石化行業換熱設備超聲波在線防垢技術原理

超聲波    時間:2014-03-12 20:38:32
石化行業換熱設備超聲波在線防垢技術原理簡介
一、技術名稱:換熱設備超聲波在線防垢技術  二、適用範圍:石化行業換熱設備  三、與該節能技術相關生產環節的能耗現狀:  我……
石化行業換熱設備超聲波在線防垢技術原理正文

  

一、技術名稱:換熱設備超聲波在線防垢技術

二、適用範圍:石化行業換熱設備

三、與該節能技術相關生產環節的能耗現狀:

我國石化行業現存的換熱設備超過30萬台,長期以來這些設備的防垢、除垢問題一直沒有很好的解決辦法,換熱設備普遍在帶垢0.2~10mm厚度之間的狀態下運行。垢的導熱係數(一般均在 1 W/m•K左右)僅為換熱器金屬管壁的幾十分之一。據行業統計,垢質每年在換熱設備和管道中的沉積厚度約為4mm,換熱設備積垢每增加1mm,傳熱係數下降9%~9.6%,能耗和排放將增加10%以上,同時帶來生產效率下降、垢下腐蝕縮短設備壽命、安全隱患等一系列問題。

四、技術內容:

1.技術原理

超聲脈衝振蕩波在換熱器管、板壁傳播,在金屬管、板壁和附近的液態介質之間產生效應,破壞污垢的附著條件,防止換熱設備在運行過程中結垢,提高換熱設備傳熱能力,降低達到同樣工藝要求所需的能耗量,實現節能目的。

2.關鍵技術

1)強磁致伸縮新型換能器技術;

2)超聲波聲學參數調測和數字控制技術;

3)不同應用環境超聲波聲學參數定向設計技術。

3.工藝流程

1)超聲波防垢原理(見圖1)

2)超聲波防垢機理

高速微渦效應:

由於超聲波頻率很高,在管、板壁傳播時形成很高的加速度,作用於與管、板壁直接接觸的流體介質時,會出現一個微小的真空區域。真空區域剛一形成,附近介質在壓力的作用下就會迅速湧向這一區域來填補真空,形成許多微小的渦流,這些渦流與生產同時進行,對壁面形成不間斷的沖刷,這就是高速微渦效應。這一效應相當於介質隨時都在對壁面進行清洗,可有效防止污垢的粘附。高速微渦效應具有防垢與除垢雙重作用。

超聲波防垢原理圖

剪切應力效應:壁面振動會帶動其上的垢層一起振動,從而在壁面和垢層之間產生剪切力和推斥力,對於已有垢層,剪切力和推斥力會使其疲勞、裂紋、疏鬆、破碎而脫落;對於即將粘附的污垢成分,剛一接觸壁面即被排開,無法穩定停留在壁面上。無論哪種情況,污垢都會隨著介質的流動被帶走,這就是剪切應力效應。剪切應力效應起到了除垢作用(見圖3)。

此外,介質流動時,由於與固體壁面有摩擦力,會在近壁區域而形成滯流層,也叫邊界層。這一區域的傳熱過程為滯流介質的導熱過程而不是對流換熱過程,而介質的導熱係數較對流換熱係數要低得多,因此滯流層的存在會降低傳熱係數。當有超聲波作用時,超聲波引起的高速微渦可有效破壞滯流層,起到強化傳熱的作用。

五、主要技術指標:

1)平均提高換熱設備傳熱係數21%,降低換熱設備污垢熱阻55%。

2)石化行業換熱設備平均節能率為9.1%。

六、技術應用情況:

2010年通過中國石油化工集團公司科學技術成果鑒定,目前已在石油、石化、化工行業眾多企業應用。該技術在不同應用環境聲學參數定向設計、減少超聲波衰減和抗畸變方面具有新穎性,整體技術達到國際先進水平,具有顯著的節能效益。

七、典型用戶及投資效益:

典型用戶:中石化上海高橋分公司、中石化四川維尼綸廠

1)建設規模:在煉油3部3#800萬噸常減壓蒸餾裝置換熱網路超聲波防、除垢技術改造。主要技改內容:煉油3部3#常減壓蒸餾裝置換熱網路21台換熱器上安裝超聲波防、除垢裝置。節能技改投資額985萬元,建設期2個月,年節能量7272tce,年節能效益為582萬元,投資回收期20個月。

2)建設規模:在四川維尼綸廠發電車間、乙炔車間、PVA車間的14台換熱設備上應用超聲波防垢技術。主要技改內容:在乙炔車間提濃裝置E0401、E0442、E451\A\B\C、E455\A\B、V0601共8台換熱器,聚乙烯醇車間E598、E590、E622、2H443、2H445共5台換熱器,發電車間1#機組凝汽器,合計14台換熱器上安裝超聲波防、除垢裝置。節能技改投資額210萬元,建設期1個月,年節能2396tce,年節能效益為192萬元,投資回收期13個月。

八、推廣前景和節能潛力

石化行業的換熱設備數量超過30萬台,如果採用超聲波防垢技術解決污垢問題,可降低全行業換熱設備能耗約9%。2009年,石化(含煉油)行業消耗能源約1.28億噸tce,其中換熱設備的相關能耗約佔12%。如果在石化行業推廣使用該技術,其節能潛力為139萬tce。預計「十二五」期間推廣比例可達40%,可產生約55萬tce/a的節能能力。

 

  

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