循环水系统超声波阻垢技术研究

石化技术,2008, 15(2):8研究.开发PETROCHEMICAL INDUSTRY TECHNOLOCY循环水系统超声波阻垢技术研究李健'郦和生2王岽2秦会敏2(1.中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司合成橡胶事业部,北京,102500;2.中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司研究院,北京,102500)摘要:采用静态试验和循环水动态模拟试验的方法,考察了超声波的阻垢效果,研究了超卢波作用时间、频率和溶液的初始Ca2*浓度对阻垢效果的影响。试验结果表明,超声波具有明是的阻垢作用,20 kHz超声波的阻垢效果优于30kHz的超声波。随着初始Ca2*浓度的升高,超声波的阻垢效果增加。在循环水系统中,超声波与阻垢剂配合使用可获得更佳的阻垢效果。关键词:循环水超声波阻垢频串黏附速率结垢是循环水处理面临的主要问题之一。沉浓度和碱度,即为试验用水。积物附着在换热器的传热面上,不仅会影响传热,1.2试验仪器降低换热器的热效率,而且会增大系统的阻力,使超声波防垢器2台,成都九洲超声技术有限生产的能耗增加。另外,结垢还会造成垢下腐蚀,公司生产,功率为100 w,探头直径10 mm,频率严重时可导致换热器腐蚀穿孔"。超声波阻垢是近分别为20kHz和30kHz;CS501A型恒温水浴槽年来发展起来的一种新技术,其自动化程度较高,1台,上海医用仪器厂生产;循环冷却水动态模拟工作性能可靠，环境污染小，已被广泛应用于化试验装置I套,自行设计安装。工、机械、医疗、环保、计量检测等诸多行业四。但1.3 试验方法是,超声波阻垢用于循环水处理的研究尚不多见。1.3.1静态试验取配制好的试验用水(Ca“浓度为285.7 mg/L,1试验部分碱度为259.7 mg/L)750 mL加入1 L烧杯内;将超1.1试验用水声波防垢器的探头插人试验用水中,启动防垢器,试验用原水为燕化地区地表水，其水质指标处理一段时间;然后将烧杯放入(80+1)C恒温水见表1。浴槽中;24h后取出烧杯,以流动水冲洗烧杯表面表1燕化地区地表水水质指标mg/L后烘千称重。超声波阻垢率按下式计算:项日指标_w-WCa265.3总硬度128.6总贼度106.0式中,r为阻垢率, %;W。为空白试验结垢量,g;WCl15.1为超声波处理试验结垢量,g。Sor1.3.2循环 水动态模拟试验凹总溶解周体215.3将超声波防垢器的探头安装在循环水动态模电导率/(Ms.cm")210H值7.8中国煤化工注: Ca”、总硬度和总碱度均以CaCO,计,以下同。k于华北电力大学MH. CNM H G里工作。联系电话，取原水加入氯化钙和碳酸氢钠，提高其Ca2+010-69334049.李健等，循环水系统超声波阻垢技术研究.9.拟试验装置试管之前的管路内,距试管入口约5m处;试管为20*无缝碳钢管,φ 10.0 mmx1.500 [;20 kHzmmx600.0mm,外表镀铬;试管进口温度为(32+1)30kHzC,进出口温差为(10+1) C;管内流速为1 m/s。2结果与讨论2.1静态试验2.1.1超声 波处理时间对阻垢的影响15 30 60 300 600采用频率为20kHz超声波进行静态试验,考察了超声波作用时间对阻垢效果的影响,结果见图2超声波 频率对阻垢效果的影响图1。2.1.3 Ca2+ 浓度对阻垢的影响Ca2是循环水中的主要成垢离子。试验考察了100水中的初始Ca2+浓度对超声波阻垢效果的影响,结果见图3。试验中,超声波的频率为20 kHz,处理时间为10 g。95-.00p80 t1060 t时间/s40 t图1超声 波处理时间对阻垢效果的影响20 t如图1所示，对试验用水进行2 s的超声处100 150 200 250 30理,即可有效抑制CaCO3的结垢,阻垢率达90%Car*/(mgL")以上;且随着处理时间的增加,阻垢效果无明显差图3 Car浓 度对阻垢效果的影响异。一般情况下,过饱和的水要沉淀结晶必须先有晶核;而在无外加晶核的情况下,烧杯的壁面就充从图3看出，超声波的阻垢效果随水溶液中当了初始晶核。晶体吸附在烧杯壁上逐渐长大,形初始Ca2+浓度的增加而升高。这是因为当初始成加热壁面的垢层。当有超声波作用与溶液时,超Ca2+浓度较低时,结垢量较少,超声作用的效果不声空化会在溶液中形成大量微小的空化气泡。这明显;随着初始Ca2+浓度的增加,超声波的空化些空化气泡具有巨大的比表面能很不稳定,可以作用和机械搅拌作用使Ca2*+在水中生成CaCO3充当CaCO,的外加晶种。