1、超音频脉冲除防垢仪的现场应用一、项目来源与背景 国内目前已研制出一种超音频防垢除垢仪，可解决运行设备、运行管线的结垢与防垢问题。这种防除垢仪可广泛应用在锅炉、管道、列管板式换热器等设备的防、除垢过程（见图1至图3），并可解决高硬度、高碱度的水垢、水处理剂难以解决的碳酸盐垢和硫酸盐垢等各种混合垢难以同时清除的难题，是目前比较先进和十分有效的防垢、除垢技术。图1 在动力设备上的安装图 图2 在加热炉设备上的安装图 图3 在管道上的安装图 一、项目来源与背景 在国内其它油田成功使用情况 华北油田文31站2加热炉和马二接转站油水分离器水出口管线，由于水中富含硬度盐造成每年结垢非常严重（六个月时间内垢厚
2、达到3.58.5cm），直接影响设备正常生产。2004年11月安装了该装置，2005年4月-7月分别打开其管线阀门检验其防除垢效果。通过检验，设备及管线表面光洁，没有结垢，防垢效果明显。图4 安装除防垢仪前的情况 图5 安装除防垢仪后的情况二、工作原理及技术优势超音频脉冲防垢技术机理 超音频脉冲信号经大功率的功率器件放大后经换能器产生超音频的机械振动，超音频的机械振动作用于锅炉及热交换器管板及管板内的水中，使水产生超声凝聚现象，即水中的硬度盐及悬浮在水中的微粒杂质，凝集成较大的颗粒而沉淀或随水的流动而冲走。由于金属管壁和水对超音频振动的频率响应不同，因此在金属管壁和水之间产生高速的相对运动，即
3、超声波清洗，使得水中尚未结晶的盐及较大颗粒的凝结团或结晶根本无法静止粘固在管板壁的表面，而是呈现为悬浮性絮状物，这些絮状物通过排污即可轻易排除。二、工作原理及技术优势超音频脉冲除垢技术机理 超音频的振动作用于结垢的金属管道及板壁上，使得金属、水垢、水随之振动。但由于金属、水垢、水的惯性和弹性不同，频率响应不同，使三者间产生不同步的振动，长时间的不同振动逐渐使水垢产生微小的裂缝。裂缝形成后，在超声振动的作用下，使水急速的沿着裂缝进入水垢层里面。这极微小的水流在接受高温管壁加热，体积急速膨胀，产生气泡后爆破，推动水垢脱离管壁或板壁而脱落。与此同时，微小的水流还将附着在管壁及板壁表面的氧气带走，减少
4、金属表面的氧化腐蚀。二、工作原理及技术优势 通过垢样分析得知，在石西作业区使用的生产容器、生产管道及运行设备上形成的垢主要是：CaCO3、MgCO3、CaSO4、MgSO4，其次是BaSO4、SrSO4和SrCO3。通过室内试验数据分析得出，这些垢的共振频率在20-30 KH之间。在选用除防垢仪时，需要根据不同垢的种类、不同垢所占比例、水中结垢离子的含量，并结合设备材质、待处理面积、生产工艺状况，可在除防垢仪的主机上设定包含3-4种垢共振频率的组合频率，通过主机的自动变频系统设定频率调节波段，交替转换发射，对结垢的运行设备、运行管道进行本体的处理。二、工作原理及技术优势表1 超音频脉冲防垢除垢
5、仪的工作参数型号EXG400-2EXG 400-4EXG 500-2EXG 500-4电源220V/50HZ耗用功率（W）400400500500工作频率（KH）20-100转换器数量（支）2424装置尺寸（mm）530400200转换器尺寸（mm）55280转换器电压（v）150转换器电流（A）0.65二、工作原理及技术优势技术优势脉冲超音频物理方式防除垢 防垢与除垢同时在线进行 能耗消耗少使用经济 安装操作简单 安全环保无污染 采用脉冲超音频传递能量连续作用于需要防除垢的设备与管线，通过引起结垢物质与结垢管壁不同频率的共振达到破化结垢物、阻止结垢的目的，不需传统地加入阻垢剂、除垢剂等化学药
6、剂来进行防除垢处理。不需要对流经运行设备、运行管线的油水流体进行软化处理，直接安装在需要处理的设备上，可达到长期有效地同时防垢与除垢效果。该设备的最大功率只有500W,全天耗电12kw，按工业用电0.376元/kwh计算，全天只用电4.5元。安装该设备时，不改变除防垢装置原有的结构，可节约设备的安装成本和施工费用。可避免在除垢过程而造成的对人体以及环境的污染，可省去常规除垢的运行费用以及清洗除垢的工作量。三、研究主要内容与技术关键 为了检验除垢仪的除垢阻垢效果，由石油大学(华东)储运工程系进行了模拟换热器除垢阻垢实验，室内实验装置见图6。图6 室内评价除防垢仪阻垢的实验装置除垢仪阻垢除垢效果研
