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文檔簡介
超音頻脈沖除防垢儀的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,一、項(xiàng)目來源與背景,國內(nèi)目前已研制出一種超音頻防垢除垢儀,可解決運(yùn)行設(shè)備、運(yùn)行管線的結(jié)垢與防垢問題。這種防除垢儀可廣泛應(yīng)用在鍋爐、管道、列管板式換熱器等設(shè)備的防、除垢過程(見圖1至圖3),并可解決高硬度、高堿度的水垢、水處理劑難以解決的碳酸鹽垢和硫酸鹽垢等各種混合垢難以同時(shí)清除的難題,是目前比較先進(jìn)和十分有效的防垢、除垢技術(shù)。,圖1 在動(dòng)力設(shè)備上的安裝圖,圖2 在加熱爐設(shè)備上的安裝圖,圖3 在管道上的安裝圖,一、項(xiàng)目來源與背景,在國內(nèi)其它油田成功使用情況,華北油田文31站2加熱爐和馬二接轉(zhuǎn)站油水分離器水出口管線,由于水中富含硬度鹽造成每年結(jié)垢非常嚴(yán)重(六個(gè)月時(shí)間內(nèi)垢厚達(dá)到3.58.5cm),直接影響設(shè)備正常生產(chǎn)。 2004年11月安裝了該裝置,2005年4月-7月分別打開其管線閥門檢驗(yàn)其防除垢效果。通過檢驗(yàn),設(shè)備及管線表面光潔,沒有結(jié)垢,防垢效果明顯。,圖4 安裝除防垢儀前的情況,圖5 安裝除防垢儀后的情況,二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì),超音頻脈沖防垢技術(shù)機(jī)理,超音頻脈沖信號(hào)經(jīng)大功率的功率器件放大后經(jīng)換能器產(chǎn)生超音頻的機(jī)械振動(dòng),超音頻的機(jī)械振動(dòng)作用于鍋爐及熱交換器管板及管板內(nèi)的水中,使水產(chǎn)生超聲凝聚現(xiàn)象,即水中的硬度鹽及懸浮在水中的微粒雜質(zhì),凝集成較大的顆粒而沉淀或隨水的流動(dòng)而沖走。由于金屬管壁和水對(duì)超音頻振動(dòng)的頻率響應(yīng)不同,因此在金屬管壁和水之間產(chǎn)生高速的相對(duì)運(yùn)動(dòng),即超聲波清洗,使得水中尚未結(jié)晶的鹽及較大顆粒的凝結(jié)團(tuán)或結(jié)晶根本無法靜止粘固在管板壁的表面,而是呈現(xiàn)為懸浮性絮狀物,這些絮狀物通過排污即可輕易排除。,二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì),超音頻脈沖除垢技術(shù)機(jī)理,超音頻的振動(dòng)作用于結(jié)垢的金屬管道及板壁上,使得金屬、水垢、水隨之振動(dòng)。但由于金屬、水垢、水的慣性和彈性不同,頻率響應(yīng)不同,使三者間產(chǎn)生不同步的振動(dòng),長時(shí)間的不同振動(dòng)逐漸使水垢產(chǎn)生微小的裂縫。裂縫形成后,在超聲振動(dòng)的作用下,使水急速的沿著裂縫進(jìn)入水垢層里面。這極微小的水流在接受高溫管壁加熱,體積急速膨脹,產(chǎn)生氣泡后爆破,推動(dòng)水垢脫離管壁或板壁而脫落。與此同時(shí),微小的水流還將附著在管壁及板壁表面的氧氣帶走,減少金屬表面的氧化腐蝕。,二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì),通過垢樣分析得知,在石西作業(yè)區(qū)使用的生產(chǎn)容器、生產(chǎn)管道及運(yùn)行設(shè)備上形成的垢主要是:caco3、 mgco3、caso4、 mgso4,其次是baso4 、 srso4和srco3。 通過室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出,這些垢的共振頻率在20-30 kh之間。在選用除防垢儀時(shí),需要根據(jù)不同垢的種類、不同垢所占比例、水中結(jié)垢離子的含量,并結(jié)合設(shè)備材質(zhì)、待處理面積、生產(chǎn)工藝狀況,可在除防垢儀的主機(jī)上設(shè)定包含3-4種垢共振頻率的組合頻率,通過主機(jī)的自動(dòng)變頻系統(tǒng)設(shè)定頻率調(diào)節(jié)波段,交替轉(zhuǎn)換發(fā)射,對(duì)結(jié)垢的運(yùn)行設(shè)備、運(yùn)行管道進(jìn)行本體的處理。