超声除垢装置在煤化工浓盐水冷却器上的实际应用

超声除垢装置在煤化工浓盐水冷却器上的实际应用

李昊

国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油分公司 宁夏省银川市750002

摘要：

目前我国化工板块污水处理系统末端主要采用蒸发结晶分盐等工序，在换热降温过程中，浓盐水析出结晶，杂质结垢，堵塞换热器管线，导致设备无法正常运行。这就使得换热器在运行过程中防垢除垢尤为重要。超声波防除垢技术是利用超声波在金属介质与其直接接触介质中传播产生的高速微涡效应、剪切应力效应、超声波凝聚效应等一系列相关物理效应来达到防垢、除垢的目的。

关键词：化工水处理 超声除垢 超声波应用

目前我国化工板块污水处理系统主要采取的是污水预处理+双膜系统+蒸发单元的综合处理方式，其具有处理效果好、处理能力强等特点，是我国化工工厂污水处理使用最多的处理方式。在蒸发单元中浓盐水需经过浓缩、降温、蒸发、结晶等工序后，进行分盐或填埋处理。在换热降温过程中，浓盐水析出结晶，杂质结垢，堵塞换热器管线，导致设备无法正常运行。这就使得换热器在运行过程中防垢除垢尤为重要。

超声波防阻垢（除垢）技术是利用超声波在金属介质与其直接接触介质中传播产生的高速微涡效应、剪切应力效应、超声波凝聚效应等一系列相关物理效应来达到防垢、除垢的目的。系统在线安装，无需改变原有生产设备，全自动运行，基本免维护。根据浓盐水浓缩析出结晶特性，其内部主要产生碳酸钙、硅酸钙、氢氧化镁等杂质，使用43KHz频率的弹性波，产生的空化效应能够对被处理流体直接产生大量的空穴和气泡，即将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压力峰，局部压力峰值可达数千个大气压。在压力峰值的作用下，盐卤水垢形成物质被破碎破坏并悬浮在水中，水垢层被破坏、脱落。同时由于对超声波频率的响应不同，三者产生异步振动，产生高速相对运对剪切力，从而导致附着物产生疲劳而脱落，从而进一步达到除垢阻垢的目的。

我国西北地区宁夏某化工园区煤制油项目污水处理装置，设计正常量为1859m³ /h，最大量为2707m³/h。含盐废水处理装置的设计能力为2800m³ /h，其中，蒸发单元的设计能力确定为170m³/h。蒸发单元采用“机械蒸汽压缩再循环立式降膜蒸发器技术”，产生的优质 再生水收集于优质再生水罐，与反渗透优质再生水一同作为循环水系统和除盐 水系统的补水；盐卤水经盐卤冷却器降温处理后，收集于盐卤调节罐，最终经盐卤外送泵送入厂外蒸发塘内进行蒸发结晶。

蒸发单元盐卤冷却器进行防除垢技术改造，冷却器采用列管式换热器，筒体尺寸900mmX7000mm，内部列管φ19*2*244，换热介质壳程为冷却水，进水温度18℃，出水温度32℃，内管介质为盐卤水，进水温度 90℃ ，出水温度55℃；由于列管介质结晶析出，流速减缓，极易在列管表面结垢，影响换热效率，严重时堵塞列管，流量衰减，需停车交出后拆检，对列管管束进行人工高压清洗。制约生产装置稳定连续长周期运行。根据其介质特点，采用安装6只换能器探头的超声波阻垢（除垢）设备。

系统由超声脉冲发生器、磁致伸缩超声换能器、换能器波导、控制系统组成，具有在线安装，全自动控制运行，跟换热设备原控制系统无任何联系，无需增加任何控制回路，属于免维护型产品。安装过程首先要将换能器探头安装在列管入口、出口筒体法兰密封端面，波导采用焊接安装，氩弧打底，焊缝不得有裂纹、咬边、夹渣、未焊透、气孔等缺陷。依次连接磁致伸缩超声换能器、换能器波导、控制回路及电源板。其技术特点包括1）纯物理方法，不腐蚀设备，无环境污染，无水资源浪费；2）采用多点信号反馈技术，系统能够自适应负载动态变化；3）除垢范围不受限制，可以处理边角、弯曲、较细的换热面；4）应用陶瓷纳米涂层工艺技术，换能器电声转换效率提高了1倍以上；5）在线安装、运行，无需停机，不影响生产。6）能耗降低，相比传统清洗方法，超声波清洗器在清洗过程中能够更加高效地利用能量，降低能耗，符合节能减排的要求。7）设备寿命延长：定期使用超声波清洗器清洗化工设备，可以防止污垢在设备表面积累，减少腐蚀和磨损，延长设备的使用寿命。8）操作简便，超声波清洗器的操作相对简单，无需复杂的人工操作，减轻工人的劳动强度，提高工作效率。

目前超声除垢（防垢）在化工领域的应工越来越广泛，其在化工生产中具备的优势越来越明显。超声系统安装完成后需对安装及调试情况进行验收，具体验收项目如下：

1.系统布线：正确接地、设备正常运行、无故障提示；

2.防火防爆：结合现场环境，达到规定的防火防爆标准；

3.连续运行：设备连续运行48小时，无故障音、无故障告警、声波频率稳定在正常误差范围内，持续正常输出标准声波、电功率；

4.外观验收：打开封头，观察流体中是否夹杂的颗粒物，结焦、油污垢、水垢、沉积物、腐蚀产物、聚合物、菌类、藻类、粘泥等污垢，附着在换热器表面形成厚的水垢；

5.参数验收：温度无明显增长，能耗无明显增加，流速无明显降低，压力表无明显增加。

投入使用后，经统计实验比对，安装投用之前，浓盐水冷却器流量、换热效率衰减严重，运行2个月需要交出停机，进行高压清洗，单台设备全年清洗6次，运行成本、检维修费用较高。投入使用后，设备运行周期延长至36个月，流量、换热温度无明显衰减，定期拆检后列管表面光洁，无杂质结垢情况，相对于传统的化学清洗或其他物理方式除垢方法，不仅节省了清洗作业的人力、物力成本，减少了因停机、停产及开机重启造成的经济损失，还避免了因清洗造成的环境污染和水资源浪费，明显减少和延缓了管道的结垢情况，避免了由于管道结垢造成垢下腐蚀的破坏，延长设备的使用寿命。

超声波技术在化学合成、化工生产中的应用越来越广泛。能够改良反应体系、提高化学反应产率和速率，控制反应的进行，解决困难反应问题，产生的高速微涡效应、剪切应力效应、超声波凝聚效应防垢、除垢等，因此在化学化工领域中得到研究者的重视。预计未来，随着超声波技术的不断提高和完善，超声波技术在化工生产中的应用将有更加广泛和深入的发展。