CN200978235Y - 高效除/防垢仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高效除/防垢仪，是针对油田三元弱碱驱油体系结垢问题研发的一种设备。该仪器有进水管法兰、垫片a、筒体进口法兰、传感器、电器防护罩壳、电器总成、凸台、圆头螺栓、筒体出口法兰、出水管法兰、垫片b、螺栓、螺母、支架a、高压电场钛电极棒、筒体、传感器导线护管、支架b等零件，详细结构见说明书。本实用新型优点是：阻垢、除垢、杀菌、灭藻、防腐效果好，从根本上解决了传统水处理方法易产生环境二次污染等问题，设备运行费用及维护费用低，经济效益好，产品质量可靠，性能稳定、使用寿命长，产品结构合理、安装简便、使用范围广泛。本实用新型设备不仅用于油田三元弱碱驱油体系结垢，而且用于循环水系统等。

Description

高效除/防垢仪

技术领域

本实用新型涉及工业结垢所用的一种设备，具体地说，是涉及高效除/防垢仪(商品名称是HZ-GBD型高效三元除/防垢仪)。它是针对油田三元弱碱驱油体系结垢问题研发的一种新型除防垢设备，该设备将变频技术与高压电场技术有机结合，从而有效达到除防垢目的。

背景技术

管道、锅炉、换热器等设备的除防垢是目前困扰全世界科学界的老大难问题，传统的物理方法除防垢技术如电子防垢技术、高压电场防垢技术从根本上是不能非常有效阻止硬质垢在三元注聚泵设备上的形成，在使用初期阶段能促使部分旧垢剥落，但失效很快。而化学除垢方法虽然除垢比较彻底，但容易改变三元弱碱的性状，而且容易造成环境污染，运行成本高。因此，传统的除防垢技术都不是理想的除防垢方法。

本实用新型的工作原理是利用变频共振技术与高压电场技术，达到综合除防垢的目的。水在变频共振的作用下，水分子的氢键被打断，使水分子团变成单个的带有极性的水分子，提高了水分子的活化极性和对水垢的溶解度，极微小的水分子可以渗透、包围、疏松、溶解、去除管壁上的老垢，浮在水中的钙离子和碳酸根离子相互碰撞，形成特殊的文石碳酸钙体，其表面无电荷，不能再吸附在管道上，从而达到除垢、防垢的目的。同时，高效三元除防垢仪接通220v、50Hz的交流电由高压电源发生器转换成7500v左右的直流电，经过高压电场的作用，水分子的结构按正、负极顺序呈链状整齐排列，水偶极子的H+包围水中碳酸根离子，水偶极子的OH-包围水中金属离子，从而使水中的碳酸根离子和金属离子不能自由结合，也不能自由靠近管壁，从而达到阻垢目的。也就是说水先经过变频共振的作用进行初级除防垢后，再在高压电场的作用下，进行深度除防垢，从而达到比较彻底的除防垢目的，因此是目前比较理想的除防垢设备。

发明内容

本实用新型的目的在于弥补现有技术中存在的不足之处，而提供一种仪器结构合理、安装简便、使用范围广泛、效果好的高效除/防垢仪。

本实用新型目的可以通过如下措施来实现：该仪器顶部装电器总成，电器总成外罩是电器防护罩壳，电器防护罩壳由圆头螺栓固定在筒体凸台侧面，筒体进口法兰与进水管法兰通过螺栓、螺母和垫片a连接，筒体内装有检测水频率的传感器、传感器导线护管和高压电场钛电极棒，传感器与传感器导线护管用支架b固定在筒体腔内，高压电场钛电极棒用支架a固定在筒体腔内，筒体出口法兰与出水管法兰通过螺栓、螺母和垫片b连接。如图1所示。

电路控制部分：8032A\D转换器把模拟量转换成数字量，用80c52单片机定时器功能，记录由单片机P1口实时检测由频率传感器检测的水样频率。由8155接口集成块输出连续变化频率的方波，经放大电路放大后通过机械装置作用于水中。其中，80c52是运算、控制单元，负责比较、计算检测频率和控制发出频率。6264RAM存储器用于存储相关数据。74LS373锁存器集成块用于存储器地址控制，74LS138译码器集成块用于控制8155的工作方式。8155负责控制频率信号输出，功率放大器中有两个三极管负责8155频率信号放大，推动执行机构发出与水固有频率相同的频率，使水产生共振，如图2所示；电源变压器把交流220v变成交流7500v的高压电源，高压硅堆是把交流的7500v转换为直流电压7500v，电容器用于稳压后滤波，之后直流7500v高压送钛合金电极棒产生高压静电场。电压检测器把检测的7500v电压值转换为0-5v的直流电压，0809A\D转换器把0-5v的电压转换为数字，并送到单片机处理后还原为7500v的数字量，如图3所示。

