一、技術(shù)名稱：換熱設(shè)備超聲波在線防垢技術(shù)
二、適用范圍：石化行業(yè)換熱設(shè)備
三、與該節(jié)能技術(shù)相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗現(xiàn)狀：
我國石化行業(yè)現(xiàn)存的換熱設(shè)備超過30萬臺，長期以來這些設(shè)備的防垢、除垢問題一直沒有很好的解決辦法，換熱設(shè)備普遍在帶垢0.2~10mm厚度之間的狀態(tài)下運行。垢的導(dǎo)熱系數(shù)(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(jù)行業(yè)統(tǒng)計，垢質(zhì)每年在換熱設(shè)備和管道中的沉積厚度約為4mm，換熱設(shè)備積垢每增加1mm，傳熱系數(shù)下降9%~9.6%，能耗和排放將增加10%以上，同時帶來生產(chǎn)效率下降、垢下腐蝕縮短設(shè)備壽命、安全隱患等一系列問題。
四、技術(shù)內(nèi)容：
1.技術(shù)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(tài)介質(zhì)之間產(chǎn)生效應(yīng)，破壞污垢的附著條件，防止換熱設(shè)備在運行過程中結(jié)垢，提高換熱設(shè)備傳熱能力，降低達到同樣工藝要求所需的能耗量，實現(xiàn)節(jié)能目的。
2.關(guān)鍵技術(shù)
1）強磁致伸縮新型換能器技術(shù)；
2）超聲波聲學(xué)參數(shù)調(diào)測和數(shù)字控制技術(shù)；
3）不同應(yīng)用環(huán)境超聲波聲學(xué)參數(shù)定向設(shè)計技術(shù)。
3.工藝流程
1）超聲波防垢原理（見圖1）
2）超聲波防垢機理
高速微渦效應(yīng)：
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(zhì)時，會出現(xiàn)一個微小的真空區(qū)域。真空區(qū)域剛一形成，附近介質(zhì)在壓力的作用下就會迅速涌向這一區(qū)域來填補真空，形成許多微小的渦流，這些渦流與生產(chǎn)同時進行，對壁面形成不間斷的沖刷，這就是高速微渦效應(yīng)。這一效應(yīng)相當(dāng)于介質(zhì)隨時都在對壁面進行清洗，可有效防止污垢的粘附。高速微渦效應(yīng)具有防垢與除垢雙重作用。
超聲波防垢原理圖
剪切應(yīng)力效應(yīng)：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(chǎn)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(wěn)定停留在壁面上。無論哪種情況，污垢都會隨著介質(zhì)的流動被帶走，這就是剪切應(yīng)力效應(yīng)。剪切應(yīng)力效應(yīng)起到了除垢作用（見圖3）。
此外，介質(zhì)流動時，由于與固體壁面有摩擦力，會在近壁區(qū)域而形成滯流層，也叫邊界層。這一區(qū)域的傳熱過程為滯流介質(zhì)的導(dǎo)熱過程而不是對流換熱過程，而介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)較對流換熱系數(shù)要低得多，因此滯流層的存在會降低傳熱系數(shù)。當(dāng)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(shù)指標(biāo)：
1）平均提高換熱設(shè)備傳熱系數(shù)21%，降低換熱設(shè)備污垢熱阻55%。
2）石化行業(yè)換熱設(shè)備平均節(jié)能率為9.1%。
六、技術(shù)應(yīng)用情況：
2010年通過中國石油化工集團公司科學(xué)技術(shù)成果鑒定，目前已在石油、石化、化工行業(yè)眾多企業(yè)應(yīng)用。該技術(shù)在不同應(yīng)用環(huán)境聲學(xué)參數(shù)定向設(shè)計、減少超聲波衰減和抗畸變方面具有新穎性，整體技術(shù)達到國際先進水平，具有顯著的節(jié)能效益。
七、典型用戶及投資效益：
典型用戶：中石化上海高橋分公司、中石化四川維尼綸廠
1）建設(shè)規(guī)模：在煉油3部3#800萬噸常減壓蒸餾裝置換熱網(wǎng)絡(luò)超聲波防、除垢技術(shù)改造。主要技改內(nèi)容：煉油3部3#常減壓蒸餾裝置換熱網(wǎng)絡(luò)21臺換熱器上安裝超聲波防、除垢裝置。節(jié)能技改投資額985萬元，建設(shè)期2個月,年節(jié)能量7272tce,年節(jié)能效益為582萬元，投資回收期20個月。
2）建設(shè)規(guī)模：在四川維尼綸廠發(fā)電車間、乙炔車間、PVA車間的14臺換熱設(shè)備上應(yīng)用超聲波防垢技術(shù)。主要技改內(nèi)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(fā)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(jié)能技改投資額210萬元，建設(shè)期1個月,年節(jié)能2396tce，年節(jié)能效益為192萬元，投資回收期13個月。
八、推廣前景和節(jié)能潛力
石化行業(yè)的換熱設(shè)備數(shù)量超過30萬臺，如果采用超聲波防垢技術(shù)解決污垢問題，可降低全行業(yè)換熱設(shè)備能耗約9%。2009年，石化（含煉油）行業(yè)消耗能源約1.28億噸tce，其中換熱設(shè)備的相關(guān)能耗約占12%。如果在石化行業(yè)推廣使用該技術(shù)，其節(jié)能潛力為139萬tce。預(yù)計“十二五”期間推廣比例可達40%，可產(chǎn)生約55萬tce/a的節(jié)能能力。
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