【正文】 ............ 19 離子色譜儀進(jìn)行離子檢測 ....................... 20 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 .............................. 22 進(jìn)料溫度對傳熱系數(shù)的影響 ..................... 22 進(jìn)料流量對傳熱系數(shù)的影響 ..................... 22 傳熱溫差對傳熱系數(shù)的影響 ..................... 23 超聲波功率密度對傳熱系數(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 ........................... 25 中心復(fù)合法實(shí)驗(yàn)設(shè)計優(yōu)勢 ....................... 26 實(shí)驗(yàn)設(shè)計概述 ............................... 26 中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計的特點(diǎn) ..................... 26 中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案實(shí)施 ..................... 27 選定模型的分析討論 ........................... 27 離子檢測數(shù)據(jù)分析 ................................. 31 4 結(jié)論 ................................................. 34 5 展望 ................................................. 35 6 參考文獻(xiàn)： ........................................... 36 7 致謝 ................................................. 38 附錄 .................................................... 39 天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 1 1 前言 本章主要介紹了污垢的種類及其形成過程 ,污垢的除去方法由此來引出超聲波防除垢性能 ,并對除垢方法加以比較得出超聲波除垢的優(yōu)勢所在 ,在 本部分 的結(jié)尾 簡單 介紹了本 研究 的主要工作。在 1991 年時，根據(jù)Somerscales 對換熱器中換熱板上阻礙換熱 的污垢下了一個相對來說比較嚴(yán)格的定義：凡是換熱器內(nèi)換熱面上存在的正常換熱和使得物料流過換熱面時阻力增加的物質(zhì)均為污垢 [1]。 根據(jù)能夠造成 污垢沉積的主要物理 或 化學(xué) 原因 ，污垢 的種類 可分為 以 下 幾 類 ： （ 1） 由于結(jié)晶而析出的污垢；飽和的物料在流經(jīng)換熱面時，物料中的無機(jī)鹽物質(zhì)與換熱面接觸并附著在換熱面上的結(jié)晶體。眾所周知，中國的水質(zhì)問題一直很嚴(yán)重不能得到改善。 微粒污垢：指漂浮在物料中的固態(tài)狀微粒堆積在和它接觸的換熱面上而造成的污垢。 （ 2） 化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)形成的污垢：化學(xué)反應(yīng)無處不在，物料彼此之間參與反應(yīng)很正常，這也就導(dǎo)致了物料之間反應(yīng)所產(chǎn)生的 物質(zhì)附著在換熱面上。這樣的離子數(shù)不勝數(shù)，所以在選取材料時候一定要注意。