7、究与评价 除垢仪阻垢除垢效果研究与评价 溶液罐1中为氯化钙和碳酸氢钠的混合溶液，溶液罐2中为碳酸钠溶液。两股液体混合后进换热器，在换热器前安装除垢仪。换热器由一根铜管和有机玻璃管组成，铜管较细架在有机玻璃管中间，铜管走氯化钙、碳酸氢钠和碳酸钠混合溶液。铜管和有机玻璃管之间通热水，使碳酸钙垢结在铜管内壁上。实验所采用溶液的碳酸根离子浓度为1500mg/L；钙离子浓度为576mg/L；碳酸氢根离子浓度为576mg/L；铜管净重为79.1g；碳酸钠溶液流速为0.369m/s；碳酸氢钠和氯化钙溶液流速为0.494m/s；混合溶液流速为0.747m/s；恒温水浴温度为95，实验时间为8小时。三、研究主要
8、内容与技术关键 除垢仪阻垢除垢效果研究与评价 序号除垢设备溶液实验前铜管状态1不安装除垢设备氯化钙+碳酸氢钠+碳酸钠清洁2除垢仪氯化钙+碳酸氢钠+碳酸钠管壁上有1.3g的硬垢3除垢仪氯化钙+碳酸氢钠+碳酸钠清洁 表2 实验方案三、研究主要内容与技术关键 除垢仪阻垢除垢效果研究与评价 1）实验1：铜管进口前不加除垢仪，铜管中走碳酸钠、氯化钙和碳酸氢钠溶液的混合溶液。8个小时 铜管 被碳酸钙堵死，垢较为坚硬，不容易从内壁上清除。实验结论 三、研究主要内容与技术关键 除垢仪阻垢除垢效果研究与评价 2）实验2：让铜管内壁 保留1.3g的硬垢，在铜管前面只加除垢仪，检验其溶垢的效果。实验结束后，用水冲洗
9、过后，残留的硬垢重0.7g、垢质松软，轻易地就被捏成粉末状。说明经除垢仪处理过的水对原先形成的坚硬的垢有破坏作用，改变了其结构，使其变得松软，易于脱落。实验结论 三、研究主要内容与技术关键 除垢仪阻垢除垢效果研究与评价 3）实验3：除垢仪安装在铜管前，铜管中走碳酸钠、氯化钙和碳酸氢钠溶液的混合溶液。实验结束后，铜管内壁进口有一薄层垢质，出口的垢层较厚大约有0.5mm，残留的硬垢重0.4g。脱落下来的垢质松软，易成粉末。从以上3组实验可看出，除垢仪具有显著的防垢效果，经除垢仪处理过的水变成活化水，溶垢能力增强，对原先结在内壁上的较坚硬的垢却有软化和溶解作用。实验结论 三、研究主要内容与技术关键
10、石西垢型分析与防除垢适用性评价 由于除防垢仪，是根据垢样分析进行设备选型的。经过垢样分析后，确定垢的共振频率，通过仪器的自动变频系统设定频率调节波段，对结垢的运行设备、运行管道进行本体的处理。要使该除防垢仪的除防垢达到效果最佳，主要做好以下的技术工作：结垢的部位垢样的类型结垢的设备类型防垢仪的选型确定安装部位。通过这些步骤的有机结合，可充分发挥该除防垢仪的除防垢使用效果。三、研究主要内容与技术关键 石西垢型分析与防除垢适用性评价水分含量，%22.46有机质的含量，%10.46Al2O3，%0.06Fe2O3，%3.19CaCO3，%60.11CaCl2，%0.33CaSO4，%1.79总计，%
11、98.4样品序号123水分含量，%1.380.460.86有机质的含量，%3.084.992.79SiO2，%2.52FeS，%0.661.042.12Fe3O4%2.606.3918.76CaCO3，%87.6079.8160.64CaSO4%4.672.407.82SrCO3%/1.232.76Mn，%/0.52/总计%99.9996.8498.27表3 石西联合站三相分离器出口管线及12沉降罐闸门垢样分析 数据表4 石南混输泵阀门上垢样分析 数据 结论：垢样主要成分是碳酸钙，含量高达60.11-87.6%，适合防除垢仪进行除垢与阻垢。应用时，选择包含碳酸钙、硫酸钙共振频率的组合频率除防垢
12、仪。三、研究主要内容与技术关键 关键技术是利用超音频（超声波）传递的能量对结垢物质共振、空化作用，达到除垢、防止结垢的效果。该防除垢仪的技术关键主要是以下几方面：1、除防垢方式连续 采用脉冲超音频连续作用方式进行管道、设备等的在线防除垢，达到长期有效防除垢的目的。2、防垢与除垢同时在线进行 根据结垢类型、确定频率调节波段的超音频脉冲信号，使其发出的频率能连续、有效地作用于结垢的金属管道及板壁上，使得金属、水垢、流体随之振动。根据其频率响应不同，使其产生不同步的振动使已形成的水垢产生微小的裂缝逐渐疏松脱落，没有形成水垢的物质不能附着管壁从而达到长期防垢与除垢的目的。技术关键三、研究主要内容与技术
