【正文】 去解決，人們正將目光匯聚于此，希望能夠 早日解決這些問題，所以這種技術(shù)只能應(yīng)用于部分的行業(yè)中，不能夠大范圍的投入使用。而超聲波除垢的性能更是應(yīng)用的重點(diǎn)所在，有很大的發(fā) 展空間。并且超聲波防除垢不像化學(xué)藥劑除垢那樣會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，完全無污染運(yùn)行，這也很符合現(xiàn)在社會(huì)提倡的綠色生產(chǎn)。 課題研究的背景及意義 研究課題的背景 近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，能源問題已經(jīng)成為人們目光聚集的問題所在，所以人們不斷地探索希望能夠解決這個(gè)問題，而超聲波就是在這個(gè)大勢(shì)所趨的情況下出現(xiàn)的，可謂為是順應(yīng)時(shí)代潮流，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景不可謂不理想，只是目前還有一些問題需要解決，相信這項(xiàng)技術(shù)不久的將來就會(huì)大范圍的應(yīng)用。 （ 2）空化作用腐蝕 設(shè)備在正常工作的時(shí)侯，不僅對(duì)污垢層產(chǎn)生空化效應(yīng)同時(shí)對(duì)換熱設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生空化效應(yīng)腐蝕，對(duì)換熱設(shè)備的損耗提高，降低了設(shè)備的使用年限。 天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 9 表 13 Y 轉(zhuǎn)油站應(yīng)用超聲波防除垢裝置效果對(duì)比 序號(hào) 日期 火管溫度 /℃ 熱洗爐出水溫度 /℃ 水量 /m3＊ h1 1 20220320 1924 2 20220606 61 1924 3 20220611 108 72 1924 4 20220622 110 77 1924 5 20221103 121 73 1924 超聲式防除垢的不足 （ 1）噪聲污染 超聲波的優(yōu)勢(shì)很明顯，可是它同樣存在一些不足之處，它在工作的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生噪音污染，雖然在可以接受的范圍里，可為了完 善還是必須采取措施來降低影響，研究發(fā)現(xiàn)，提高超聲波的頻率，對(duì)降低噪音有明顯的效果。即使采用物理等方法進(jìn)行降溫除垢處理，也不能抑制結(jié)垢。 同樣的情況出現(xiàn)在德國，工廠 里對(duì)轉(zhuǎn)油站的加熱設(shè)備，由于長(zhǎng)期使用導(dǎo)致加熱設(shè)備內(nèi)由很多無污垢。超聲波對(duì)管道不會(huì)有腐蝕等副作用，超聲 波防除垢儀器十分簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，而且不需要連續(xù)操作，遙控即可控制。 圖 11 2022 年 7 月檢修 E4007 照片（官板上結(jié)構(gòu)嚴(yán)重） 天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 8 圖 12 2022 年 2 月 13 日 E4007 檢修時(shí)打開照片 （管板片清潔無垢部分部位呈金屬自然色） 四川久大制鹽有限責(zé)任公司是我國目前較大型的巖鹽鹵水生產(chǎn)基地，位于自貢市榮縣長(zhǎng)山鎮(zhèn)境內(nèi)。該換熱器在往年運(yùn)行中，重復(fù)利用的水中不經(jīng)含有循環(huán)帶來的污垢物質(zhì)還攜帶者大量的離子和一些微小的容易結(jié)垢的物質(zhì)，每月運(yùn)行 4 個(gè)月到 6 個(gè)月左右就會(huì)形成 到 左右的垢層。而 KSD設(shè)備的設(shè)計(jì)使用壽命在 10 年以上，由此可以看出此設(shè)備的應(yīng)用前景。運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后， A 機(jī)組的冷凝器的端差就變到了大概 9℃ ，這就嚴(yán)重影天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 7 響到設(shè)備的正常運(yùn)行。與此同時(shí)，海拉爾熱電廠的一組額定功率為 12 兆瓦的機(jī)組，在未安裝除垢設(shè)備時(shí)，由于使用的循環(huán)水沒有經(jīng)過處理，循環(huán)水含鹽量高，設(shè)備的結(jié)垢速度快，對(duì)設(shè)備的腐蝕較大而且傳熱效率較低。超聲波清洗除垢的對(duì)象也從原來單一的塵埃等普通污染物轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸镔|(zhì)、血污、蛋白物、高聚合物質(zhì)等特殊污染物。 天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 6 超聲波除垢在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近些年來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的十分迅速，各個(gè)行業(yè)相關(guān)領(lǐng)域互相滲透，超聲波清洗除垢技術(shù)發(fā)展的同樣很快。 超聲波防 除垢徹底，操作簡(jiǎn)單，無污染 超聲波空逝對(duì)設(shè)備造成影響， 除垢 ，無需停機(jī)操作。 電磁處理 不停機(jī)，不污染環(huán)境。 人工或機(jī)械 方便安全，無污染。 