蒸发结晶系统专用在线超声波除垢器

一、超声波消除垢原理：

超声波防除垢设备主要是利用超声波强声场，使成垢物质在超声场的作用下，其物理形态和性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。

超声波在媒质中传播时，使媒质产生受迫振动，粒子间产生相互作用，超声波的机械能使媒质中的质点位移速度，加速度达到一定数值时，就会在媒质中产生超声波凝聚效应、高速微涡效应和剪切应力效应，通过这一系列效应来实现防垢、除垢目的。同时，液体媒介中超声波的存在以及空化气泡在传输过程中与边界面和物体的相互作用形成强烈的声冲流，声冲流对液体进行剧烈的扰动，造成对流热输运，从而增强了加热面与液体间的对流换热。

防垢机理：当超声波除垢器的换能器发出的超声波—脉冲振荡波在换热器传热面的金属管、板壁中传播时，在高加速度振荡波的冲击作用下，金属和液体界面上的液体产生高速微涡，这一高速微涡阻碍了结垢、结晶、积垢等物质的附着，同时也起到了金属界面的清理作用，从而实现防止结垢、结晶、积垢的目的。

当声学除垢器激发的超声波振荡沿着热交换设备的金属构件传递至管束上，便产生如下三方面效果：一、这使管束上的积垢持续不断地剥落；二、能减缓管束结垢的速度；三、传递到水介质中的超声波使部分盐在水中直接结晶化，形成粥样沉淀。当垢层达到0.2mm 以上时，其刚度便足以使之在超声波作用下剥落，结垢与除垢形成某种动态平衡。

二、超声波的除垢机理主要表现在：

(1)、“空化”效应

超声波的辐射能对被处理液体介质直接产生大量的空穴和气泡，于液体介质中超声波的辐射能对被处理液体介质直接产生大量的空穴和气泡，也就是把液体拉裂而形成无数极微小的局部空穴，当这些空穴和气泡破裂或互相挤压时，产生一定范围的强大的压力峰，这一强压力峰能使成垢物质粉碎悬浮液体介质中，并使已生成的垢层破碎使其易于脱落。

(2)、“剪切”效应

水分子裂解产生的活性自由基的寿命比较长，它进入管道后将产生还原作用，可以使生成的积垢剥落下来。而且因超声波辐射在垢层和管壁上，加热管上的吸收和传播速度不同，产生速度差，形成垢层与管壁界面上的相对剪切力，从而导致垢层产生疲劳而松脱。

(3)、“抑制”效应

通过超声波的作用，改变了液体主体的物理化学性质，缩短了成垢质的成核诱导期，刺激了微小晶核的生成。新生成的这些微小晶核，由于体积小、质量轻、表面积大，悬浮于液体中，生成比壁面大得多的界面，有很强的争夺水中离子的能力，能抑制离子在壁面处的成核和长大，让既定结构的晶粒长大，因此减少了粘附于换热面上成垢离子的数量，从而也就减小了积垢的沉积速率。实验研究表明，当液体过饱和系数一定时，在同一超声波参数下，超声波作用时间越长，则成垢物质的成核诱导期越短。此外，超声波辐射压力、声学毛细管现象、科努瓦诺夫效应和声流对积垢生成也有直接的防除效应。

三、超声波除垢工艺流程示意图

四、超声波除垢装置组成及运行参数

1、组成：主要由电源单元、主控单元、电/机转换单元、参数调测单元、匹配单元、显示单元、功放单元、遥控单元等硬件组成以及主控软件、参数调测控制软件、电/机转换控制等软件组成。

2、系统参数设计

环境温度：-30℃～+70℃，相对湿度＜85%。

工作电源：供电 220±10％V 输入范围

超声波频率：15～25KHz

脉冲周期：40～300ms（根据材质和除垢面积不同来调节和设置、配置）

脉冲宽度：0.5～2.5 ms

换能单元绝缘电阻：＞1000MΩ

五、超声波除垢装置对换热设备安全性的影响

1、应力对设备的影响

超声波设备是以铁镓系材料为主体，添加微量稀土元素改性的磁致伸缩材料，其特性及尺寸大小决定伸缩值为2 μm，即换能器产生震动的振幅为A= 2μm。

超声波频率为20 kHz，传播速率为Ｃ＝5200 m/s，杨氏模量为Ｅ＝2.1×10¹¹Ｎ/m²，换能器产生的机械应力为：

δ＝A·E·(ω/C)

=2×10^-6×2.1×10¹¹×(2π×2×10⁴/5.2×10³)

≈10×10⁶N/m²

≈1 kg/mm²

通常金属材料的疲劳极限均在10 kg/mm²以上，对于焊接部件的焊缝强度削弱系数取0.75，则疲劳极限也在7 kg/mm²以上，根据疲劳极限的定义，δ远小于δ疲，因此对于使用设备是安全的。

2、共振的影响

防垢装置产生超声波频率是高频可调的，即频率在20 kHz左右可调，可以避开热交换设备系统的固有频率，通过将防垢装置的频率调至工频的整数倍，不会发生共振现象。

3、对人体无害

超声波脉冲防除垢装置所产生的噪音为12分贝，低于人平常交谈时的30分贝，产生的电磁波频率为20 kHz左右，远低于电磁波干扰监控限值100 kHz，而且超声波防除垢装置处于屏蔽状态，对人体安全无危害。

六、超声波除垢优势

1、超声波除垢法相对于传统方法，它的主要优势在于超声波除垢有无须添加任何化学药剂，对人体无任何危害，更不会形成二次的污染。克服了化学法的设备腐蚀安全隐患和化学污染、成本高、可靠性不易控制及机械法难清除死角垢、劳动强度大、效率低等不足，杜绝了水处理设备中有害的废水污染周围环境，用这种方法清洗 1 立方米的价格，大约算来要比化学处理低 200—250 倍。

2、设备体积小，安装方便，不影响换热设备的正常使用；

3、操作简单免维护程度高，不设专人操作管理，不腐蚀设备，使用寿命长；在线不停产，防垢、除垢双向功能等特点。

4、蒸发结晶系统专用的超声波除垢器还可以实现在线的移动和切换，特别是在有结晶的效段，实现多方位的布置来提升消垢、除垢的功能。

5、能耗低，采用同步共振脉冲技术，技术成熟、超级节能（单个换能器耗电只有 40-60 瓦）而运行成本极低、除垢持久。

6、采用超声波的方法是纯粹物理法防除垢工艺的技术，用于购买安装和调试使用的成本，在使用的3个月之内就会被全部收回。

七、在用户现场使用2个月后的测试情况（对比图）