13、关键 3、根据设备处理面积、工艺状况，确定设备型号以及安装位置（1）根据处理面积确定防除垢仪与转换器数量 每个转换器可处理换热面积50km2，石南换热器处理面积150km2，且结垢为油垢，结垢速率较快，故采用一台设备，4个转换器。（2）设备工艺状况 对于换热面积小，但是结垢点分散的设备，每个结垢点安装一个转换器。例如：石西联合站三相分离器出口管线上的气动阀门，处理面积很小，但是比较分散，所以每个阀门安装一个转换器。混输泵由于结构非常复杂、组成部件多，安装条件不好，该设备泵体结垢、油封同样结垢，两者非紧密连接，只得分别处理，两个油封分别安装两个转换器，泵体安装两个转换器。技术关键三、研究主要内容
14、与技术关键 通过以上关键技术，使超音频除防垢仪的安装达到以下工艺要求：（1）主机必须垂直安装在远离高压电场和强磁场，无强烈振动的场所，外壳接地；（2）主机与转换器的安装距离要尽量近，电缆要远离热体和强电及高频电缆；（3）超音频防垢除垢仪在输送管道以及换热器上安装时转换器的安装方向应与水流方向垂直。技术关键三、研究主要内容与技术关键 图7 混输泵上防垢仪转换器现场安装图 图8 混输泵上防垢仪主机现场安装图 技术关键三、研究主要内容与技术关键 图9 石西气动阀上安装图 图10 石西气动阀上转换器现场安装图 技术关键三、研究主要内容与技术关键 图11 石南换热器上转换器现场安装图 图12 石南换热器
15、上主机现场安装图 石西作业区石南联合站原油换热器因原油含水矿化度与工作温度较高，列管结垢非常严重。换热器运行2至3个月，必须采取高压水力设备解除列管内部形成的垢，以提高换热器的换热效率。这种清洗方法，不仅工作强度大，而且除垢过程对人身和环境造成污染。2006年8月引进了该除垢仪试用。经过近一年的运行，该换热器各项运行参数正常，没有出现以往结垢堵塞、换热效果变差的现象。2007年7月将换热器打开检验，列管管壁干净通畅、没有发现结垢现象。至目前，该换热器已运行将近两年，仍没有发现结垢影响生产的现象。通过将近两年的实验验证表明：该防除垢仪使用效果明显，有效地解决了换热器结垢严重的技术难题，为同类设备
16、与管线结垢问题的解决提供了有效的技术支持。四、成果推广应用情况及经济效益评价 现场应用情况四、成果推广应用情况及经济效益评价 现场应用情况图13 使用防除垢仪前的结垢情形 图14 使用防除垢仪后的结垢情形 由于该除垢仪除防垢效果较好，石西作业区于2007年7月在石南联合站混输泵以及石西联合站的三相分离器出口管线气动阀上进行了推广应用，目前效果反映良好。现场应用情况地地 点点结垢严重位置结垢严重位置使用前清洗周期使用前清洗周期使用后清洗周期使用后清洗周期石西联合站石西联合站三相分离器气动阀三相分离器气动阀2 2次次/年年运行已超过半年，没清洗运行已超过半年，没清洗石南联合站石南联合站换热器换热器
17、3-43-4次次/年年运行已接近运行已接近2 2年，没清洗年，没清洗混输泵混输泵3-43-4次次/年年运行已超过半年，没清洗运行已超过半年，没清洗 表5 使用防除垢仪效果对比四、成果推广应用情况 四、成果推广应用情况及经济效益评价 超音频除防垢仪的除防垢与传统的物理、化学除垢方法相比，具有明显的技术先进性：1、防垢与除垢连续在线同时进行：技术原理先进，防除垢效果好。2、不需常规加药：不改变水的化学性质，不腐蚀设备，能延长设备使用寿命。3、能有效改善热传递效率：节约能源。4、除防垢具有针对性：可以根据结垢类型、结垢位置，确定主机以及转换器的安装位置，除防垢效果明显。5、除防垢仪应用广：可以应用在
18、：锅炉、热交换器、分离器、柴油发电机组、沉降罐、阀组、流量计、管线等。6、操作、维护简单，运行成本低：防除垢仪集自动控制与保护于一体，体积小、质量轻，操作维护简单；同时使用寿命长、耗用功率小，运行费用低。7、安全环保无污染：可避免在加药防除垢、清洗除垢过程而造成的对人体以及环境的污染，可省去常规除垢后的运行费用以及清洗除垢的工作量。五、成果先进性对比 1、该防除垢技术具有同时在线防垢与除垢的技术优势，可有针对性地有效解决各种设备的除防垢的问题，是一种有效地、安全环保的防除垢工艺技术。2、该防除垢技术，具有防除垢效果好、不再需要传统加药进行防除垢处理，防除垢费用低、操作与维护简单、使用寿命长的特点，具有很好的应用前景。七、认识与成果
