工业技术的革命节能增效高科技换热设备智能在线无垢运行装置
作者：洛阳万山高新技术应用工程有限公司时间：2010-11-07 我要发布
一、技术背景
换热设备传热面污垢危害对换热设备的效率影响非常严重，据统计，美国在换热设备污垢方面蒙受的经济损失每年为150-200亿美元。我国换热设备的污垢危害，使换热设备运行效率平均下降50%左右，与美国换热设备污垢大体一致，如果换热设备污垢平均厚度为2.10mm，污垢的影响使其K值平均下降51%。“以工业循环水作为冷却介质”，污垢从开始沉积到积垢热阻平衡的时间只有25天，即冷却器长期工作的传热效率是很低的，污垢沉积达到平衡时的传热系数约为原来无垢时1/2-2/3，污垢对换热设备传热面的危害，无论采用化学清洗方法或机械清洗方法及周期性停车清洗方法，虽能防止换热设备传热面的污垢是有效的，但对常年提高换热设备换热面的运行效率却是不大的，对换热设备换热面污垢的清洁，理想的清洗换热设备技术，是能够自动的、连续的进行清洗，才能从根本上防止换热设备污垢的沉积、实现换热设备提高效率，降低能耗。
二、换热设备智能在线无垢运行装置技术简介：
换热设备智能在线无垢运行装置是防止换热设备大面积产生的污垢，提供换热设备连续不间断的自清洗污垢，能将换热设备上的污垢及时除去，并具有防垢、除垢、防腐、杀菌、灭藻、提高换热效率，强化换热效果，降低能耗，节能环保等优点，这种设备的前身是一项军工技术，主要用在舰艇动力锅炉上，技术非常成熟，上世纪80年代，该技术在国际上开始应用，对不同结构、容量的锅炉及各类换热设备污垢的清洗进了广泛应用，国外已成功的使用了10年以上，在数万台换热设备上安装使用，实现了无垢化运行，热效率大幅度提高，经济效率显著，这一技术可以在各种换热设备（换热器、凝结器、冷凝器、蒸发器、冷却冷冻结晶器）石油、化工、电力、冶金、建材、钢铁、化肥等行业的换热设备上应用，设备结构上立式与卧式均可安装，对设备的新旧程度没有任何要求，在旧设备改造过程中，对换热设备本体不作任何改变和施工，具有非常大的简便性，对设备的管程数、传热管的管数和直径大小及其长度没有什么限制，使用范围非常广阔。
三、技术特点
换热设备智能在线无垢运行装置，用于防止热转换设备大面积产生水垢，提供连续不间断的工作，保持换热设备在无垢状态下运行，具有智能除垢、在线除垢、不停机除垢、全自动除垢、除垢彻底、无污染、防腐、提高换热效率、杀菌灭藻、环保节能、安全可靠等突出的技术特点。
四、换热设备智能在线无垢运行装置机理
1、除垢效果明显，一般在安装使用后的3-6个月内，可去除80%的老垢，一年后，基本清除干净。
2、除垢机理：换热设备智能在线无垢运行装置作用于液体水中时，液体内形成许多微小的气泡，形成“空化效应”，气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，影响了碳化沉积物内部之内的牢固性，破坏了碳化沉积物和金属之间的关系，因此，产生许多小裂缝。当裂纹逐渐增多后，污垢便形成沙砾状颗粒，一部分从管壁表面脱落。水在毛细的作用下通过细小裂缝渗入到受热表面，那里有水被蒸发，从而带动碳化沉积物的膨胀和成片地脱落，将污垢彻底清除。
3、作用于金属表面的换热设备智能在线无垢运行装置振动产生了机械能力，使得金属、水垢、水随之震动，由于三者之间的频率响应不同，产生不同步振动，形成垢层与管壁界面上的相对剪切力，即形成“剪切效应”，破坏了水垢和金属之间的结合，导致垢层产生疲劳而松脱。
五、防止污垢产生机理
1、阻垢彻底，自安装之日起，新垢不再生成，换热设备智能在线无垢运行装置在液体介质中通过“空化效应”，将水分子裂解为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等的化合物，从而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相对提高，具有“活化”效应。
2、换热设备智能在线无垢运行装置利用能量把液体拉裂而形成无数极微小的局部“空穴”和“气泡” ，在这些气泡的周围，形成许多的“结晶”中心，在水中开始形成硬盐，形成细小的沙状物，即产生凝聚现象，有很强的争夺水中离子的能力。
