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超音頻脈沖除防垢儀的現(xiàn)場應(yīng)用2021/7/131超音頻脈沖除防垢儀的現(xiàn)場應(yīng)用2021/7/131一、項目來源與背景國內(nèi)目前已研制出一種超音頻防垢除垢儀,可解決運行設(shè)備、運行管線的結(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2021/7/132一、項目來源與背景國內(nèi)目前已研制出一種超音頻防垢除一、項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(六個月時間內(nèi)垢厚達(dá)到3.5—8.5cm),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其防除垢效果。通過檢驗,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2021/7/133一、項目來源與背景在國內(nèi)其它油田成功使用情況二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢超音頻脈沖防垢技術(shù)機理超音頻脈沖信號經(jīng)大功率的功率器件放大后經(jīng)換能器產(chǎn)生超音頻的機械振動,超音頻的機械振動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而沖走。由于金屬管壁和水對超音頻振動的頻率響應(yīng)不同,因此在金屬管壁和水之間產(chǎn)生高速的相對運動,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。2021/7/134二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢超音頻脈沖防垢技術(shù)機理超音頻脈二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢超音頻脈沖除垢技術(shù)機理
超音頻的振動作用于結(jié)垢的金屬管道及板壁上,使得金屬、水垢、水隨之振動。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,長時間的不同振動逐漸使水垢產(chǎn)生微小的裂縫。裂縫形成后,在超聲振動的作用下,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,推動水垢脫離管壁或板壁而脫落。與此同時,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。2021/7/135二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢超音頻脈沖除垢技術(shù)機理二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢通過垢樣分析得知,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)試驗數(shù)據(jù)分析得出,這些垢的共振頻率在20-30KH之間。在選用除防垢儀時,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上設(shè)定包含3-4種垢共振頻率的組合頻率,通過主機的自動變頻系統(tǒng)設(shè)定頻率調(diào)節(jié)波段,交替轉(zhuǎn)換發(fā)射,對結(jié)垢的運行設(shè)備、運行管道進(jìn)行本體的處理。2021/7/136二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢通過垢樣分析得知,在石二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢表1超音頻脈沖防垢除垢儀的工作參數(shù)型號EXG400-2EXG400-4EXG500-2EXG500-4電源220V/50HZ耗用功率(W)400400500500工作頻率(KH)20-100轉(zhuǎn)換器數(shù)量(支)2424裝置尺寸(mm)530×400×200轉(zhuǎn)換器尺寸(mm)Φ55×280轉(zhuǎn)換器電壓(v)150轉(zhuǎn)換器電流(A)0.652021/7/137二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢表1超音頻脈沖防垢除垢儀的工作參二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢技術(shù)優(yōu)勢脈沖超音頻物理方式防除垢防垢與除垢同時在線進(jìn)行能耗消耗少使用經(jīng)濟安裝操作簡單安全環(huán)保無污染采用脈沖超音頻傳遞能量連續(xù)作用于需要防除垢的設(shè)備與管線,通過引起結(jié)垢物質(zhì)與結(jié)垢管壁不同頻率的共振達(dá)到破化結(jié)垢物、阻止結(jié)垢的目的,不需傳統(tǒng)地加入阻垢劑、除垢劑等化學(xué)藥劑來進(jìn)行防除垢處理。不需要對流經(jīng)運行設(shè)備、運行管線的油水流體進(jìn)行軟化處理,直接安裝在需要處理的設(shè)備上,可達(dá)到長期有效地同時防垢與除垢效果。該設(shè)備的最大功率只有500W,全天耗電12kw,按工業(yè)用電0.376元/kwh計算,全天只用電4.5元。安裝該設(shè)備時,不改變除防垢裝置原有的結(jié)構(gòu),可節(jié)約設(shè)備的安裝成本和施工費用。可避免在除垢過程而造成的對人體以及環(huán)境的污染,可省去常規(guī)除垢的運行費用以及清洗除垢的工作量。2021/7/138二、工作原理及技術(shù)優(yōu)勢技術(shù)優(yōu)勢脈沖超音頻防垢與除垢能耗消耗少三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵為了檢驗除垢儀的除垢阻垢效果,由石油大學(xué)(華東)儲運工程系進(jìn)行了模擬換熱器除垢阻垢實驗,室內(nèi)實驗裝置見圖6。圖6室內(nèi)評價除防垢儀阻垢的實驗裝置除垢儀阻垢除垢效果研究與評價2021/7/139三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵為了檢驗除垢儀的除垢儀阻垢除垢效果研究與評價溶液罐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玻璃管組成,銅管較細(xì)架在有機玻璃管中間,銅管走氯化鈣、碳酸氫鈉和碳酸鈉混合溶液。銅管和有機玻璃管之間通熱水,使碳酸鈣垢結(jié)在銅管內(nèi)壁上。
實驗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℃,實驗時間為8小時。三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵2021/7/1310除垢儀阻垢除垢效果研究與評價溶液罐1中為氯化鈣和碳除垢儀阻垢除垢效果研究與評價序號除垢設(shè)備溶液實驗前銅管狀態(tài)1不安裝除垢設(shè)備氯化鈣+碳酸氫鈉+碳酸鈉清潔2除垢儀氯化鈣+碳酸氫鈉+碳酸鈉管壁上有1.3g的硬垢3除垢儀氯化鈣+碳酸氫鈉+碳酸鈉清潔表2實驗方案三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵2021/7/1311除垢儀阻垢除垢效果研究與評價序號除垢設(shè)備溶液實驗前銅管1不除垢儀阻垢除垢效果研究與評價
1)實驗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個小時銅管被碳酸鈣堵死,垢較為堅硬,不容易從內(nèi)壁上清除。
