一、技術名稱：換熱設備超聲在線防、除垢技術
二、技術所屬領域及適用范圍：石化行業換熱設備
三、與該技術相關的能耗及碳排放現狀
我國石化行業現存的換熱設備超過30萬臺，長期以來這些設備的防垢、除垢問題一直沒有很好的解決辦法，換熱設備普遍在帶垢0.2-10mm厚度之間的狀態下運行。垢的導熱系數(一般均在1 W/m•K左右)僅為換熱器金屬管壁的幾十分之一。據行業統計，垢質每年在換熱設備和管道中的沉積厚度約為4mm，換熱設備積垢每增加1mm，傳熱系數下降9%-9.6%，能耗和排放將增加10%以上，同時帶來生產效率下降、垢下腐蝕縮短設備壽命、安全隱患等一系列問題。目前該技術可實現節能量1萬tce/a，CO2減排約3萬t/a。
四、技術內容
1.技術原理
超聲脈沖振蕩波在換熱器管、板壁傳播，在金屬管、板壁和附近的液態介質之間產生效應，破壞污垢的附著條件，防止換熱設備在運行過程中結垢，提高換熱設備傳熱能力，降低達到同樣工藝要求所需的能耗量，實現節能目的。
2.關鍵技術
（1）強磁致伸縮新型換能器技術；
（2）超聲波聲學參數調測和數字控制技術；
（3）不同應用環境超聲波聲學參數定向設計技術。
3.工藝流程
（1）超聲波防垢原理見圖1
圖1 超聲波防垢原理圖
（2）超聲波防垢機理
高速微渦效應：
由于超聲波頻率很高，在管、板壁傳播時形成很高的加速度，作用于與管、板壁直接接觸的流體介質時，會出現一個微小的真空區域。真空區域剛一形成，附近介質在壓力的作用下就會迅速涌向這一區域來填補真空，形成許多微小的渦流，這些渦流與生產同時進行，對壁面形成不間斷的沖刷，這就是高速微渦效應。這一效應相當于介質隨時都在對壁面進行清洗，可有效防止污垢的粘附。
剪切應力效應：
壁面振動會帶動其上的垢層一起振動，從而在壁面和垢層之間產生剪切力和推斥力，對于已有垢層，剪切力和推斥力會使其疲勞、裂紋、疏松、破碎而脫落；對于即將粘附的污垢成分，剛一接觸壁面即被排開，無法穩定停留在壁面上。無論哪種情況，污垢都會隨著介質的流動被帶走，這就是剪切應力效應。剪切應力效應起到了除垢作用。
此外，介質流動時，由于與固體壁面有摩擦力，會在近壁區域而形成滯流層，也叫邊界層。這一區域的傳熱過程為滯流介質的導熱過程而不是對流換熱過程，而介質的導熱系數較對流換熱系數要低得多，因此滯流層的存在會降低傳熱系數。當有超聲波作用時，超聲波引起的高速微渦可有效破壞滯流層，起到強化傳熱的作用。
五、主要技術指標
平均提高換熱設備傳熱系數21%，降低換熱設備污垢熱阻55%；石化行業換熱設備平均節能率為9.1%。
六、技術鑒定、獲獎情況及應用現狀
2010年通過中國石油化工集團公司科學技術成果鑒定，目前已在石油、石化、化工行業眾多企業應用。該技術在不同應用環境聲學參數定向設計、減少超聲波衰減和抗畸變方面具有新穎性，整體技術達到國際先進水平，具有顯著的節能效益。
七、典型應用案例
典型案例1：中石化上海高橋分公司
技術提供單位：北京中環信科科技股份有限公司
建設規模：在煉油3部3#800萬噸常減壓蒸餾裝置換熱網絡超聲波防、除垢技術改造。主要技改內容：煉油3部3#常減壓蒸餾裝置換熱網絡21臺換熱器上安裝超聲波防、除垢裝置。節能技改投資額985萬元，建設期2個月，年節能量7272tce，年節能效益為582萬元，投資回收期20個月。
典型案例2：中石化四川維尼綸廠
技術提供單位：北京中環信科科技股份有限公司
建設規模：在四川維尼綸廠發電車間、乙炔車間、PVA車間的14臺換熱設備上應用 超聲波防垢技術。主要技改內容：在乙炔車間提濃裝置E0401、E0442、E451\A\B\C、E455\A\B、V0601共8臺換熱器，聚乙烯醇車間E598、E590、E622、2H443、2H445共5臺換熱器，發電車間1#機組凝汽器，合計14臺換熱器上安裝超聲波防、除垢裝置。節能技改投資額210萬元，建設期1個月，年節能2396tce，年節能效益為192萬元，投資回收期13個月。
八、推廣前景及節能減排潛力
石化行業的換熱設備數量超過30萬臺，如果采用超聲波防垢技術解決污垢問題，可降低全行業換熱設備能耗約9%。預計未來5年，該技術在行業內的推廣潛力可達到40%，預計投資總額8億元，節能能力55萬tce/a，減排能力145萬tCO2/a。
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