3、受热表面的振动使金属与水之间产生高速微流和空化效应，破坏垢类生成和在管壁沉积的条件，阻碍了这些沙状物在管壁上的沉淀。水中尚未结晶的盐及以结晶后难溶解的盐形成悬浮的状态，随介质流走或通过排污排除，换热设备智能在线无垢运行装置的辐射压力、毛细管现象，有直接的防垢除垢现象。
六、可有效防止水中溶氧对金属的腐蚀使金属表面逐渐生成钝化膜
在内管壁表面自然形成的裂缝中，存有水中溶解的氧气，在换热设备智能在线无垢运行装置装置振动的作用下，它被强制从裂缝中排出来。换热设备智能在线无垢运行装置能长期作用于管的内壁表面，在微小的缝隙附近发生变形变化，这些变形变化把裂缝的边缘铆住，使它们被封住，水中的溶氧就不会渗入裂缝中，消除了腐蚀的源头，保护金属免受磨蚀。这种防腐蚀的效果在某种程度上取代了管子内表面的钝化，相当于清除钢铁管受氧腐蚀的装置。
七、提高换热设备效率近10-20%节能15-26%
换热设备智能在线无垢运行装置能量的振动，形成其内部水和管壁的振动，减弱了水与管壁之间的流体力学阻力，从而提高了水流的速度。水与金属加热面之间的排出与进入加快，水与受热表面的交换速度也加快，使被加热液体的层流边界层、过度层和紊流区能进行更好的混合，提高热量的传递。同时，由于换热设备处于无垢状态下运行，换热热损耗很小，节能效果显著。
八、大幅度提高换热系数：
对各种新的金属换热设备（在无垢的前提下，对自然对流可使换热系数提高40%-2000%）对强制对流可使换热系数提高20-400%。
九、有效杀灭水中菌类和藻类的繁殖净化水质
换热设备智能在线无垢运行装置能量的振动，使液体内形成许多微小的“气泡” ，当“气泡”破裂时，会产生能量极大的冲击波，在水体中产生紊流，破坏了微生物细胞膜的离子通道，改变了细胞适应的内腔电流和生存所需的环境条件，使其丧失生存能力而死亡。同时激励后的水分子能将水中溶解氧包围封锁，切断了微生物进行生命活动所需氧的来源，杀菌灭藻，同时也防止了生物污泥的产生。
十、纯物理方法环保节能对人身设备环境无任何不良影响
物理方法除垢防垢，对水体和环境无污染，对管线和容器无腐蚀。相对于结垢后在处理的其它方法而言，其在线式的工作方式，破坏了垢晶形成条件，使设备始终处于无垢状态下运行，其热传导效率约提高了7-22%，节能可这10-30%。
十一、除垢能力
1、用在管线上除垢，一套脉冲共振除垢器，可去除200-300延长米，（中间无软连接）金属管线的水垢。
2、用在换热设备上除垢，一套脉冲共振除垢器，可去除100-150㎡的水垢。
十二、高效节能
①不在需要对水进行软化或除盐处理、节省设备购置和药剂消耗、降低运行费用，降低检修费用、降低维护费用。
②热交换设备（换热设备）始终保持在无垢状态下运行，减少能源煤炭的消耗和浪费，增加设备运行的经济性和安全性。
③实现智能在线，不停机除垢，全自动除垢，消除为除垢而定期做化学或物理除垢清洗，所发生的设备折旧费，人工费和消耗材料等费用。
④降低换热设备由于结垢和腐蚀而引起的爆管，垢下腐蚀、氧化腐蚀，所发生的材料更换费、检修费、维护费。
⑤减少换热设备停机除垢，所造成的直接经济损失和间接经济损失。
⑥降低对换热设备的腐蚀维护、更换、节省换热设备的投资，延长换热设备的使用寿命。
十三、效益显著
1、用在汽轮机凝汽器上，可使汽轮机端差接近设计值、汽轮机真空接近设计值，同等汽耗情况下可提高发电量3.5-5.5%左右。
2、用在电站锅炉上、在水处理不合格的情况下，可除垢防垢、防止氧腐蚀、减少四管腐蚀内漏和结垢爆管的概率，增加如下效益、减少停炉热损失和起炉的燃油燃煤消耗、增加发电时数，降低燃油燃煤的消耗和检修费用，年均节省各项费用8%-10%左右。
3、用在换热设备（热交换器）上，在热交换介质不做任何软化、除盐、灭菌等处理的条件下，达到换热设备不结垢，始终保持换热设备在无垢状态下运行、增加如下效益：节省化学药剂、提高换热效率、降低换热设备腐蚀、消除停机除垢费用、年均节省各项费用20%-30%。
4、用在35t/h以下热水锅炉或200MW以下蒸汽锅炉上，在锅炉给水不做任何软化、除盐、灭菌等处理的条件下，正常使用达到设备无垢运行，增加如下效益：节省化学药剂，提高换热效率，消除停机除垢费用、减少燃油燃煤消耗、减少换热设备维护费用，降低换热设备腐蚀，延长换热设备使用寿命，减少停炉造成的直接经济损失和间接经济损失，年均节能各项费用30-50%
十四、除垢费用
（1）比化学方法处理除垢低220倍。
（2）比物理方法处理除垢低120倍。
