【正文】 系數(shù)大約610w/(m.℃ )3200w/(m.℃ )。一旦被堵塞住，由于其結(jié)構(gòu)限制很難清除。除此之外，它相對(duì)于老式的蒸發(fā)器來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單了許多，又節(jié)約了很大一部分空間，制造起來(lái)也簡(jiǎn)易許多，所以目前為止還有許多廠家在使用，有“標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器”之稱 [15]。 天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 12 1外殼； 2加熱是； 3中 央循環(huán)管； 4蒸發(fā)室； 5除沫器 圖 21 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器是它的由來(lái)是因?yàn)閺囊郧暗呐P式加熱室和蛇管型加熱室引發(fā)得到的。在這種密度差之下，液體從中央循環(huán)管內(nèi)開(kāi)始下降，在加熱管里面的液體開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，和中央循環(huán)管的液體往復(fù)循環(huán)流動(dòng)。 結(jié)構(gòu)如圖 21，設(shè)備最下方是加熱室，內(nèi)部是由其下方的加熱室是由豎直的管組成的，在他們的中間有一根粗的管子。而較為細(xì)的管被稱為加熱管或者沸管。由于兩者之間存在密度的差距導(dǎo)致溶液在粗的管中向下運(yùn)動(dòng)而溶液在細(xì)的管中會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，如此往復(fù)循環(huán)。它的加 熱室 一般是由管直徑大約為 25mm75mm，長(zhǎng)度為 1m2m(長(zhǎng)徑比大約是 2040 之間 )的豎直的管所組成的，而在它的周圍是由其他較細(xì)的管包圍起來(lái)的?？墒撬娜秉c(diǎn)在于不能夠用來(lái)處理物料粘度較大的物料和特別容易結(jié)成污垢的物質(zhì)，造成了它使用的局限性。自然循環(huán)在某些方面起到重要作用例如在核能工程中被廣泛的應(yīng)用 [14]，自然循環(huán)是利用重位壓差和密度差來(lái)驅(qū)動(dòng)物料流動(dòng)從而盡量克服其摩擦造成的阻力以及局部的阻力，從而完成整個(gè)循環(huán)，達(dá)到換熱蒸發(fā)的目的。它的特點(diǎn)是蒸發(fā)器內(nèi)的被蒸發(fā)溶液在不斷流動(dòng)的過(guò)程中被加熱蒸發(fā)，直到溶液達(dá)到所需要的濃度。 本文的研究工作 本文利用學(xué)校自主研發(fā)的超聲式蒸發(fā)器做了大量的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要研究以下幾方面內(nèi)容： 研究了在相同的條件下超聲波的功率密度對(duì)污垢除去能力的影響； 研究了在相同條件下超聲波的工作時(shí)長(zhǎng)對(duì)污垢取 出能力的關(guān)系； 研究了流體溫度對(duì)除垢效果的影響； 研究了流體流量對(duì)除垢效果的影響； 研究了在不同蒸發(fā)溫度下的除垢效果。但目前這種技術(shù)還有很多問(wèn)題需要去解決，人們正將目光匯聚于此，希望能夠 早日解決這些問(wèn)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。顯示出其巨大的優(yōu)越性，在各個(gè)行業(yè)中超聲技術(shù)將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)除垢技術(shù)。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。并在它還被應(yīng)用在了石油化工、電力設(shè)備其他一系列工業(yè)當(dāng)中去。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(wú)污染運(yùn)行，這也很符合現(xiàn)在社會(huì)提倡的綠色生產(chǎn)。 超聲 波防除垢儀器十分簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單易學(xué)。 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(wèn)題已經(jīng)成為人們目光聚集的問(wèn)題所在，所以人們不斷地探索希望能夠解決這個(gè)問(wèn)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(wèn)題需要解決，相信這項(xiàng)技術(shù)不久的將來(lái)就會(huì)大范圍的應(yīng)用。 （ 3）自 身?yè)p耗 超聲波防除垢設(shè)備自身元器件的損耗以及能源的消耗。 （ 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。工作效率降低是不能夠接受的，所以研究發(fā)現(xiàn)假上隔音層會(huì)減小許多，但需要注意隔音層會(huì)是設(shè)備溫度升高影響正常工作。 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(lái)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。熱洗爐仍能夠保持很好的溫度及所需壓力，除垢效果顯著。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。該站每年需要對(duì)加熱裝置內(nèi)的加熱管除垢 3 到 4 次，嚴(yán)重的影響到該站的正常安全生產(chǎn)。 同樣的情況出現(xiàn)在德國(guó)，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(wú)污垢。 超聲波防除垢在國(guó)外的應(yīng)用 日本一家叫做營(yíng)口田川的服裝廠曾經(jīng)利用超聲波用于對(duì)生產(chǎn)設(shè)備中的除垢，工廠中有部分冷凝器用于冷卻空氣也安裝了超聲波設(shè)備，除此之外還應(yīng)用到了板式換熱器以及凝氣器中。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。使用超聲防除垢設(shè)備后，結(jié)垢速度明顯下降，生產(chǎn)成本也明顯的降低許多。 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(kāi)照片 （管板片清潔無(wú)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(guó)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)。為保證生產(chǎn)，烯烴部聚乙烯裝置于2022 年 7 月檢修時(shí)安裝 CMFG 超聲波防除垢裝置，并于一個(gè)月后投入生產(chǎn)，一直運(yùn)行到 2022 年 2 月，根據(jù) DCS 運(yùn)行記錄和停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)換熱器板片表面潔凈無(wú)污垢，部分呈現(xiàn)出金屬原色。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(lái)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。