8位8路的8032A\D转换器通过8位的80c52单片机定时器功能再由74LS373锁存器集成块控制储存器地址，通过6264RAM储存器存储相关的数据，储存的数据通过四个8位的8155接口集成块输出连续变化频率的方波，经功率放大器后通过机械装置的传感器直接作用于水中，检测出水的频率后反馈回74LS138译码器集成块，同时发出与水相同的频率，从而达到变频共振的目的。然后，通过电源变压器把交流220v升压获得交流的7500v的高压电源，接着通过高压硅堆把交流的7500v转换为直流电压7500v，同时经过电容器稳压滤波后，把信号传给高压电场钛电极棒产生高压电场。与此同时，信号通过电压检测器把检测的7500v电压值转换为0-5v的直流电压，然后通过0809A\D转换器把0-5v的电压转换为数字，并送到单片机处理后还原为7500v的数字量。

因三元弱碱是一种油田专用的具有一定粘稠度的化学驱油剂，为不改变其原有的化学性状，所以采用物理除防垢方案。

原理

(1)除防垢原理

此处原理已在背景技术中陈述，不再重述。

(2)杀菌灭藻原理

由于静电场产生的活性氧能破坏生物细胞的离子通道，另外高压电场可以杀灭微生物，从而起到杀菌灭藻作用。

(3)防腐原理

由于电场改变了水分子的排列顺序，在很大程序上降低了电导率，从而抑制了电化学腐蚀的发生，同时改变了金属离子与非金属离子的电位差，也减弱了腐蚀的发生。

在保持三元体系配比和注入泵瞬时注入量稳定不变的前提下，进行了除防垢设备进入现场试验前后的对比，并取得初步认识：

(1)、检泵周期延长。

试验前：3组阀的更换周期一般为20-30天。(每台泵每次换阀虚要6000元)