在選取換熱器使用的材料時，需要根據(jù)要處理的物料來確定，這樣就不會對傳熱系數(shù)造成太大的影響。這種污垢一旦形成不但污染了換熱面，還有可能使其他的污染物附著在換熱面從而形成新的垢層。 （ 4） 生物污垢：生物污垢是工業(yè)污垢的重要組成部分。流體中的生物產(chǎn)生污垢，形成的污垢層反過來又為生物繁殖提夠條件，其對溫度很敏感且在適宜條件下可形成相當(dāng)厚度的污垢層。這樣的話，換熱器的污垢熱阻會受到影響，而且還會大大影響到傳熱系數(shù)，不但影響到生產(chǎn)效率，對換熱設(shè)備 還會腐蝕造成損害。 （ 5） 物料凝固形成的污垢：物料進(jìn)入換熱器以后，如果換熱器剛好處在冷的狀態(tài)下，物料有可能在碰到換熱面是固化，凝結(jié)在換熱面上，等換熱器達(dá)到正常溫度時，它不脫落就形成了污垢。 （ 6） 混亂污垢：每一種污垢都有他們自身形成污垢的原理，雖然不盡相同，可卻是存在的。 以上分類中的不同種類只是說明 這些原因?qū)π纬晌酃甘鞘滓囊蛩?，但不一能是決定污垢沉積率的原因。而換熱面的表面一旦有了污垢，會影響到換熱效率，直接的表 現(xiàn)就是換熱額阻力增大，具體增加數(shù)值可根據(jù)式 11 計算出來，具體增加為 [3] RR ???1 f (11) 式中： Rf—— 污垢熱阻； R—— 總的傳熱熱阻； Α—— 傳熱系數(shù)。 RibK ???? ??? 111 ? f （ 12） 式中： K—— 總的傳熱系數(shù)； α0 、 αi—— 兩面的傳熱膜 系數(shù)； b—— 筒體的壁厚； λ—— 筒體壁材料的熱導(dǎo)率。傳熱系數(shù) K 越大，污垢對熱量的傳遞能力降低，阻力也會變高，阻力變高傳熱效率就會降低。 在化工、電力及紡織等行業(yè)中，大多是以水為載體的熱交換器，這種是最常見的，再加上中國自身水質(zhì)的問題，有污垢出現(xiàn)是很正常的現(xiàn)象。 ?換 熱設(shè)備結(jié)垢以后，換熱面的傳熱性能變差，傳熱阻力變大，而燃燒所釋放的熱量不能迅速的傳遞到指定部位，影響傳熱效果，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)或泵的耗功率增加，污垢增加必然導(dǎo)致自動清洗設(shè)備的動力消耗增加。與此同時，結(jié)構(gòu)后構(gòu)筑物的效果降低，甚至嚴(yán)重時會堵塞管道從而威脅設(shè)備的安全運(yùn)行，水垢嚴(yán)重的企業(yè)有時會被迫停產(chǎn)。由于污垢的導(dǎo)熱率極低，當(dāng)換熱面上形成污垢，不僅使得流體與換熱面之間能量傳遞的阻力增加還降低了設(shè)備的性能與壽命。 ?產(chǎn)量降低。加之設(shè)備在啟動、停止期間，條件達(dá)不到規(guī)定的要求，還需要運(yùn)行一段時才能夠生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，可能造成產(chǎn)品的 質(zhì)量隨之降低。而且，換熱面上的污染嚴(yán)重起來十分的復(fù)雜，對換熱器的危害也很嚴(yán)重，后果不能估量 。 污垢層的監(jiān)測 自從 80 年代開始，對污垢監(jiān)測的技術(shù)取得了較大的發(fā)展。污垢的監(jiān)測方法有很多，不過大體上來說，可以分為兩大類：熱量法、非熱量傳遞這兩種方法可以對污垢進(jìn)行監(jiān)測。 （ 1） 熱學(xué)法 這里主要介紹無污垢熱阻 Rf 法 [7]。f、單位為表面積上的污垢質(zhì)量 mf 和污垢熱阻 Rf。當(dāng)然所測得的是設(shè)備的平均污垢熱阻，如果需要測量局部的污垢熱阻可以通過需要側(cè)部位的筒壁溫度和熱通量測得 。厚度測量法：可以通過顯微鏡觀測或者用裝有移動探針上的測微計來測量污垢的厚度。時間推移拍攝法：對于在設(shè)備表面的污垢沉積，用慢速攝像機(jī)將污垢的沉積過程拍攝下來，然后再以正常的速度播放出來，就可以在短時間內(nèi)觀測到污垢的沉積過程。