种管道除垢的技术和方法：(1)高压水喷射除垢法，利用高压水经特殊喷嘴喷向结垢层，该方法存在着干扰正常生产、耗水多和后续的水处理等问题。(2)机械除垢法，机械除垢一般采用清管器清理管道内壁的垢，主要有磁力清管器、钉轮清管器和刷轮清管器等。该法主要适用于堵塞情况较轻且距离长、管径较大的管道，对于结垢严重的情况实施困难较大，同时易造成清管器卡堵等问题。(3)化学除垢法，其缺点是化学除垢剂的用量难以精确掌握，除垢不均匀，清洗过程中易损坏管道，同时大量使用除垢剂会导致环境污染，同时还会污染管道内输运的物料本身。(4)传统超声波除垢法，在明确堵塞位置后，在该位置处安装超声振子，将超声波作用于管道，使管内流体产生空化作用，管道内部的污垢受空化泡的影响而破裂、剥离管道。该方法受到超声波换能器约束角及输出功率的限制，只对超声换能器安装部位的附近管道有效，因为超声波的作用范围极小，距离短；而本发明技术采用的超声导波则是作用于管壁沿管道轴向传播，作用范围更大，距离更长。
基于超声导波技术的管道除垢装置能够对长距离管道内结垢进行清除。该技术除垢原理基于管道内壁和结垢层之间的剪切力和超声空化效应。超声导波沿管壁传播，其传输距离长，因此该技术除垢有效距离较长，也是该技术的突出优点为。本技术适用于其它利用管道运送流体物料的行业，可实现在不停产前提下较长范围内的管道内壁除垢。
发明内容
针对已有技术存在的问题，本发明提供了一种在不破坏管道输运的前提下的、除垢范围较长的基于超声导波技术的管道除垢方法。
本发明所述的一种基于超声导波技术的管道除垢方法的技术方案包括以下步骤：
当得知管道中有结垢或堵塞发生并已知其位置时，信号发生模块发出电压信号；该电压信号通过信号放大模块进行放大；放大后的电压信号经过除垢模块转换成超声导波作用到管壁；超声导波经过管壁传播到结垢层区域，使得结垢层与管壁之间形成剪切力，迫使结垢层与管壁分离；同时超声导波在管道中的流体中发生空化效应发生空蚀，进而达到除垢目的。
所述的基于超声导波技术的管道除垢方法，其特征在于所述的超声导波除垢信号发生模块，可采用计算机，其信号输出设备可为带模拟输出功能的多通道数据采集卡；也可采用以微处理器为核心的集成信号发生模块；也可采用专门研制开发的超声导波激励电源；也可采用通用的信号发生器，用于产生激励超声换能器的电压信号。
所述的放大模块为独立的功率放大模块，采用高频功率放大器。
所述的除垢模块为压电超声换能器，由一个或多个大功率压电超声换能器组成，用夹具固定沿轴向均匀分布于被测待除垢管道的外表面，用于将放大后的电压信号转换为超声导波信号作用于管道壁。
根据管道内壁的结垢情况，超声导波模式为T扭转波，超声导波除垢信号的工作频率为20～100KHz，除垢操作持续约15～180分钟。
本发明的优点在于能够清除管道内的结垢和堵塞。在确定被监测的管道区域内有结垢和堵塞现象后可立即通过本方法进行清除，较现有其他方法的突出优点是除垢作用距离长、不损坏管道、不干扰正常物料运输等特点。本技术适用于利用管道运送流体物料的行业，可实现在不停产前提下较长范围内的管道内壁除垢。
附图说明
图1为本发明的工作原理示意图；
图2为超声导波除垢实施例清除管道内结垢的结果。
具体实施方式
采用本发明技术对外径88.9mm，壁厚5.49mm，长度为3m的钢管进行除垢测试。
管道具体情况和除垢过程如下：
(1)管道采用AISI-304不锈钢，弹性模量209GPa，泊松比0.29，密度8030kg/m3；
(2)管道内部80％内表面附着有结垢，其成分为CaCO3，其弹性模量70GPa，泊松比0.3，密度2700kg/m3；
(3)采用1个超声换能器安装在的钢管表面，管道放置于水槽中进行除垢。超声导波模式为T扭转波，工作频率为40KHz，除垢操作持续约30分钟。
图2所示为上述实施例清除管道内结垢的结果。其中(a)显示的是经过除垢实验后的管道内表面；(b)显示的是除垢后管道断面的金相(Metallographic)照片，说明绝大部分结垢已被清除，同时管道表面未见破坏。

Claims (5)

1.一种基于超声导波技术的管道除垢方法，其特征在于包括以下步骤：
当得知管道内壁发生结垢或堵塞时，超声导波除垢信号发生模块发出电压信号；电压信号通过信号放大模块进行放大；放大后的电压信号经过除垢模块中的超声换能器转换成超声导波作用到管壁；超声导波经过管壁传播到结垢层区域，使得结垢层与管壁之间形成剪切力，迫使结垢层与管壁分离；同时超声导波在管道中的流体中发生空化效应，进而达到除垢目的。
2.根据权利要求1所述的基于超声导波技术的管道除垢方法，其特征在于所述的超声导波除垢信号发生模块，可采用计算机，其信号输出设备可为带模拟输出功能的多通道数据采集卡；也可采用以微处理器为核心的集成信号发生模块；也可采用专门研制开发的超声导波激励电源；也可采用通用的信号发生器，用于发生超声导波除垢信号。
3.根据权利要求1所述的基于超声导波技术的管道除垢方法，其特征在于所述的超声导波除垢信号模式为T扭转波，工作频率为20-100KHz，除垢操作持续约15～180分钟。
4.根据权利要求1所述的基于超声导波技术的管道除垢方法，其特征在于所述的超声导波除垢信号放大模块为独立的功率放大模块，采用高频功率放大器。
5.根据权利要求1所述的基于超声导波技术的管道除垢方法，其特征在于除垢模块为压电超声换能器，由一个或多个大功率压电超声换能器组成，用夹具固定沿轴向均匀分布于被测待除垢管道的外表面，用于将放大后的电压信号转换为超声导波信号作用到管道壁，经过管壁传播到结垢层区域，使得结垢层与管壁之间形成剪切力，迫使结垢层与管壁分离，超声导波在管道中的流体中发生空化效应，进而达到除垢目的。
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