,二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì),表1 超音頻脈沖防垢除垢儀的工作參數(shù),二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì),三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,為了檢驗(yàn)除垢儀的除垢阻垢效果,由石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)工程系進(jìn)行了模擬換熱器除垢阻垢實(shí)驗(yàn),室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置見圖6。,圖6 室內(nèi)評(píng)價(jià)除防垢儀阻垢的實(shí)驗(yàn)裝置,除垢儀阻垢除垢效果研究與評(píng)價(jià),除垢儀阻垢除垢效果研究與評(píng)價(jià),溶液罐1中為氯化鈣和碳酸氫鈉的混合溶液,溶液罐2中為碳酸鈉溶液。兩股液體混合后進(jìn)換熱器,在換熱器前安裝除垢儀。 換熱器由一根銅管和有機(jī)玻璃管組成,銅管較細(xì)架在有機(jī)玻璃管中間,銅管走氯化鈣、碳酸氫鈉和碳酸鈉混合溶液。銅管和有機(jī)玻璃管之間通熱水,使碳酸鈣垢結(jié)在銅管內(nèi)壁上。 實(shí)驗(yàn)所采用溶液的碳酸根離子濃度為1500mg/l;鈣離子濃度為576mg/l;碳酸氫根離子濃度為576mg/l;銅管凈重為79.1g;碳酸鈉溶液流速為0.369m/s;碳酸氫鈉和氯化鈣溶液流速為0.494m/s;混合溶液流速為0.747m/s;恒溫水浴溫度為95,實(shí)驗(yàn)時(shí)間為8小時(shí)。,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,除垢儀阻垢除垢效果研究與評(píng)價(jià),表2 實(shí)驗(yàn)方案,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,除垢儀阻垢除垢效果研究與評(píng)價(jià),1)實(shí)驗(yàn)1:銅管進(jìn)口前不加除垢儀,銅管中走碳酸鈉、氯化鈣和碳酸氫鈉溶液的混合溶液。 8個(gè)小時(shí) 銅管 被碳酸鈣堵死, 垢較為堅(jiān)硬,不容易從內(nèi)壁上清除。,實(shí)驗(yàn)結(jié)論,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,除垢儀阻垢除垢效果研究與評(píng)價(jià),2)實(shí)驗(yàn)2: 讓銅管內(nèi)壁 保留1.3g的硬垢,在銅管前面只加除垢儀,檢驗(yàn)其溶垢的效果。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,用水沖洗過后,殘留的硬垢重0.7g、垢質(zhì)松軟,輕易地就被捏成粉末狀。 說明經(jīng)除垢儀處理過的水對(duì)原先形成的堅(jiān)硬的垢有破壞作用,改變了其結(jié)構(gòu),使其變得松軟,易于脫落。,實(shí)驗(yàn)結(jié)論,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,除垢儀阻垢除垢效果研究與評(píng)價(jià),3)實(shí)驗(yàn)3:除垢儀安裝在銅管前,銅管中走碳酸鈉、氯化鈣和碳酸氫鈉溶液的混合溶液。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,銅管內(nèi)壁進(jìn)口有一薄層垢質(zhì),出口的垢層較厚大約有0.5mm,殘留的硬垢重0.4g。脫落下來的垢質(zhì)松軟,易成粉末。 從以上3組實(shí)驗(yàn)可看出,除垢儀具有顯著的防垢效果,經(jīng)除垢儀處理過的水變成活化水,溶垢能力增強(qiáng),對(duì)原先結(jié)在內(nèi)壁上的較堅(jiān)硬的垢卻有軟化和溶解作用。,實(shí)驗(yàn)結(jié)論,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,石西垢型分析與防除垢適用性評(píng)價(jià),由于除防垢儀,是根據(jù)垢樣分析進(jìn)行設(shè)備選型的。經(jīng)過垢樣分析后,確定垢的共振頻率,通過儀器的自動(dòng)變頻系統(tǒng)設(shè)定頻率調(diào)節(jié)波段,對(duì)結(jié)垢的運(yùn)行設(shè)備、運(yùn)行管道進(jìn)行本體的處理。