一、技術名稱：換熱設備超聲波在線防垢技術

　　二、適用范圍：石化行業換熱設備

　　三、與該節能技術相關生產環節的能耗現狀：

　　我國石化行業現存的換熱設備超過30萬臺，長期以來這些設備的防垢、除垢問題一直沒有很好的解決辦法，換熱設備普遍在帶垢0.2~10mm厚度之間的狀態下運行。垢的導熱系數(一般均在 1 W/m•K左右)僅為換熱器金屬管壁的幾十分之一。據行業統計，垢質每年在換熱設備和管道中的沉積厚度約為4mm，換熱設備積垢每增加1mm，傳熱系數下降9%~9.6%，能耗和排放將增加10%以上，同時帶來生產效率下降、垢下腐蝕縮短設備壽命、安全隱患等一系列問題。

　　四、技術內容：

　　1.技術原理

　　超聲脈沖振蕩波在換熱器管、板壁傳播，在金屬管、板壁和附近的液態介質之間產生效應，破壞污垢的附著條件，防止換熱設備在運行過程中結垢，提高換熱設備傳熱能力，降低達到同樣工藝要求所需的能耗量，實現節能目的。

　　2.關鍵技術

　　1）強磁致伸縮新型換能器技術；

　　2）超聲波聲學參數調測和數字控制技術；

　　3）不同應用環境超聲波聲學參數定向設計技術。

　　3.工藝流程

　　1）超聲波防垢原理（見圖1）

　　2）超聲波防垢機理

　　高速微渦效應：

　　由于超聲波頻率很高，在管、板壁傳播時形成很高的加速度，作用于與管、板壁直接接觸的流體介質時，會出現一個微小的真空區域。真空區域剛一形成，附近介質在壓力的作用下就會迅速涌向這一區域來填補真空，形成許多微小的渦流，這些渦流與生產同時進行，對壁面形成不間斷的沖刷，這就是高速微渦效應。這一效應相當于介質隨時都在對壁面進行清洗，可有效防止污垢的粘附。高速微渦效應具有防垢與除垢雙重作用。

超聲波防垢原理圖

　　剪切應力效應：壁面振動會帶動其上的垢層一起振動，從而在壁面和垢層之間產生剪切力和推斥力，對于已有垢層，剪切力和推斥力會使其疲勞、裂紋、疏松、破碎而脫落；對于即將粘附的污垢成分，剛一接觸壁面即被排開，無法穩定停留在壁面上。無論哪種情況，污垢都會隨著介質的流動被帶走，這就是剪切應力效應。剪切應力效應起到了除垢作用（見圖3）。

　　此外，介質流動時，由于與固體壁面有摩擦力，會在近壁區域而形成滯流層，也叫邊界層。這一區域的傳熱過程為滯流介質的導熱過程而不是對流換熱過程，而介質的導熱系數較對流換熱系數要低得多，因此滯流層的存在會降低傳熱系數。當有超聲波作用時，超聲波引起的高速微渦可有效破壞滯流層，起到強化傳熱的作用。

　　五、主要技術指標：

　　1）平均提高換熱設備傳熱系數21%，降低換熱設備污垢熱阻55%。

　　2）石化行業換熱設備平均節能率為9.1%。

　　六、技術應用情況：

　　2010年通過中國石油化工集團公司科學技術成果鑒定，目前已在石油、石化、化工行業眾多企業應用。該技術在不同應用環境聲學參數定向設計、減少超聲波衰減和抗畸變方面具有新穎性，整體技術達到國際先進水平，具有顯著的節能效益。

　　七、典型用戶及投資效益：

　　典型用戶：中石化上海高橋分公司、中石化四川維尼綸廠

　　1）建設規模：在煉油3部3#800萬噸常減壓蒸餾裝置換熱網絡超聲波防、除垢技術改造。主要技改內容：煉油3部3#常減壓蒸餾裝置換熱網絡21臺換熱器上安裝超聲波防、除垢裝置。節能技改投資額985萬元，建設期2個月,年節能量7272tce,年節能效益為582萬元，投資回收期20個月。

　　2）建設規模：在四川維尼綸廠發電車間、乙炔車間、PVA車間的14臺換熱設備上應用超聲波防垢技術。主要技改內容：在乙炔車間提濃裝置E0401、E0442、E451\A\B\C、E455\A\B、V0601共8臺換熱器，聚乙烯醇車間E598、E590、E622、2H443、2H445共5臺換熱器，發電車間1#機組凝汽器，合計14臺換熱器上安裝超聲波防、除垢裝置。節能技改投資額210萬元，建設期1個月,年節能2396tce，年節能效益為192萬元，投資回收期13個月。

　　八、推廣前景和節能潛力

　　石化行業的換熱設備數量超過30萬臺，如果采用超聲波防垢技術解決污垢問題，可降低全行業換熱設備能耗約9%。2009年，石化（含煉油）行業消耗能源約1.28億噸tce，其中換熱設備的相關能耗約占12%。如果在石化行業推廣使用該技術，其節能潛力為139萬tce。預計“十二五”期間推廣比例可達40%，可產生約55萬tce/a的節能能力。

　　深入專題了解：國家重點推廣節能技術目錄