超声波除垢技术在化工装置的应用

朱赞明

（中国国电集团国电永福发电有限公司，广西 桂林 541805）

超声波除垢技术在化工装置的应用

朱赞明

（中国国电集团国电永福发电有限公司，广西 桂林 541805）

化工生产过程当中因无机盐结晶、金属腐蚀以及颗粒沉积等方面因素的影响，容易导致化工装置出现结垢。污垢不断累积会使得化工装置发生腐蚀、管路堵塞以及热效率下降问题等，因此做好除垢工作是确保化工装置安全运行的重要保障。本文简要介绍了超声波除垢技术，并在此基础上探讨了其在化工装置当中的具体应用。

超声波除垢技术；化工装置；应用

1 应用背景

过去化工装置使用的除垢技术，对生产有着重要的影响，需要的时间也比较长，并且工作人员的劳动强度较高，因此需要探索新型的除垢技术。超声波除垢是新兴起的技术，当超声波传播的时候，在液体中的微小气泡会出现共振。在声压到达一定水平的时候，在波谷环节气泡压力不断下降，气泡就会急剧膨胀出现爆炸湮灭。超声波影响下，液体当中小气泡爆破的过程被成为超声空化，能够用来清除各种污垢。

2 超声波防除垢技术简介

超声波由不同的纵波组合而成，振动强度能够通过声压或者是声场的强度来代表。超声波借助于液体传播的时候，会因为共振而生成微小的气泡。超声空化能够在局部造成高压、高温以及微射流作用。这样在超声波的影响下，每一个空化的气泡都可以说是一个爆炸点，能够在爆炸的一瞬间制造出非常惊人的能量效应,能够制造速度超过100m/s的微射流，从而在不同的界面间制造机械搅拌。利用这种影响可以有效突破边界层，在界面之间完成化学反应，并且传递热量以及质量。

超声波除垢的作用机理，主要是因为超声空化以及由此导致的微射流冲击。超声波带来的机械效应能够加速固体以及液体界面湍动，从而在表面制造出浓度差，加速溶液向着固体表面扩散，从固体表面剥离晶体粒子。

固体表面上的污垢遭到侵蚀后，会改变其物理性状，让污垢变得更软更疏松，从而可以轻松清洗掉乃至于自行脱落。除此之外，高速微射流可以振动气泡的表面，通过夸张的速度梯度以及黏滞应力，完全可以在短时间内破坏掉化工装置的污垢，让这些污垢顺利脱落。

3 经济效益分析

化工装置的换热设备通过使用超声波除垢技术，可以保持设备的清洁，从而安全稳定地运行，避免化工装置带垢运行而造成能源浪费，同时也有利于确保化工装置的稳定使用。通过使用这一技术，能够有效降低换热器的冗余。化工装置的换热设备出现结垢可以说是现实当中比较常见的问题之一。所以，在换热设备进行设计的时候，就需要兼顾污垢对于换热效果带来的不良影响，在设计的时候增加1/5的冗余面积。在应用超声波除垢技术之后，能够将冗余面积控制在1/10以内，从而有效降低换热设备方面的成本开支，还不会耽误到日常生产。除此之外，通过应用这一技术可有效避免污垢腐蚀问题的发生、发展，降低设备管芯更换的频率，也能够进一步降低生产成本。

4 化工装置应用实例

4.1 某乙烯装置冷凝器上的应用

乙烯冷分离精馏塔的塔顶需要使用冷凝器，这一装置在循环水管线的最后面，因此循环的速度自然不可能快，这就导致在长期的使用过程当中，慢慢地出现污垢。在秋天以及冬天的时候，因为空气的温度很低，因此冷凝器能够不断增加循环水量，通过这一方面可以有效补充污垢引发的换热下降问题，确保生产可以正常维持运转。但是，到了夏天天热的时候，不能一味地去增加循环水量来补偿换热方面的损失，自然不可能达到生产工艺的标准要求。这样一来就使得丙烯的换热水平不够理想，导致丙烯在出口位置的压力不断上升，诱发塔压的持续上升，无法实现精馏操作。有时候还会出现空阀起跳，丙烯直接排放到火炬里面，造成严重的经济损失。

通过应用超声波技术，有效地降低了能源方面的消耗。安装之前的循环水用量方面，每小时需要消耗100多吨，安装之后的循环水使用能够下降到每小时80吨左右。与此同时，应用这一技术还能够实现在线除垢，而传统的化学清洗技术以及其他的落手技术进行除垢，不得不停产。显然，超声波技术可以降低清洗的成本，最大限度避免设备腐蚀问题以及停产带来的损失，并且还可以减少清洗使用的水资源。

4.2 某苯乙烯装置冷凝器上的应用

苯乙烯装置的主冷器结垢问题往往比较厉害，主要是以钙离子垢、镁离子垢还有淤泥为主。污垢的存在直接影响到换热器的运行效率，使得大量的能源资源被浪费，导致反应系统的压力越来越大，自然会浪费压缩机蒸汽，影响到生产线的工作效率，使得产量越来越低。在使用超声波技术之后，后换热设备的运行就会越来越稳定，阻力显著下降，同时压缩机消耗的蒸汽也越来越少，一方面加大了苯乙烯生产量，另一方面降低了生产过程当中的能源消耗。

4.3 某丁二烯装置冷凝器上的应用

丁二烯冷凝器的换热面积往往比较大，并且常年使用导致结垢问题非常严重，加大了整个系统的能源消耗。通过使用超声波技术，可以有效缓解这方面的问题。研究人员对比发现，没有使用超声波除垢技术的冷凝器出口温度要比安装使用超声波技术的出口温度高3℃左右。

4.4 某油浆蒸汽发生器上的应用

车间使用的催化装置发生器，作用主要是将油浆以及除盐水进行换热，将油浆蒸汽的热量转换一下之后用来加热除氧水。因为油浆属于分油质，冷却的时候难免会出现焦积碳，导致换热器的工作效率降低，蒸汽的产量自然也跟着下降。通过使用超声波技术，油浆的平均处理量得到显著的增加，与此同时蒸汽产量也明显增加。

5 结语

综上所述，超声波除垢技术有着效率高以及环保的特点，因此应用潜力非常广阔。在化工装置的清洁当中，应当持续推广应用超声波除垢技术，从而达到节能减排的目的。不过在应用的时候需要注意避免损坏设备，并且确保健康标准，保证工作人员的安全。

[1]吴鑫干，刘含茂．环己烷氧化制环己酮工艺及研究进展[J]．化工科技，2015,10(2):48～53．

[2]谢文莲，李玲，郭灿城．环己烷氧化制环己酮工艺技术进展[J]．精细化工中间体，2014,33(1):8～10．

[3]张丽芳，陈赤阳，项志军．环己烷氧化制备环己酮和环己醇工艺研究进展[J].北京石油化工学院学报，2014,12(2):39～43．

[4]郭志武，靳海波，佟泽民．环己酮、环己醇制备技术进展[J].化工进展，2015,25(8):852～859．

TQ325.2

A

1671-0711（2016）12（上）-0111-02