實驗結(jié)論三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵2021/7/1312除垢儀阻垢除垢效果研究與評價1)實驗1:銅管進(jìn)口除垢儀阻垢除垢效果研究與評價
2)實驗2:讓銅管內(nèi)壁保留1.3g的硬垢,在銅管前面只加除垢儀,檢驗其溶垢的效果。實驗結(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原先形成的堅硬的垢有破壞作用,改變了其結(jié)構(gòu),使其變得松軟,易于脫落。實驗結(jié)論三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵2021/7/1313除垢儀阻垢除垢效果研究與評價2)實驗2:讓銅管除垢儀阻垢除垢效果研究與評價
3)實驗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。實驗結(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組實驗可看出,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,對原先結(jié)在內(nèi)壁上的較堅硬的垢卻有軟化和溶解作用。實驗結(jié)論三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵2021/7/1314除垢儀阻垢除垢效果研究與評價3)實驗3:除垢儀安石西垢型分析與防除垢適用性評價由于除防垢儀,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,通過儀器的自動變頻系統(tǒng)設(shè)定頻率調(diào)節(jié)波段,對結(jié)垢的運行設(shè)備、運行管道進(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2021/7/1315石西垢型分析與防除垢適用性評價由于除防垢儀,是根據(jù)垢石西垢型分析與防除垢適用性評價水分含量,%22.46有機質(zhì)的含量,%10.46Al2O3,%0.06Fe2O3,%3.19CaCO3,%60.11CaCl2,%0.33CaSO4,%1.79總計,%98.4樣品序號123水分含量,%1.380.460.86有機質(zhì)的含量,%3.084.992.79SiO2,%//2.52FeS,%0.661.042.12Fe3O4%2.606.3918.76CaCO3,%87.6079.8160.64CaSO4%4.672.407.82SrCO3%/1.232.76Mn,%/0.52/總計%99.9996.8498.27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,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2021/7/1316石西垢型分析與防除垢適用性評價水分含量,%22.46有機質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)是利用超音頻(超聲波)傳遞的能量對結(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,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。根據(jù)其頻率響應(yīng)不同,使其產(chǎn)生不同步的振動使已形成的水垢產(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2021/7/1317關(guān)鍵技術(shù)是利用超音頻(超聲波)傳遞的能量對結(jié)3、根據(jù)設(shè)備處理面積、工藝狀況,確定設(shè)備型號以及安裝位置(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,故采用一臺設(shè)備,4個轉(zhuǎn)換器。(2)設(shè)備工藝狀況對于換熱面積小,但是結(jié)垢點分散的設(shè)備,每個結(jié)垢點安裝一個轉(zhuǎn)換器。例如:石西聯(lián)合站三相分離器出口管線上的氣動閥門,處理面積很小,但是比較分散,所以每個閥門安裝一個轉(zhuǎn)換器?;燧敱糜捎诮Y(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,兩個油封分別安裝兩個轉(zhuǎn)換器,泵體安裝兩個轉(zhuǎn)換器。技術(shù)關(guān)鍵三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵2021/7/13183、根據(jù)設(shè)備處理面積、工藝狀況,確定設(shè)備型號以及安裝位置技術(shù)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)主機必須垂直安裝在遠(yuǎn)離高壓電場和強磁場,無強烈振動的場所,外殼接地;(2)主機與轉(zhuǎn)換器的安裝距離要盡量近,電纜要遠(yuǎn)離熱體和強電及高頻電纜;(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)場安裝圖圖8混輸泵上防垢儀主機現(xiàn)場安裝圖2021/7/1319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石西氣動閥上安裝圖圖10石西氣動閥上轉(zhuǎn)換器現(xiàn)場安裝圖2021/7/1320技術(shù)關(guān)鍵三、研究主要內(nèi)容與技術(shù)關(guān)鍵圖9石西氣動閥上安技術(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)場安裝圖圖12石南換熱器上主機現(xiàn)場安裝圖2021/7/1321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。換熱器運行2至3個月,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,不僅工作強度大,而且除垢過程對人身和環(huán)境造成污染。2006年8月引進(jìn)了該除垢儀試用。經(jīng)過近一年的運行,該換熱器各項運行參數(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,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。通過將近兩年的實驗驗證表明: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)濟效益評價現(xiàn)場應(yīng)用情況2021/7/1322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四、成果推廣應(yīng)用情況及經(jīng)濟效益評價現(xiàn)場應(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2021/7/1323四、成果推廣應(yīng)用情況及經(jīng)濟效益評價現(xiàn)場應(yīng)用情況圖13使2021/7/13242021/7/1324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閥上進(jìn)行了推廣應(yīng)用,目前效果反映良好。現(xiàn)場應(yīng)用情況地點結(jié)垢嚴(yán)重位置使用前清洗周期使用后清洗周期石西聯(lián)合站三相分離器氣動閥2次/年運行已超過半年,沒清洗石南聯(lián)合站換熱器3-4次/年運行已接近2年,沒清洗混輸泵3-4次/年運行已超過半年,沒清洗表5使用防除垢儀效果對比四、成果推廣應(yīng)用情況四、成果推廣應(yīng)用情況及經(jīng)濟效益評價2021/7/1325由于該除垢儀除防垢效果較好,石
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