[发明专利]剪切弹性波在线防垢除垢系统及防垢除垢方法

说明书

本发明公开了一种剪切弹性波在线防垢除垢系统，包括：交流电源，整流滤波电路，逆变电路，DSP微处理系统，A/D转换电路，换能器，谐波采样电路，A/D转换电路；本发明进一步提供了剪切弹性波在线防垢除垢系统的防垢除垢方法，通过A/D转换电路送给DSP微处理系统，DSP微处理系统通过信号计算处理，找到被除垢设备的所有振动模态谐响应频率点，控制逆变电路输出的频率F交流电脉冲的激励换能器，使被除垢设备获得最大效率的剪切弹性波，高效除垢的效果。本发明除垢防垢效率高，成本低，污染小。

技术领域

本发明属于除垢防垢技术领域，具体涉及一种剪切弹性波在线防垢除垢系统及防垢除垢方法。

背景技术

传热和传质是工艺流程过程不可缺少的过程，换热器是用来传热的必备设备，换热器是通过具有导热优良的材料做换热面来进行传热的。污垢是附着在换热表面的那层固态或软泥状物质，它通常以混合物的形态存在，污垢的形成过程是换热表面从清洁状态到被污垢覆盖的过程，该过程广泛存在于工业生产流程中。污垢不仅妨碍传热增加增加流体流过换热面时的阻力，严重妨碍设备的正常运行，并造成能源的巨大浪费和经济损失。

长久以来，化学法防垢除垢技术被广泛使用，并且在一定程度上颇有成效。但同时也暴露了一些问题，比如投加化学药剂于冷却水中，会造成受纳水体的污染，增加固态废物和产生新的污染物，在温度适宜时还会滋生细菌和藻类；还有化学药品和水体的针对性比较强，当水体发生变化时，需要及时改变加药量或加药品种，化学法对工业流程的污垢处理只是起到了缓解的作用，例如为了保持循环水的良好的状态需要定期排污，及补充大量的新水。

物理方法除垢防垢技术应运而生，其原理是通过电场、磁场、声场、电化学等技术，对循环水施加一定的能量，通过促进垢在水体中结晶或者使垢在形成的最初阶段就被瓦解来抑制垢的形成，能够在线处理，不产生化学废液。具有轻微的防腐、溶垢和杀菌灭藻效果。该物理方法除垢防垢技术的缺点：处理效果和水质有关，对于硬水效果不明显、有失效问题、有时产生垢下腐蚀，应用环境温度有严格限制，不能用在相变环境下，另外对泥沙、生物黏泥等软垢也不具有除垢效果。仅用于低硬度的循环水水系统，不能用于硬度高（例如污水蒸发系统）的水系统，对于换热器或管道的结疤、积碳、积灰、阀门卡死等问题更是无能为力。

在线安装的外置式短脉冲超声波防垢除垢技术：其工作原理是通过安装在换热器外部的超声波换能器将功率超声波能量传递到换热壁面上，并产生一系列的物理效应，其中最重要是剪切效应，由于功率超声波能量在金属中的传递距离相比在空气中和液体中衰减小，该技术首先是前苏联用在舰船锅炉上的一种在线防垢除垢技术。由于舰船锅炉一般都是蒸汽锅炉，锅炉的换热管弹性较好，锅炉水都经过处理的，结垢程度不是非常严重，而且结垢温度很高，但产生一层薄垢后，在很小的脉冲外力作用下就会产生裂纹，热水进入裂纹后在高温管壁作用下产生蒸汽爆破把垢冲击下来，从而实现了良好的防垢除垢效果。然而在石油化工领域换热器的结垢情况要比蒸汽锅炉结垢复杂的多，锅炉结垢一般都是无机盐垢，而石油化工领域换热器的结垢一般是复合污垢，而且还具有一定的韧性和粘性，另外换热器的换热温度比较低，不会有蒸汽爆破的现象，还有的换热器换热管壁比较粗糙，这些现象都决定了石油化工领域换热器的结垢处理难度要比蒸汽锅炉的水垢大得多。外置式短脉冲超声波防垢除垢技术是利用电容充放电技术为换热器提供能量驱动换能器产生超声波能量，换能器和换热器紧密连接将超声波能量传递到换热壁面上，使换热壁面产生连续的很短的脉冲波动，一般情况是脉冲工作时间是2.5ms～5.0ms，脉冲间隔时间80ms～100ms。由于超声波能量的有效工作太短，有效的功率密度太低，使换热壁面的表面质点不能产生连续的椭圆运动，即不能使换热壁面与附着在上面的污垢产生良好的连续的相互剪切力，即对污垢的清除能量密度和能力非常小。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种剪切弹性波在线防垢除垢系统及防垢除垢方法，用于克服现有技术中除垢效率低，换热器使用寿命短，成本高，降低生产效率，容易引入二次污染，适用范围窄等缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：