表 11 超聲波除垢與現(xiàn)有除垢方法的比較 除垢方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 反沖洗 操作簡(jiǎn)單便利、可靠安全，可不停機(jī)操作 只能沖洗掉表面松軟污垢，不 停機(jī)操作。不停機(jī)的清洗方法大概包括兩大類：用機(jī)械運(yùn)動(dòng)來清洗和用化學(xué)藥劑對(duì)污垢進(jìn)行清洗的技術(shù)。但機(jī)械清洗大多數(shù)需要將設(shè)備解體才能夠清洗到，所以很多換熱設(shè)備無法做到，很少被人接受。因此，還需要研制出更強(qiáng)的化學(xué)除垢劑?；瘜W(xué)法相對(duì)于機(jī)械法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要離線停機(jī)操作。利用污垢的導(dǎo)電率比一般金屬要小的特點(diǎn)來測(cè)定污垢層的厚度；放射性技術(shù)監(jiān)測(cè)法：對(duì)實(shí)驗(yàn)前的微粒進(jìn)行放射性標(biāo)記，實(shí)驗(yàn)過程中可以通過加載在實(shí)驗(yàn)部位的輻射計(jì)數(shù)器來測(cè)得輻射的粒子數(shù)，從而測(cè)得微粒污垢在沉積過程中的增長(zhǎng) 。污垢熱阻可以通過在無污垢時(shí)設(shè)備的傳熱系數(shù)與有污垢的傳熱系數(shù)之間測(cè)量而間接地測(cè)量出來。熱學(xué)法包括溫差法和熱阻表示法；另一種非熱量傳遞的監(jiān)測(cè)方法種類繁多，不同的人們的分類方法也不同，在這里就簡(jiǎn)單介紹幾種，如：時(shí)間推移拍攝法、顯微鏡照相法、厚度測(cè) 量法、放射性技術(shù)檢測(cè)法、電解法、化學(xué)法以及離天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 4 子濃度差法。 值得一提的是，在污垢層剛開始形成時(shí)，換熱器常常出現(xiàn)換熱效率增強(qiáng)的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在上世紀(jì)已經(jīng)被學(xué)者證實(shí) [5]，對(duì)于這一現(xiàn)象人們通常認(rèn)為是由于污垢的形成導(dǎo)致表面粗糙度的變化造成的，而 Ceylan 等人實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其對(duì)傳熱的增強(qiáng)并無有效 [6]，這一現(xiàn)象仍是不解之謎，仍 需要我們努力研究從而對(duì)這一現(xiàn)象加以理論解釋。污垢的形成導(dǎo)致設(shè)備維修周期變短，而維修量卻大大增加，致使產(chǎn)品的產(chǎn)量降低。 ?投資增加。這不僅導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備的效率降低，還影響到設(shè)備的安全問題。 由 以上可以看出污垢熱阻對(duì)傳熱系數(shù)起到一定的影響，降低生產(chǎn)效率。 污垢對(duì)換熱設(shè)備的影響 污 垢是不良的導(dǎo)體，它對(duì)熱量的傳導(dǎo)能力很低，有時(shí)候不足碳鋼的三十分之一，不銹鋼對(duì)熱量的傳導(dǎo)能力也很低，但和污垢比較起來的話，污垢對(duì)熱量的傳導(dǎo)能力是它的十幾分之一。對(duì)正常換熱也會(huì)起到阻礙的作用。 形成污垢的微生物生長(zhǎng)條件不是太苛刻，一旦它們找到了對(duì)它們適合的條件，它們會(huì)瘋狂的繁殖，不斷地附著在換熱器的換熱面上。就一般情況下而言，雖然腐蝕的程度原因有很 多，但主要是因?yàn)槲锪系某煞謫栴}，物料自身進(jìn)料的溫度還有物料的酸堿度來決定。許多化合物之間的聚合等都可以造成在這種效果。這類污垢包含了相對(duì)大的固態(tài)狀微粒在固體的表層上由于重力形成的沉降，即常說的沉積污垢和以其它不同原因形成的膠狀的粒子沉積物質(zhì)。而這種污垢的形式正是最為常見的污垢種類，大多是都是無機(jī)鹽在作怪，我們常見的鎂類鹽物質(zhì) 、鈣鹽等等都是最易形成污垢的鹽溶液。 污垢的性質(zhì)極其對(duì)換熱設(shè)施的影響、對(duì)污垢的監(jiān)測(cè) 污垢的性質(zhì)及分類 所謂的污垢，是說在與不潔凈流體接觸的固態(tài)物質(zhì)表面上或基材內(nèi)部隨著時(shí)間的增加而慢慢積聚而成的那層固態(tài)物質(zhì)或軟泥狀物質(zhì)。二次蒸汽中的離子含量可以忽略不計(jì)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本文以無機(jī)鹽溶液和水作為實(shí)驗(yàn)物料，研究超聲式蒸發(fā)器的傳熱性能。由于超聲波技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問題沒有解決，所以沒有大范圍的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。 3) 離子色譜分析儀對(duì)樣品分析表明在二次蒸汽內(nèi)各離子的含量大約是濃縮液的千分之一。 salts； Response surface analysis 目 錄 1 前言 ................................................... 1 污垢的性質(zhì)極其對(duì)換熱設(shè)備影響、對(duì)污垢的監(jiān)測(cè) ........ 1 污垢的性質(zhì)及分類 ............................. 1 污垢對(duì)換熱設(shè)備的影響 ......................... 2 污垢層的監(jiān)測(cè) .................................. 3 除垢方法 .......................................... 