超聲波除垢技術在化工裝置的應用

朱贊明

（中國國電集團國電永福發電有限公司，廣西 桂林 541805）

超聲波除垢技術在化工裝置的應用

朱贊明

（中國國電集團國電永福發電有限公司，廣西 桂林 541805）

化工生產過程當中因無機鹽結晶、金屬腐蝕以及顆粒沉積等方面因素的影響，容易導致化工裝置出現結垢。污垢不斷累積會使得化工裝置發生腐蝕、管路堵塞以及熱效率下降問題等，因此做好除垢工作是確保化工裝置安全運行的重要保障。本文簡要介紹了超聲波除垢技術，并在此基礎上探討了其在化工裝置當中的具體應用。

超聲波除垢技術；化工裝置；應用

1 應用背景

過去化工裝置使用的除垢技術，對生產有著重要的影響，需要的時間也比較長，并且工作人員的勞動強度較高，因此需要探索新型的除垢技術。超聲波除垢是新興起的技術，當超聲波傳播的時候，在液體中的微小氣泡會出現共振。在聲壓到達一定水平的時候，在波谷環節氣泡壓力不斷下降，氣泡就會急劇膨脹出現爆炸湮滅。超聲波影響下，液體當中小氣泡爆破的過程被成為超聲空化，能夠用來清除各種污垢。

2 超聲波防除垢技術簡介

超聲波由不同的縱波組合而成，振動強度能夠通過聲壓或者是聲場的強度來代表。超聲波借助于液體傳播的時候，會因為共振而生成微小的氣泡。超聲空化能夠在局部造成高壓、高溫以及微射流作用。這樣在超聲波的影響下，每一個空化的氣泡都可以說是一個爆炸點，能夠在爆炸的一瞬間制造出非常驚人的能量效應,能夠制造速度超過100m/s的微射流，從而在不同的界面間制造機械攪拌。利用這種影響可以有效突破邊界層，在界面之間完成化學反應，并且傳遞熱量以及質量。

超聲波除垢的作用機理，主要是因為超聲空化以及由此導致的微射流沖擊。超聲波帶來的機械效應能夠加速固體以及液體界面湍動，從而在表面制造出濃度差，加速溶液向著固體表面擴散，從固體表面剝離晶體粒子。

固體表面上的污垢遭到侵蝕后，會改變其物理性狀，讓污垢變得更軟更疏松，從而可以輕松清洗掉乃至于自行脫落。除此之外，高速微射流可以振動氣泡的表面，通過夸張的速度梯度以及黏滯應力，完全可以在短時間內破壞掉化工裝置的污垢，讓這些污垢順利脫落。

3 經濟效益分析

化工裝置的換熱設備通過使用超聲波除垢技術，可以保持設備的清潔，從而安全穩定地運行，避免化工裝置帶垢運行而造成能源浪費，同時也有利于確保化工裝置的穩定使用。通過使用這一技術，能夠有效降低換熱器的冗余。化工裝置的換熱設備出現結垢可以說是現實當中比較常見的問題之一。所以，在換熱設備進行設計的時候，就需要兼顧污垢對于換熱效果帶來的不良影響，在設計的時候增加1/5的冗余面積。在應用超聲波除垢技術之后，能夠將冗余面積控制在1/10以內，從而有效降低換熱設備方面的成本開支，還不會耽誤到日常生產。除此之外，通過應用這一技術可有效避免污垢腐蝕問題的發生、發展，降低設備管芯更換的頻率，也能夠進一步降低生產成本。

4 化工裝置應用實例

4.1 某乙烯裝置冷凝器上的應用

乙烯冷分離精餾塔的塔頂需要使用冷凝器，這一裝置在循環水管線的最后面，因此循環的速度自然不可能快，這就導致在長期的使用過程當中，慢慢地出現污垢。在秋天以及冬天的時候，因為空氣的溫度很低，因此冷凝器能夠不斷增加循環水量，通過這一方面可以有效補充污垢引發的換熱下降問題，確保生產可以正常維持運轉。但是，到了夏天天熱的時候，不能一味地去增加循環水量來補償換熱方面的損失，自然不可能達到生產工藝的標準要求。這樣一來就使得丙烯的換熱水平不夠理想，導致丙烯在出口位置的壓力不斷上升，誘發塔壓的持續上升，無法實現精餾操作。有時候還會出現空閥起跳，丙烯直接排放到火炬里面，造成嚴重的經濟損失。

通過應用超聲波技術，有效地降低了能源方面的消耗。安裝之前的循環水用量方面，每小時需要消耗100多噸，安裝之后的循環水使用能夠下降到每小時80噸左右。與此同時，應用這一技術還能夠實現在線除垢，而傳統的化學清洗技術以及其他的落手技術進行除垢，不得不停產。顯然，超聲波技術可以降低清洗的成本，最大限度避免設備腐蝕問題以及停產帶來的損失，并且還可以減少清洗使用的水資源。

4.2 某苯乙烯裝置冷凝器上的應用

苯乙烯裝置的主冷器結垢問題往往比較厲害，主要是以鈣離子垢、鎂離子垢還有淤泥為主。污垢的存在直接影響到換熱器的運行效率，使得大量的能源資源被浪費，導致反應系統的壓力越來越大，自然會浪費壓縮機蒸汽，影響到生產線的工作效率，使得產量越來越低。在使用超聲波技術之后，后換熱設備的運行就會越來越穩定，阻力顯著下降，同時壓縮機消耗的蒸汽也越來越少，一方面加大了苯乙烯生產量，另一方面降低了生產過程當中的能源消耗。

4.3 某丁二烯裝置冷凝器上的應用

丁二烯冷凝器的換熱面積往往比較大，并且常年使用導致結垢問題非常嚴重，加大了整個系統的能源消耗。通過使用超聲波技術，可以有效緩解這方面的問題。研究人員對比發現，沒有使用超聲波除垢技術的冷凝器出口溫度要比安裝使用超聲波技術的出口溫度高3℃左右。

4.4 某油漿蒸汽發生器上的應用

車間使用的催化裝置發生器，作用主要是將油漿以及除鹽水進行換熱，將油漿蒸汽的熱量轉換一下之后用來加熱除氧水。因為油漿屬于分油質，冷卻的時候難免會出現焦積碳，導致換熱器的工作效率降低，蒸汽的產量自然也跟著下降。通過使用超聲波技術，油漿的平均處理量得到顯著的增加，與此同時蒸汽產量也明顯增加。

5 結語

綜上所述，超聲波除垢技術有著效率高以及環保的特點，因此應用潛力非常廣闊。在化工裝置的清潔當中，應當持續推廣應用超聲波除垢技術，從而達到節能減排的目的。不過在應用的時候需要注意避免損壞設備，并且確保健康標準，保證工作人員的安全。

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TQ325.2

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1671-0711（2016）12（上）-0111-02