要使該除防垢儀的除防垢達(dá)到效果最佳,主要做好以下的技術(shù)工作: 結(jié)垢的部位垢樣的類型結(jié)垢的設(shè)備類型防垢儀的選型確定安裝部位。 通過這些步驟的有機(jī)結(jié)合,可充分發(fā)揮該除防垢儀的除防垢使用效果。,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,石西垢型分析與防除垢適用性評(píng)價(jià),表3 石西聯(lián)合站三相分離器出口管線 及12沉降罐閘門垢樣分析 數(shù)據(jù),表4 石南混輸泵閥門上垢樣分析 數(shù)據(jù),結(jié)論:垢樣主要成分是碳酸鈣,含量高達(dá)60.11-87.6%,適合防除垢儀進(jìn)行除垢與阻垢 。應(yīng)用時(shí),選擇包含碳酸鈣、硫酸鈣共振頻率的組合頻率除防垢儀。,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,關(guān)鍵技術(shù)是利用超音頻(超聲波)傳遞的能量對(duì)結(jié)垢物質(zhì)共振、空化作用,達(dá)到除垢、防止結(jié)垢的效果。該防除垢儀的技術(shù)關(guān)鍵主要是以下幾方面: 1、除防垢方式連續(xù) 采用脈沖超音頻連續(xù)作用方式進(jìn)行管道、設(shè)備等的在線防除垢,達(dá)到長期有效防除垢的目的。 2、防垢與除垢同時(shí)在線進(jìn)行 根據(jù)結(jié)垢類型、確定頻率調(diào)節(jié)波段的超音頻脈沖信號(hào),使其發(fā)出的頻率能連續(xù)、有效地作用于結(jié)垢的金屬管道及板壁上,使得金屬、水垢、流體隨之振動(dòng)。根據(jù)其頻率響應(yīng)不同,使其產(chǎn)生不同步的振動(dòng)使已形成的水垢產(chǎn)生微小的裂縫逐漸疏松脫落,沒有形成水垢的物質(zhì)不能附著管壁從而達(dá)到長期防垢與除垢的目的。,技術(shù)關(guān)鍵,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,3、根據(jù)設(shè)備處理面積、工藝狀況,確定設(shè)備型號(hào)以及安裝位置 (1)根據(jù)處理面積確定防除垢儀與轉(zhuǎn)換器數(shù)量 每個(gè)轉(zhuǎn)換器可處理換熱面積50km2,石南換熱器處理面積150km2,且結(jié)垢為油垢,結(jié)垢速率較快,故采用一臺(tái)設(shè)備,4個(gè)轉(zhuǎn)換器。 (2)設(shè)備工藝狀況 對(duì)于換熱面積小,但是結(jié)垢點(diǎn)分散的設(shè)備,每個(gè)結(jié)垢點(diǎn)安裝一個(gè)轉(zhuǎn)換器。例如:石西聯(lián)合站三相分離器出口管線上的氣動(dòng)閥門,處理面積很小,但是比較分散,所以每個(gè)閥門安裝一個(gè)轉(zhuǎn)換器。 混輸泵由于結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、組成部件多,安裝條件不好,該設(shè)備泵體結(jié)垢、油封同樣結(jié)垢,兩者非緊密連接,只得分別處理,兩個(gè)油封分別安裝兩個(gè)轉(zhuǎn)換器,泵體安裝兩個(gè)轉(zhuǎn)換器。,技術(shù)關(guān)鍵,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,通過以上關(guān)鍵技術(shù),使超音頻除防垢儀的安裝達(dá)到以下工藝要求: (1)主機(jī)必須垂直安裝在遠(yuǎn)離高壓電場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng),無強(qiáng)烈振動(dòng)的場(chǎng)所,外殼接地; (2)主機(jī)與轉(zhuǎn)換器的安裝距離要盡量近,電纜要遠(yuǎn)離熱體和強(qiáng)電及高頻電纜; (3)超音頻防垢除垢儀在輸送管道以及換熱器上安裝時(shí)轉(zhuǎn)換器的安裝方向應(yīng)與水流方向垂直。