近幾年來，為了解決一些典型的污垢種類，人們研發(fā)出了不同的種類的除垢化學(xué)藥劑用來解決一些無法克服的污垢，并被廣泛應(yīng)用于管道除垢上。但與此同時這種在線化學(xué)除垢有著一定的弊端，它要求連續(xù)注入化學(xué)試劑，而且在用料量方面沒有一個定值，這就造成除垢效果不能得以保證。同時這種方法工藝復(fù)雜，對設(shè)備造成損害，成本相對提高。 高壓水除垢 顧名思義，高壓水噴射除垢就是利用泵產(chǎn)生高壓經(jīng)過噴嘴噴向污垢層，但這種清洗效果不是很理想，污垢層不能完全的清洗掉，與此同時還浪費(fèi)了大量的水資源，清洗后污垢也不能及時的排出。可以清除化學(xué)法不能夠除去的一些堿性物質(zhì)和碳化物，對鋼材的消耗較小。清洗過程時間較長，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。 天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 5 在線清洗 在線清洗是指在設(shè)備運(yùn)行的過程中進(jìn)行清洗。 超聲波除垢 利用超聲波來防除污垢相對于其他的除垢方法來說，它的優(yōu)點(diǎn)在于不需要讓設(shè)備停下來進(jìn)行除垢，不需要人為的太多操作可自動操作，省時省力又省錢，設(shè)備運(yùn)行的過程中不會出現(xiàn)太大的問題，十分穩(wěn)定，而且超聲波防除垢不像化學(xué)藥劑除垢那樣會對環(huán)境造成污染，完全無污染運(yùn)行，這也很符合現(xiàn)在社會提倡的綠色生產(chǎn)，同時它運(yùn)行只會消耗很小一部分電力就能偶達(dá)到目的。 除垢方法的不同導(dǎo)致造成的結(jié)果不同，當(dāng)然各有各的缺點(diǎn)和優(yōu)勢，我們將他們進(jìn)行比較如下表 11 所示。 徹底，容易產(chǎn)生的垢下腐蝕。 腐蝕設(shè)備且除垢不完全。 需停機(jī)處理，勞動量增大同時 清洗 對設(shè)備有損傷，同時除垢不徹 底，沉積物易腐蝕設(shè)備。 需停機(jī)處理，除垢不徹底，尤 其是內(nèi)部，同時易腐蝕設(shè)備。 效果不明顯，易失效，同樣容 易使污垢下腐蝕設(shè)備。 高，對設(shè)備造成腐蝕，且對環(huán) 境污染較大。 致使設(shè)備易引起金屬疲勞。各項(xiàng)指標(biāo)都有所提高，消耗量明顯的降低，對經(jīng)濟(jì)的平衡點(diǎn)十分有利 [11]。已經(jīng)在化工科學(xué)、醫(yī)學(xué)事業(yè)、石油行業(yè)等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而清洗除垢的種類也從以前的機(jī)械零部件等發(fā)展到鐘表、醫(yī)用器械、精密級別的軸承、甚至集成電路、餐具等，種類繁多。 超聲波防垢除垢在國內(nèi)的應(yīng)用 目 前，在中國已經(jīng)有部分發(fā)電型企業(yè)使用防除垢設(shè)備，為了防止換熱器因長時間工作而產(chǎn)生的污垢，應(yīng)用超聲波除垢設(shè)備連續(xù)不間斷的工作。在此之后進(jìn)行停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)污垢層有顯著降低，阻垢率達(dá)到百分之九十以上，效果顯著。 2022年安裝了 USP900 型超聲波防除垢設(shè)備后，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)沒有新的污垢層出現(xiàn)，而且原有的污垢層也大多數(shù)都出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。同樣兩臺機(jī)組上都裝配了N+20222 型凝汽器，設(shè)備在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下應(yīng)該將凝汽器的斷的差調(diào)整在 5℃之內(nèi)。