大量晶种的存在使沉淀晶粒的速度加快,晶粒体积小，分散度高,不易形迅速生成,消除了溶液的过饱和度,减小了沉淀在成大颗粒而沉积成垢，所以阻垢率也相应增大。烧杯壁面形成的机会,从而抑制了垢的形成。2.2循环水动态模拟试验2.1.2超声 波频率对阻垢的影响在循环水动态模拟试验装置上，分别按不同对比了频率分别为20kHz和30kHz的超声条件进行了超声波阻垢试验,结果见表2。试验波对其阻垢效果的影响,结果见图2。中,超声波的频率为20kHz。图2结果表明，频率为20kHz超声波的阻垢由表2结果可知,单独使用超声波时，阻垢效效果优于30 kHz的超声波。超声波频率过高,在果不甚明显,黏附速率较高。当超声波与阻垢剂配.过饱和溶液中形成晶核的可能性减少，成垢物质合使用时,有良好的协同效果,黏附速率较只投加就会在加热管壁上结晶沉积,使阻垢效果降低。但阻垢剂的对比试验结果降低了63.3%。是,采用较低频率超声波,又会产生很大的噪声。中国煤化工因此,在超声波阻垢的研究中，应选用适宜的超声3波频率。从图2的结果来看，选用20 kHz进行阻.CHCNMHG.1)旭严x共有叨业西明肥力,20 kHz超声波垢还是比较合适的。的阻垢效果优于30 kHz的超声波。●10.石化技术2008年第15卷第2期表2循环水动态模拟试验结果试验条件试验结果序号加超声波加阻垢剂运行时间/d腐 蚀速事/(mm.a)黏附速 率/mem否41.402265.是1.380257.19.170.07352.02)在初始Ca2+浓度为50~300 mg/L时,超声京:化学工业出版社, 2006; 120-123.波的阻垢效果随Ca2*浓度的增加而升高。[2] 李春喜.宋红艳，王子镐.超声波在化I中的应用与研究进3)循环水动态模拟试验结果表明，超声波与展[石油学报, 200.17(); 86-94.阻垢剂配合使用时具有更佳的阻垢效果。[3]中国石油化T.总公司生产部发展部.冷却水分析和试验方法[M.安庆:安庆石油化工总厂信息中心, 1993; 402- 413.参考文献[]齐东子.敞开式循环冷却水系统的化学处理[M].2版.北(编辑:王海瑛)Study on Scale Inhibition of Ultrasonic inRecirculating Cooling Water SystemLi Jian'， Li Hesheng', Wang Dong2 and Qin Huimin2(1. Synthetic Rubber Division of Beijing Yanshan Petrochemical Co, Ltd, SINOPEC, Beijing, 102500;2. Research Instiue of Beijing Yanshan Petrochemical Co., Ltd, SINOPEC, Beijing, 102500)AbstractThe scale inhibition eficiency of ultrasonic was tested by static and dynamic simulation experimental ofrecirculating cooling water, and the factors, including operation period, ultrasonic frequency and initial Ca2+concentration of the solution，were also investigated. The results showed that the ultrasonic had remarkableeffect on scale inhibition, and the efficiency of the ultrasonic in 20 kHz was better than 30 kHz. With theincrease of initial Ca2+ concentration, the efficiency of the ultrasonic enhanced. The excellent scale inhibitionefficiency can be achieved by ultrasonic combined with scale inhibitors in the recirculating cooling watersystem.Key words: ultrasonic , scale inhibition, frequency, recirculating cooling water, adhesion rate编辑部电子信箱:编辑部地址:pcit.yssh@sinopec.com北京10041信箱中国煤化工TYHCNMHG