试验后：3组阀的更换周期延长到120多天(2004年10月23日更换了3组新阀，平稳运行至2005年3月2日)。

(2)、泵出口管线结垢量较试验前明显减少。

(3)、减少维修次数，提高了注入时率。

(4)、从除防垢设备加装后，对三元体系的影响是：泵前和泵后的聚合物浓度、体系粘度、表面活性剂浓度、体系界面张力在正常波动范围内。

(5)、运行成本低.。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：

1、阻垢、除垢、杀菌、灭藻、防腐效果好，处于国内领先水平。

2、从根本上解决了传统水处理方法的操作要求高、环境二次污染等问题。

传统的化学加药、软化水处置等方法对操作过程、时间等要求严格，并且处理过的水会造成环境二次污染，土壤板结等弊端。

3、设备运行费用及维护费用低，给用户带来很大的经济效益。

高效三元除/防垢仪只耗少量电费；需定期排污，清洗探头，在运行过程中无需其他任何维护。

4、产品质量可靠、性能稳定、使用寿命长。

本产品在用户使用一年内如有任何质量问题，可以以旧换新。

5、产品结构合理、安装简便、使用范围广泛：

(1)、产品结构紧凑、体积小、重量轻，与传统水处理装置相比，大大节省了占地空间

(2)、产品安装简单，只需用配套法兰将管道与本设备连接紧固即可。

(3)、产品适用范围广泛，可适用不同的水处理量、水流状态、管路材质，可适应不同硬度的水质，处理效果稳定。

新型除防垢设备，主要具有防除垢功能外，还同时具有杀菌、灭藻、防腐的功效。

附图说明

图1：本实用新型HZ-GBD型高效除/防垢仪的结构示意图

图2：本实用新型HZ-GBD型高效除/防垢仪的CPU及频率监测、输出部分电路图

图3：本实用新型HZ-GBD型高效除/防垢仪的高压静电部分原理图

图4a：本实用新型HZ-GBD型高效除/防垢仪在杭钢高炉上应用前的效果

图4b：本实用新型HZ-GBD型高效除/防垢仪在杭钢高炉上应用后的效果

图中数字表示零件名称，现说明如下：1、进水管法兰  2、垫片a3、筒体进口法兰  4、传感器  5、电器防护罩壳  6、电器总成  7、凸台  8、圆头螺栓  9、筒体出口法兰  10、出水管法兰  11、垫片b  12、螺栓  13、螺母  14、支架a  15、高压电场钛电极棒  16、筒体  17、传感器导线护管  18、支架b  19、8032A\D转换器  20、80c52单片机  21、74LS373锁存器集成块  22、74LS138译码器集成块  23、6264RAM储存器  24、8155接口集成块  25、功率放大器  26、电源变压器  27、高压硅堆  28、电容器  29、电压检测器  30、0809A\D转换器。

具体实施方式

结合附图对本实用新型的实例进行说明：

该仪器顶部装电器总成6，电器总成是一个集成电路块，用螺栓固定在筒体16凸台7上面，电器总成外罩是电器防护罩壳5，电器防护罩壳由圆头螺栓8固定在筒体凸台侧面，此防护罩壳材质是玻璃钢，能完全抗高压电击，充分保证操作人员的人身安全，具有很强的安全性能，筒体进口法兰3与进水管法兰1通过螺栓12、螺母13和垫片a 2连接，筒体16内装有检测水频率的传感器4、传感器导线护管17和高压电场钛电极棒15，传感器与传感器导线护管用支架b 18固定在筒体腔内，传感器与支架b通过螺纹连接，支架b与传感器导线护管用电焊固定在筒体内壁，高压电场钛电极棒用支架a 14固定在筒体腔内，高压电场钛电极棒和支架a用电焊固定在筒体内壁，筒体材质是316，能耐介质腐蚀，同时高压电场钛电极棒有极强的耐腐蚀性，因此能延长其使用寿命，筒体出口法兰9与出水管法兰10通过螺栓12、螺母13和垫片b 11连接。

8032A\D转换器19把模拟量转换成数字量，用80c52单片机20定时器功能，记录由单片机P1口实时检测由频率传感器检测的水样频率。由8155接口集成块24输出连续变化频率的方波，经放大电路放大后通过机械装置作用于水中。其中，80c52是运算、控制单元，负责比较、计算检测频率和控制发出频率。6264RAM存储器23用于存储相关数据。74LS373锁存器集成块21用于存储器地址控制，74LS138译码器集成块22用于控制8155的工作方式。8155负责控制频率信号输出，功率放大器25中有两个三极管负责8155频率信号放大，推动执行机构发出与水固有频率相同的频率，使水产生共振，如图2所示。

电源变压器26把交流220v变成交流7500v的高压电源，高压硅堆27是把交流的7500v转换为直流电压7500v，电容器28用于稳压后滤波，之后直流7500v高压送钛合金电极棒产生高压静电场。电压检测器29把检测的7500v电压值转换为0-5v的直流电压，0809A\D转换器30把0-5v的电压转换为数字，并送到单片机处理后还原为7500v的数字量，如图3所示。

应用该仪器具体分两个步骤实施：

1、2004年10月19日，在结垢较为严重的北2-51-斜P47井注入泵前安装此设备，经过7个多月的现场试验，取得明显的除防垢效果，将机泵的吸入阀和排出阀的更换周期由原来的20天延长至80天。

2、2005年在2004年的基础上，对此设备进行了进一步改进，改进后于2005年7月在北2-20-P48井注入泵前安装此设备，至2005年末，经过半年的试验，除垢效果良好，将机泵的吸入阀和排出阀的更换周期延长至120多天，且对三元体系未发生影响。

HZ-GBD型高效静电除/防垢仪主要技术参数如下：

1、适应水质：总硬度≤700mg/L(以CaCO3计)

2、工作水温：5～99℃

3、额定工作压力：1.6MPa

4、水流流速：≤3m/s

5、阻垢率：≥99％

6、杀菌率：≥99％

7、灭藻率：≥99％

8、腐蚀速率：≤0.1mm/a(碳钢)

9、输入电压：220V，50Hz

10、高压静电场电压：≥7500V

主要型号及运行参数如下表：

型号	进出水口公称直径		水头损失系数(立方米/时)	适用流量(立方米/时)	水处理器尺寸					功率(瓦)	参考重量(公斤)
												英寸	毫米	D	L	DO	d	h
	HZ-GBD-1-1.6	1			25	2.6	1～3	73	400										650	33	70	6	22
HZ-GBD-1.5-16			1.5	40						2.26	3～9	73	400	650	48	70	6	21
	HZ-GBD-2-1.6	2			50	2.12	9～15	89	400										650	57	70	8	25
HZ-GBD-3-1.6			3	80						1.46	15～30	159	450	650	89	80	10	55
	HZ-GBD-4-1.6	4			100	1.16	30～50	159	450										650	108	80	10	53