,技術(shù)關(guān)鍵,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,圖7 混輸泵上防垢儀轉(zhuǎn)換器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖,圖8 混輸泵上防垢儀主機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝圖,技術(shù)關(guān)鍵,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,圖9 石西氣動(dòng)閥上安裝圖,圖10 石西氣動(dòng)閥上轉(zhuǎn)換器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖,技術(shù)關(guān)鍵,三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵,圖11 石南換熱器上轉(zhuǎn)換器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖,圖12 石南換熱器上主機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝圖,石西作業(yè)區(qū)石南聯(lián)合站原油換熱器因原油含水礦化度與工作溫度較高,列管結(jié)垢非常嚴(yán)重。換熱器運(yùn)行2至3個(gè)月,必須采取高壓水力設(shè)備解除列管內(nèi)部形成的垢,以提高換熱器的換熱效率。這種清洗方法,不僅工作強(qiáng)度大,而且除垢過程對(duì)人身和環(huán)境造成污染。 2006年8月引進(jìn)了該除垢儀試用。 經(jīng)過近一年的運(yùn)行,該換熱器各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)正常,沒有出現(xiàn)以往結(jié)垢堵塞、換熱效果變差的現(xiàn)象。2007年7月將換熱器打開檢驗(yàn),列管管壁干凈通暢、沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。至目前,該換熱器已運(yùn)行將近兩年,仍沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)垢影響生產(chǎn)的現(xiàn)象。 通過將近兩年的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明:該防除垢儀使用效果明顯,有效地解決了換熱器結(jié)垢嚴(yán)重的技術(shù)難題,為同類設(shè)備與管線結(jié)垢問題的解決提供了有效的技術(shù)支持。,四、成果推廣應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況,四、成果推廣應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況,圖13 使用防除垢儀前的結(jié)垢情形 圖14 使用防除垢儀后的結(jié)垢情形,由于該除垢儀除防垢效果較好,石西作業(yè)區(qū)于2007年7月在石南聯(lián)合站混輸泵以及石西聯(lián)合站的三相分離器出口管線氣動(dòng)閥上進(jìn)行了推廣應(yīng)用,目前效果反映良好。,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況,表5 使用防除垢儀效果對(duì)比,四、成果推廣應(yīng)用情況,四、成果推廣應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià),超音頻除防垢儀的除防垢與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)除垢方法相比,具有明顯的技術(shù)先進(jìn)性: 1、防垢與除垢連續(xù)在線同時(shí)進(jìn)行:技術(shù)原理先進(jìn),防除垢效果好。 2、不需常規(guī)加藥:不改變水的化學(xué)性質(zhì),不腐蝕設(shè)備,能延長設(shè)備使用壽命。 3、能有效改善熱傳遞效率:節(jié)約能源。 4、除防垢具有針對(duì)性:可以根據(jù)結(jié)垢類型、結(jié)垢位置,確定主機(jī)以及轉(zhuǎn)換器的安裝位置,除防垢效果明顯。 5、除防垢儀應(yīng)用廣:可以應(yīng)用在:鍋爐、熱交換器、分離器、柴油發(fā)電機(jī)組、沉降罐、閥組、流量計(jì)、管線等。 6、操作、維護(hù)簡單,運(yùn)行成本低:防除垢儀集自動(dòng)控制與保護(hù)于一體,體積小、質(zhì)量輕,操作維護(hù)簡單;同時(shí)使用壽命長、耗用功率小,運(yùn)行費(fèi)用低
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