超声波防垢器在工业生产应用中的效果分析[摘要]本文首先比较了工业生产应用中常用的几种不同的清垢方法，并对超声波防垢器的防垢机理、原理结构进行了分析和介绍，最后通过各种详实的使用案例资料，有效地证实了超声波防垢器在不同环境和用途中的防除结垢效果，其推广价值在环保节能、提高工效、降低成本等诸方面具有广泛的意义。[关键词]超声波；防垢器；防垢；除垢1引言在化工、石油、冶金、热电、制糖、食品等行业中，换热传热设备、蒸发冷却设备及金属管道内的结垢问题，一直长期困扰着这些企业的生产和效益。对此，不同的行业采取了不同的清垢方式。其方式主要有两类：在线连续清垢和离线停工清垢。在线连续清垢的传统方法有注入阻垢剂法、涂料法、永磁法、电磁法及高频法。其中阻垢剂需要连续注入，每次用量难以把握，清垢效果时好时坏；涂料法对涂料工艺要求高且价格昂贵，若达不到工艺要求，会造成涂料脱落，起不到防垢作用；而后三种方法因成本高或实施困难，因此不能有效地解决实际问题。离线停工清垢常常是在计划外停工、装置局部停工或各设备切换条件下进行，而传统采用的各种手段，如高压水喷射（机械清垢法）和化学清洗剂（化学清垢法）等，也只是治标不治本，不但给生产造成了影响，同时会增加计划外费用、磨损腐蚀设备、污染区域环境、损害工人健康等。目前，与传统清垢方法有着本质区别的超声波防垢器，因具有在线连续工作、自动化程度高、工作性能可靠、无环境污染、运行费用低等特点，已广泛用于众多行业的设备及管道中的防垢和除垢。2超声波防垢器的防垢机理超声波防垢器主要是利用超声波强声场处理流体，使流体中成垢物质在超声场作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。超声波的防垢机理主要表现在：（1）”空化”效应超声波的辐射能对被处理液体介质直接产生大量的空穴和气泡，也就是把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的压力峰，这一强压力峰能使成垢物质粉碎悬浮于液体介质中，并使已生成的垢层破碎使其易于脱落。根据理论和实践测算，用20KHz、50W/cm2的超声波对1cm3液体辐射时，其发生空化事件的气泡数为5×104/s，局部增压峰值可达数百甚至上千大气压。（2）”活化”效应超声波在液体介质中通过空化作用，可以使水分子裂解为H·自由基和HO·自由基，甚至H+和OH-等。而OH与成垢物质离子可形成诸如CaOH、MgOH等的配合物，从而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相对提高。也就是说，超声波能提高流动液体和成垢物质的活性，增大被水分子包裹着的成垢物质微晶核的释放，破坏垢类生成和在管壁沉积的条件，使成垢物质在液体中形成分散沉积体而不在管壁上形成硬垢。（3）”剪切”效应水分子裂解产生的活性H自由基的寿命比较长，它进入管道后将产生还原作用，可以使生成的积垢剥落下来。而且因超声波辐射在垢层和管壁上，加热管上的吸收和传播速度不同，产生速度差，形成垢层与管壁界面上的相对剪切力，从而导致垢层产生疲劳而松脱。（4）”抑制”效应通过超声波的作用，改变了液体主体的物理化学性质，缩短了成垢物质的成核诱导期，刺激了微小晶核的生成。新生成的这些微小晶核，由于体积小、质量轻、比表面积大，悬浮于液体中，生成比壁面大得多的界面，有很强的争夺水中离子的能力，能抑制离子在壁面处的成核和长大，让既定结构的晶粒长大，因此减少了粘附于换热面上成垢离子的数量，从而也就减小了积垢的沉积速率。实验研究表明，当液体的过饱和系数一定时，在同一超声波参数下，超声波作用时间越长，则成垢物质的成核诱导期越短。此外，超声波辐射压力、声学毛细管现象、科努瓦诺夫效应和声流对积垢生成也有直接的防除效应。3超声波防垢器的原理结构超声波防垢器主要由超声波电源发生器、超声波换能器、传输电缆组成。（1）发生器的工作原理超声波电源发生器将220V交流电经滤波、整流、电源激励波形控制等几个部分，产生20～30KHz的功率信号，经电缆传输到超声波换能器，换能器内采用居里点较高、换能效率高的压电材料，由换能器实现电...