HZ-GBD-5-1.6	5	125	1.12	50～70	219	500	650	133	80	12	51
												HZ-GBD-6-1.6	6	150	1.1	70～120	219	500	650	159	80	12	66
HZ-GBD-8-1.6	8	200	1.08	120～220	273	500	650	219	80	12	90
												HZ-GBD-10-1.6	10	250	1.02	220～360	325	600	650	273	80	15	116
HZ-GBD-12-1.6	12	300	1.01	360～630	426	600	650	325	80	15	190
												HZ-GBD-14-1.6	14	350	0.98	630～860	480	700	650	377	100	18	252
HZ-GBD-16-1.6	16	400	0.91	860～1100	530	700	670	426	100	18	298
												HZ-GBD-18-1.6	18	450	0.86	1100～1400	580	800	725	480	100	20	350
HZ-GBD-20-1.6	20	500	0.76	1400～1800	630	900	780	530	100	20	400
												HZ-GBD-24-1.6	24	600	0.66	1800～2600	730	1000	895	630	100	25	530

备注：此上规格型号产品为常规产品，如用户有特殊需求，可特殊设计加工。

使用高效三元除/防垢仪的经济效益分析

高效三元除/防垢仪研制成功后，既在油田进行了半年多的现场试验经不断改进定型生产出HZ-GBD型高效三元除/防垢仪。

该型除/防垢仪的使用，有效抑制了油田三元弱碱体系机泵关键部件的结垢，大大减少了因结垢造成的停泵时间，延长了机泵的使用寿命，提高了机泵的注入时率，取得了可观的经济效益和社会效益。

安装、调试

(一)、电源配置：

HZ-GBD型高效三元除/防垢仪请按铭牌提示电压、功率选择电源插座、导线或接线板连接，电源线长度为1.5米(可根据用户要求加长)。

(二)、安装原则及注意事项：

经过处理的水一般在8小时内有明显的防垢、除垢、杀菌、灭藻的作用，超过这一时间水的微观结构将逐渐恢复原状，失去作用。

1、高效三元除/防垢仪应安装在需保护的用水设备之前，尽量接近用水设备进水口。在动力系统中，高效三元除/防垢仪应安装在泵与设备之间，越靠近设备越好。若泵与设备之间压力超过防垢仪的极限压力，高效三元除/防垢仪应安装在泵之前，越靠近泵越好。

2、在循环系统中，进入加热部位的水必须全部经过高效三元除防垢仪，即防垢仪应安装在循环管路上，不能装在补水上。

3、高效三元除防垢仪和用水设备之间不能有水箱或储水池。

4、高效三元除防垢仪进出水口，应装逆止阀作旁通，以便在不停机的情况下，检修防垢仪。

5、新设备可直接安装高效三元除防垢仪，结垢严重(垢厚≥3mm)的用水设备，必须在安装高效三元除防垢仪之前清除积垢，以防老垢脱落堵塞管道。

6、安装和搬运过程中，不要使电腔器受力。

7、合理选择安装环境，注意防水、防雨、防潮。

8、电控器上方应有60cm以上的无障碍空间以利于电控器的检修。

选型原则及注意事项：

1、本产品在蒸汽锅炉或管架式锅炉上慎用。

2、除/防垢仪应串接在管路中，越靠近被保护设备越好，出水口应安装逆止阀。

3、在设计选型时，一般应遵循管径相匹配原则，如：系统管径为250m(10时)，选用10时规格：如果相同管径的仪器最大流量不能满足设备要求时，可选大一档型号，以免影响除/防垢仪的使用效果。

4、遇有特殊型号、特殊水质或特殊用途，可单独订做。

5、在控制器上方应留用60cm以上的无障碍空间以利于检修。同时注意防水、防雨、防潮。

运行注意事项

1、用户电源电压应符合仪器说明书上的电压标准220V±10％、50H±2％；

2、运行时红灯、绿灯均亮；

3、产品出厂前已调试完毕用户不可调试电控器，更不可随意拆卸电控器；

4、间断性使用的用水系统，在停机前两周应适当投加缓蚀剂，随机运行，以减少设备的腐蚀；

5、系统中必须有排污装置，排污不良直接影响使用效果，需加强排污管理，每月最少二次排污；

6、采用高效三元除/防垢仪的循环水系统中，水的浓缩倍率不得超过2.5倍(相对于原水)