十五、设备成本
根据设备的型号与水的硬度，3个月内为除垢期，3个月以后为无垢期，3-6个月内全部收回投资。
十六、使用年限：
一次性投资，使用有效期大于10年，不在发生定期除垢清洗热交换设备的费用。
十七、市场前景
(1)、欧美国际市场推广，用来消除锅炉、各类换热设备（热交换器）中的水垢、防垢、除垢、达到在无垢状态下运行。
（2）、在国外已成功使用了多年，已在数万台锅炉及换热设备上广泛应用，实现了换热设备不停机除垢、全自动除垢、始终保持换热设备在无垢状态下运行，经济效益显著。
（3）、是目前国际国内众多除垢设备中，技术先进，质量可靠，除垢效果显著，运行费用较低，应用领域广泛的高新技术产品，处于国际领先，优于国内其它同类除垢产品。
（4）、降低生产热能量的成本，提高换热效率，不仅仅有技术上和经济上的意义，而且具有社会意义，是构建节约型社会，实现节能减排的一种重要技术手段。
十八、设备选型
用户根据所需除垢设备的特性、参数、结构、计算出该设备的换热面积（或长度），在根据热交换装置的循环系统，水的硬度和结垢情况，乘以0.6-1.5的系数，按一套除垢器可去除水垢的有效能力，就可以确定设备安装。
十九、设备安装
把除垢器直接焊接在需要除垢的设备外表面，焊点一般选择在最容易结垢的地方，主机就近安装在墙上或设备上，连上规定面积的导线就安装好了，建议在安装本机器之前，最好把热交换器设备内的水垢清除干净。
二十、产品组成
换热设备智能在线无垢运行装置，由脉冲发生装置和（主机）换能器组成：
(1)、脉冲发生装置的功能是：形成脉冲并把它们传递给换能器。
(2)、主机换能器的作用是：把脉冲能量转换成机械能量产生激波机械振动，实现除垢的机理。
(3)、根据需要本机器设计了4种型号，一套脉冲发生装置带动（2个、3个、4个、6个）换能器。
（4）、主机换能器可以组成一组机器，而作用于大型的换热设备。
二十一、技术参数
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名称/型号 |
WS-300 |
WS-500 |
WS-900 |
WS-1000 |
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功率 |
0.25W |
0.35KW |
0.35KW |
0.45KW |
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换能器的数量 |
2个 |
3个 |
4个 |
6个 |
|
主机重量 |
15/kg |
19/kg |
21/kg |
23/kg |
|
主机外型尺寸 |
保护等级520x350x200mm IP32 | |||
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转换器重量 外型尺寸 保护等级 |
3.5kg 347x62x57mm IP40 | |||
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电压 频率 |
AC220V 50HZ | |||
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工作频率 |
16.7----19.4khz | |||
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一束的脉冲量 |
10-16 | |||
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脉冲束的密度 |
1/12密度网 |
1/8密度网 | ||
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工作模式及有效期 |
不间断连续运行 使用期限大于10年 | |||
二十二、适用范围
换热设备智能在线无垢运行装置主要用于机械制造业，石油工业，化学工业，钢铁冶金行业，电力行业，机电设备的工业专用设备，工业一般常用换热设备。国防军事专用设备，也可用于轻工行业，生活换热设备等方面的除垢和防垢。应用的设备如下：
1、火力电厂：