切實(shí)的解決了多種類的換熱器結(jié)垢問(wèn)題，提高了換熱效率，降低了能源的使用，同時(shí)將污染降到最低，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益 [13]。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。 而相同時(shí)間內(nèi)， B 機(jī)組正常運(yùn)行并沒(méi)有出現(xiàn)溫度升高的現(xiàn)象。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。中國(guó)地區(qū)的部分機(jī)組在使用超聲波防除垢設(shè)備后，各項(xiàng)消耗及經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算數(shù)據(jù)如表 12. 表 12 國(guó)內(nèi)使用超聲波除垢設(shè)備的機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算機(jī)容量 /MW 100 125 200 300 350 600 全國(guó)平均下來(lái)煤耗 / [kw*h] 411 383 375 349 329 315 使用后發(fā)電量比率 /％ 3 降低煤耗比率 /％ 降低煤耗 / [kw*h] 1640 1383 1070 831 785 600 使用后煤耗 / [kw*h] 39668 36934 36488 34099 32203 30960 年均發(fā)電小時(shí) /h 7000 7000 7000 7000 7000 7000 年省煤 /T 11480 12101 14980 17450 19230 25200 增加發(fā)電效益 /萬(wàn) 574 605 749 873 962 1260 某熱電廠在一臺(tái) 25MW 的機(jī)組上安裝了 KSD 防除垢設(shè)備（ A 機(jī)組） [12]，而同樣的一臺(tái) 25MW 機(jī)組上沒(méi)有安裝（ B 機(jī)組）。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(méi)有經(jīng)過(guò)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。 2022 年期間，有公司將超聲波防除垢技術(shù)用在冷凝器機(jī)組上，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)一年的使用，最終統(tǒng)計(jì)得出其消耗量有顯著地降低 。超聲波清洗除垢的對(duì)象也從原來(lái)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。以前只應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)、電子業(yè)，而現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到輕工業(yè)、化工食品業(yè)、紡織技術(shù)業(yè)、原子能、核 醫(yī)學(xué)和服務(wù)等一系列行業(yè)。 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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近些年來(lái)，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。 由上表可以看出，超聲波除垢設(shè)備對(duì)設(shè)備的防除垢起到重要的作用。 超聲波防 除垢徹底，操作簡(jiǎn)單，無(wú)污染 超聲波空逝對(duì)設(shè)備造成影響， 除垢 ，無(wú)需停機(jī)操作。 化學(xué)除垢 除垢徹底，對(duì)設(shè)備內(nèi)進(jìn) 需停機(jī)操作，周期較長(zhǎng)，費(fèi)用 性循環(huán)處理，效果好。 電磁處理 不停機(jī)，不污染環(huán)境。 高壓水除垢 操作周期短，安全性高。 人工或機(jī)械 方便安全，無(wú)污染。 除垢緩蝕劑 通過(guò)化學(xué)試劑吸附，抑制結(jié)晶成長(zhǎng)及析 藥劑及排污操作頻繁，費(fèi)用高 出，也可不停機(jī)操作。 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。超聲除垢技術(shù)已經(jīng)被用于管道 等設(shè)備，能很好的完成防止垢層生成與對(duì)現(xiàn)存的垢層進(jìn)行除去 [10]。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(lái)清洗和用化學(xué)藥劑對(duì)污垢進(jìn)行清洗的技術(shù)。它的好處在于操作簡(jiǎn)單、價(jià)格較低、且無(wú)污染等。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(wú)法做到，很少被人接受。 機(jī)械清洗 機(jī)械清洗是采用一些輔助清洗工具對(duì)其進(jìn)行清洗。因此，還需要研制出更強(qiáng)的化學(xué)除垢劑。不僅對(duì)周圍環(huán)境造成污染，甚至威脅到工人的健康?；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。 除垢方法 化學(xué)除垢 化學(xué)法除垢是根 據(jù)污垢層不同的化學(xué)成分從而選擇不同的酸性化學(xué)溶劑進(jìn)行的溶解除垢。利用污垢的導(dǎo)電率比一般金屬要小的特點(diǎn)來(lái)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(guò)程中可以通過(guò)加載在實(shí)驗(yàn)部位的輻射計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)得輻射的粒子數(shù)，從而測(cè)得微粒污垢在沉積過(guò)程中的增長(zhǎng) 。 （ 2）非傳熱量的污垢監(jiān)測(cè)方法 [8,9] 由于非傳熱量的污垢監(jiān)測(cè)方法有許多種， 在這里簡(jiǎn)單的介紹幾種。污垢熱阻可以通過(guò)在無(wú)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(lái)。污垢熱阻 Rf 法用來(lái)表征無(wú)構(gòu)成計(jì)量的主要參數(shù)有：污垢層平均厚度 163。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。為了更好的對(duì)污垢提前做好準(zhǔn)備工作，提前做好防除工作，通過(guò)對(duì)不同條件下污垢的數(shù)據(jù)記錄，研制出了許許多多的對(duì)形成污垢的沉降物的監(jiān)測(cè)方法。 值得一提的是，在污垢層剛開(kāi)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(wú)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?？偠灾m然換熱器的污垢與日常生活中的無(wú)污染有共同的機(jī)制，但由于工業(yè)生產(chǎn)存在一定的溫度梯度，致使換熱面上污垢中類變得更加復(fù)雜，換熱面的污染情況越來(lái)越復(fù)雜。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。為了補(bǔ)償因?yàn)槲酃笇?dǎo)致 換熱效率的降低，必然會(huì)增加換熱器，增加的換熱器又會(huì)產(chǎn)生消耗等