4 化學(xué)除垢 ..................................... 4 高壓水除垢 .................................... 4 機(jī)械清洗 ...................................... 4 在線清洗 ...................................... 5 超聲波除垢 .................................... 5 超聲波除垢在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................ 6 超聲波防垢除垢在國內(nèi)的應(yīng)用 ................... 6 超聲波防除垢在國外的應(yīng)用 ..................... 8 超聲式防除垢的不足 ........................... 9 課題研究的背景及意義 .............................. 9 研究課題的背景 ............................... 9 課題研究的意義 .............................. 10 本文的研究工作 .............................. 10 2 實(shí)驗(yàn)原理 .............................................. 11 傳熱原理 ......................................... 11 自然循環(huán)原理 ................................ 11 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 .......................... 11 傳熱系數(shù) K ................................... 12 超聲波防除垢技術(shù)原理 ............................. 14 空化效應(yīng) .................................... 14 活化效應(yīng) .................................... 15 抑制效應(yīng) .................................... 15 剪切效應(yīng) .................................... 15 除垢機(jī)理 ......................................... 15 硬質(zhì)污垢的除垢機(jī)理 .......................... 15 軟垢層的除垢機(jī)理 ............................ 15 對(duì)人體無害 .................................. 16 3 實(shí)驗(yàn)研究 .............................................. 17 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 ......................................... 17 無機(jī)鹽超聲蒸發(fā)實(shí)驗(yàn) ................................ 17 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?..................................... 17 實(shí)驗(yàn)流程 ..................................... 17 實(shí)驗(yàn)步驟 ..................................... 19 無機(jī)鹽離子檢測(cè)實(shí)驗(yàn) ................................ 19 簡(jiǎn)易真空超濾裝置 ............................. 19 離子色譜儀進(jìn)行離子檢測(cè) ....................... 20 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 .............................. 22 進(jìn)料溫度對(duì)傳熱系數(shù)的影響 ..................... 22 進(jìn)料流量對(duì)傳熱系數(shù)的影響 ..................... 22 傳熱溫差對(duì)傳熱系數(shù)的影響 ..................... 23 超聲波功率密度對(duì)傳熱系數(shù)的影響 ............... 24 中心復(fù)合實(shí)驗(yàn) ...................................... 25 中心復(fù)合法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) ........................... 25 中心復(fù)合法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì) ....................... 26 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)概述 ............................... 26 中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) ..................... 26 中心復(fù)合