效果检查

(一)、除垢、防垢测试方法：

a、挂片法：在过滤网上或系统观察外挂片，挂片应洁净，无附着物，或有一层白霜，轻擦即掉。

b、滴定法：用滴定法检验水中钙、镁离子的浓度。取设备进出口水样，比较水中钙、镁离子浓度有无变化，如结垢，钙、镁离子浓度降低。

(二)、杀菌效果测试方法：

取实际用户水样配制菌种，并将其投入动态模拟循环装置中进行循环处理，根据循环水流量(200L/h)和系统容积(100L)来计算循环次数，用无菌瓶从水箱中取水样，以琼脂平板方法计细菌总数，公式如下：X1＝(a1-a2)/a1×100％

式中：X1杀菌率％

a1未处理的水经循环20次后测定的细菌总数(个/ml)；

a2处理过的水经循环20次后测定的细菌总数(个/ml)；

(三)、灭藻效果测试方法：

取实际用户水样，将实验用培养液进行培养后转接于水中，使每毫升水样中含细胞数为1000个左右为止。实验时间为15天，控制光照在6000LX左右，光照与黑暗的间歇为16∶8；每天观察藻液的颜色，用生物显微镜测定细胞存活数。计算方法如下：

式中：X2杀菌率％

a3未处理的水经15天循环运行后水中细胞存活数(个/ml)；

a4处理过的水经15天循环运行后水中细胞存活数(个/ml)。

故障处理

1、本仪器中绿色指示灯为电源指示，红色指示灯为工作指示。如果在初次安装及使用过程中，发现所有指示灯不亮，请检查电源是否有电，电源开关是否在接通状态，电源插座是否插牢，仪器上电源插座中的保险管是否完好(保险管在电源插座下部，可用平口螺丝刀顺着槽口别开保险盒盖)，如均无问题，请及时与厂家联系。

2、在仪器电源插座中设有保险管，如保险管烧断，请用户自行更换备用保险管。

3、在工作中如果发现有指示灯不亮或仪器出现其它故障，请及时与厂家联系。

4、切勿擅自开启电控器的机壳，否则厂方将不负责对产品的保修。

Claims (2)

1、高效除/防垢仪，其特征在于该仪器顶部装电器总成(6)，电器总成外罩是电器防护罩壳(5)，电器防护罩壳由圆头螺栓(8)固定在筒体(16)凸台(7)侧面，筒体进口法兰(3)与进水管法兰(1)通过螺栓(12)、螺母(13)和垫片a(2)连接，筒体(16)内装有检测水频率的传感器(4)、传感器导线护管(17)和高压电场钛电极棒(15)，传感器与传感器导线护管用支架b(18)固定在筒体腔内，高压电场钛电极棒用支架a(14)固定在筒体腔内，筒体出口法兰(9)与出水管法兰(10)通过螺栓(12)、螺母(13)和垫片b(11)连接，该仪器有电路控制。

2、根据权利要求1所述的高效除/防垢仪，其特征在于：所述的电路控制部分包括CPU及频率监测、输出部分，以及高压静电部分；所述的CPU及频率监测、输出部分包括8032A\D转换器(19)、80C52单片机(20)、74LS373锁成器集成块(21)、6264RAM储存器(23)、74LS138译码器(22)、8155接口集成块(24)及功率放大器(25)；所述的8032A\D转换器(19)通过线路依次与80C52单片机(20)、74LS373锁成器集成块(21)、6264RAM储存器(23)、74LS138译码器集成块(22)、8155接口集成块(24)及功率放大器(25)相连，并通过机械装置中的检测水频率的传感器直接作用于水中；

所述的高压静电部分包括电源变压器(26)、高压硅堆(27)、电容器(28)、电压检测器(29)及0809A\D转换器(30)；所述的电源变压器(26)通过线路依次与高压硅堆(27)、电容器(28)及机械装置中产生高压电场的高压电场钛电极棒(15)相连，所产生的高压电场信号通过与高压硅堆(27)相连的电压检测器(29)及0809A\D转换器(30)送到单片机进行处理。

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