管道超声波防除垢技术.pdf

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1、清洗世界第30卷第12期专论与综述CleaningWorld2014年12月文章编号:1671－8909(2014)12－0027－04管道超声波防除垢技术王丹，郑晓涛，陈景峰(中海油能源发展采油服务公司天津300452)摘要:介绍了超声波的特性及超声波阻垢与除垢的机理，阐述了超声波防除垢装置的组成以及在管道上的三种安装形式，介绍了国内外在超声波阻垢与除垢方面的应用情况，例证了超声波技术能够实现管道的在线防垢和除垢。关键词:防垢除垢;超声波;管道中图分类号:TB490文献标识码:BPipelineultrasonicanti－fouli

2、ngtechnologyWANGDan，ZHENGXiaotao，CHENJingfeng(CNOOCEnergyTechnology＆OilServicesCompany，Tianjin300452，China)Abstract:Thispaperintroducedthecharacteristicsandmechanismofinhibitionwithanultrasoniccleaning，describedthecompositionoftheultrasoniccleaningdeviceaswellasthreeanti

3、－forminthepipeinstallation，introducedtheapplicationofultrasonicwavesathomeandabroadintermsofscaleanddescaling，illustrationultrasonictechnologyenablesonlinescalingandfoulingpipeline.Keywords:Anti－fouling;ultrasonic;pipeline超声波是频率高于20kHz的声波，它方向性会诱发管道局部腐蚀，导致管道漏泄频繁，甚至穿［1］好，穿

4、透能力强，易获得较集中的声能，在医学、军孔，造成破坏性事故。事、工业等领域有着广泛的应用，如超声洗牙、声呐、1超声波特性超声清洗等。超声波防除垢技术主要用于清除管道、换热器及其他易结垢设备上的各种污垢。国外超声波是一种机械波，是通过电源发生器产生最早的应用是前苏联曾在达格斯坦苏阿姆斯库油田的高频、高压电流激励超声波换能器产生的。典型进行了超声波防垢试验。国内近十几年该项技术有的工业用高压发生器产生的超声波频率范围为了快速的发展，在工业领域有了广泛的应用，效果良(20～120)kHz。超声波与液体介质相互作用产生好，取得一定的经济效益。微

5、小气泡，气泡迅速膨胀到最大直径后内爆，释放内管道内输送的介质以水、油为主。这些介质里部能量(如图1所示)。气泡大小跟超声频率有关。面含有有机物、H2S、CO2、多种离子以及泥砂等杂频率越高，空化气泡直径就越小。20kHz超声波产质，因此容易结垢，甚至造成管线堵塞。管道结垢还生空化气泡直径大约170μm。产生空化作用所需收稿日期:2014－06－25作者简介:王丹(1986－)，男，中海油能源发展采油服务公司技术中心，主要从事海洋石油装备、超声波方面研究。·28·清洗世界第12期的最低能量要大于空化临界值。换句话说，超声波用，但超声波在管

6、道内壁的防垢、除垢的工艺有所不要有足够的声压幅值来克服分子作用力和液体介质同。的粘性，以产生空穴。对于介质水，(20～40)kHz的2.1防垢机理超声波换能器表面所产生的能量至少要达到(0.3～超声波防垢主要依靠超声波的空化作用、活化2［2］0.5)W/cm才能产生空化作用。作用和抑制作用。当超声波脉冲振荡波在管道内传播时，破坏结晶垢的生成和在管壁沉积的条件，使成垢物质在液体中形成分散相沉积体，阻碍了结垢、结晶、积垢等物质的附着，同时也起到金属界面的清理［4］作用，从而实现防止结垢、结晶、积垢的目的。文献5报道，通过试验研究了超声波对碳

7、酸钙结晶的影响，揭示了超声波防垢的机制。图1空化气泡产生从图3和图4发现，经20kHz处理的晶粒比较空化作用是以微秒速度产生的。对20kHz超均匀，晶体颗粒数目多且尺寸明显减小，所产生的碳声波，估计压力为(30～70)MPa，局部瞬态温度可达酸钙大部分呈文石型针状结晶;而未用超声波处理5000℃，微射流速度可达400km/h。在给定介质的溶液析出的沉淀颗粒尺寸偏大且不均匀，得到的内的空化作用的强度和数量是由若干因素决定的，碳酸钙呈方解石型颗粒状结晶。主要是超声波的形式、频率和幅值。其他的决定性因素主要是由液体介质的依数性决定的，包括粘性

8、、表面张力、密度、蒸汽压力、介质温度和液体流动状态(静态或动态或层流)，以及溶解的空气量。超声波作用下液体气泡的内爆破向固体表面产生微射流的过程如图2所示。图2微射流过程2超声波防除垢机理超声作用后，成核诱