造成端的差大的大部分原因是因?yàn)橛糜谥貜?fù)利用中的污泥污垢、微小的生物和溶在水中的碳酸類鹽物質(zhì)以及用于給提供熱量的設(shè)備中存在的鐵銹物質(zhì)附著在冷凝器管的一側(cè)形成水垢，造成傳熱阻力變大， 相同的穿熱量在經(jīng)過這一段時端差變大許多排出的氣體溫度升高，真空度卻下降許多。而 KSD 防除垢設(shè)備每臺投資 76萬元，設(shè)備運(yùn)行 6個月節(jié)約的成本就可以回購該設(shè)備的全部費(fèi)用。 針對鞍山市內(nèi) 企業(yè)換熱器污垢的治理，采用超聲波防除垢效果顯著。 中石化天津分公司烯烴部聚乙烯車間調(diào)溫水換熱器 E4007 為板式換熱器，該換熱器將脫鹽水用循環(huán)水從 50℃左右冷卻至 38℃左右后循環(huán)使用。這些污垢層表面還易附著淤泥、微 生物等雜質(zhì)，使得換熱板間距越來越小，循環(huán)的水量也從 1700Nm3/h 左右降低到 1300Nm3/h，嚴(yán)重時會發(fā)生反應(yīng)器內(nèi)部樹脂爆聚以及熔融現(xiàn)象?？梢娤聢D 11,12。由于管道及設(shè)備長期運(yùn)送鹵水導(dǎo)致結(jié)垢問題嚴(yán)重，換熱設(shè)備及管道也大面積腐蝕嚴(yán)重，需要大量長期的更換。超聲波被用于管道內(nèi)的污垢防除工作，這是因?yàn)槌暡▽Νh(huán)境的危害比其他的除垢方法要小很多，除垢效果卻顯而易見的耗，成本十分低除去購買設(shè)備時需花費(fèi)一部分資金外，設(shè)備運(yùn)行時的消耗幾乎可以忽略不計。由于以上的諸多優(yōu)點(diǎn)，被人們廣泛接受并稱之為“最高效的新技術(shù)”。在這一系列應(yīng)用超聲波的換熱設(shè)備中，通過一段時間的觀察以及事后拆除發(fā)現(xiàn)，幾乎沒有出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象，對增加傳熱系數(shù)的提高很明顯，節(jié)約能源減少排出的污染物很明顯。對于這種狀況，工廠起初采用機(jī)械方法除去污垢，效果緩慢不說，還使得清洗過后這加熱設(shè)備供熱的速度減慢了，耽誤工廠正常運(yùn)作。與此同時，由于設(shè)備筒體在高溫下運(yùn)行，造成自身損耗嚴(yán)重。 2022 年 5 月，該站在 2*、 3*、4*以及熱洗爐進(jìn)出口分別安裝超聲波防除垢裝置。具體比較可見表 13。但根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，噪音減少的同時會影響到超聲波的空化效果，這就得不償失了。所以，這個問題還有待解決。對此，也可將換熱設(shè)備換用耐腐蝕材料或者改變其結(jié)構(gòu)來降低其腐蝕效果。對此，可采用先進(jìn)的變換技術(shù)，降低損耗及開關(guān)過程中對設(shè)備的干擾。超聲波防除垢設(shè)備與傳統(tǒng)的方法有著絕對的優(yōu)勢。而且不需要連續(xù)操作，遙控即可控制， 不需要讓設(shè)備停下來進(jìn)行除垢，不需要人為的太多操作可自動操作，省時省力又省錢，設(shè)備運(yùn)行的過程中不會出現(xiàn)太大的問題，十分穩(wěn)定。同時它天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 10 運(yùn)行只會消耗很小一部分電力就能偶達(dá)到目的。而且超聲波技術(shù)也被人們應(yīng)用到日常生活當(dāng)中，都有很好的發(fā)展前景。 超聲防除垢可清除的污垢中類十分廣泛，相對于傳統(tǒng)除垢方法來說，其除垢速度快，除垢效率高無殘留物，復(fù)雜零件中各種盲孔、夾縫中的污垢都可以清除，這些工作都不會影響到設(shè)備的正常工作，而且對設(shè)備無論內(nèi)外都不會造成傷害；與此同時，超聲除垢技術(shù)減少了用水量。 課題研究的意義 超聲除垢的主要優(yōu)勢在于它不需要添加