1）锅炉（汽包、省煤器、水冷壁）、汽轮发电机组（凝汽器、高低压加热器、冷油器、空冷器、氢冷器、壁冷器）、管路（汽水、冲洗水、冷却水、排污、输灰、烟气脱硫系统，脱硫塔、脱硫管网、脱硫泵等系统的防垢除垢）、热网加热器、除氧器、水箱等。
工况
某厂3号汽轮发电机组，与其配套的凝汽器为N-980-Ⅰ型，换热面积980平方米。环水系统为闭式循环，夏季走凉水塔，冬季采暖期与热网加热器并联运行。由于循环水未经处理，含盐较高，水质较差，凝汽器铜管内壁结垢比较快，对真空、传热端差、煤耗影响较大，特别是近几年，影响日益加大，严重制约企业的经济效益。
安装及使用效果
1、自安装之日起，运行人员始终记录各项数据，与没安装前支去年同期比，各项数据均逐步趋于好转。
2、例年在采暖期间，平均每1-2个月都要对凝汽器打开进行清洗。安装使用后一次都没有打开，省去了人工清理和热负荷变动调整。
3、2007年7月，在3号机停运期间，对凝汽器进行了检查，检查结果如下：
1）打开凝汽器端盖后，以往常见的粘泥藻类等软垢以及黄色的铁锈一点都没有了，用手摸，没有一点残留的痕迹，软垢清除彻底。水中溶氧对金属的腐蚀现象没有发生。
2）抽出2根铜管取段刨开，铜管内壁新的硬垢没发现生成，阻垢效果显著。原有的硬垢大部分脱落，露出金属原色。
3）经灌水检查，无一泄漏。
结论
某电厂3#机组凝汽器安装使用换热设备智能在线无垢运行装置后，阻垢效果显著，一点新垢都没有生成；除垢效果明显，原有的硬垢大部分脱落，露出金属原色。软垢清除彻底，防腐效果较好。真空、端差、煤耗等指标均有改善，效益可观。它不但比我们过去使用的所有方法都省钱省力，而且对设备无损伤，除垢彻底，是目前最好的技术方法，可谓事半功倍，效益显著，值得积极推广。
2、用于烟气脱硫，加速石灰石溶解，能将石灰石快速反应，分解，防止结垢腐蚀，提高脱硫效率。
3、城市供热：
锅炉、热网加热器、热交换站换热器、散热器、供热管线。
4、矿山冶金：
中频电炉、炼铁高炉、轧钢机、动力锅炉、辅机冷却水系统、污水处理系统、换热器、散热器、冷凝器、水管线。
5、石油：
1）供热：锅炉、热网加热器、热交换站换热器、散热器、供热管线。
2）油田生产：转运站加热炉、工艺管线、油井油管。
3）石油采收：作用于采油井底部，可以把高黏度的石油分解为低黏度的石油，提高采油率。
6、炼化及化工：
冷却塔、预加热器、冷油器、蒸发器、化学反应釜、工艺管线。
7、纺织印染：
车间加湿器、蒸汽锅炉、喷水织机、中央空调、换热器、染料均质处理、染色处理、乳化处理、细化处理。
8、造纸制药：
锅炉、污水处理设备、冷却器、换热器、管线、蒸发器、制药反应釜。
9、食品酿酒：
锅炉、冷却器、换热器、管线、蒸馏塔、杀菌灭藻、调料均质处理、染色处理、乳化处理、防腐处理、快速淹制。
10、污水处理：
污水处理设备、输水管线、杀菌消毒灭藻。
11、国防：
12、其他：
冷库、游泳池、中央空调及水处理系统。
13、用于氧化铝厂工艺物科输送管道
14、冷凝器除垢，蒸发器除垢，再沸器除垢，浓缩器除垢，热交换器除垢，冷凝器除垢，加热器除垢，换热器除垢，裂管除垢。
（1）工况
某氧化铝厂二车间的物料输送系统在日常生产过程中存在物料沉积板结问题，一般运行1个月左右就需要人工清理。由于清理比较困难，有的管路已经被敲打变形，因此延长管路堵塞周期是一个迫切需要解决的问题。
（2）安装及使用效果
到目前为止，已安装换热设备智能在线无垢运行装置的管路已经安全运行了3个月，管路没有明显的堵塞现象，前端泵送设备输出电流一直平稳。达到双方事先约定的预期效果。但未安装换热设备智能在线无垢运行装置的作为对比用的管路依然每 1月左右即需人工清理一次。
（3）结论
换热设备节能增效换热器在某氧化铝厂二车间的物料输送系统的使用达到甚至超过了预期的效果：降低物料在输送管道中的沉积板结速度一倍以上，延长人工清理间隔时间一倍以上。
1、工况
某氧化铝厂二车间真空泵系统有三台真空泵为工艺提供真空条件。三台设备用冷却水循环系统进行冷却，该系统存在较为严重的结垢问题，严重影响了设备冷却效果和安全可靠运行。经过垢样和水质量分析，主要成分以碳酸盐为主，需要定期将原陈垢除掉，增加了大量的运行维护费用及停车清洗带来的生产损失。因此延长真空泵冷却水循环系统运行维护周期是一个迫切需要解决的难题。
2、安装及使用效果
换热器智能在线无垢运行装置于2008年1月21日开始安装，到目前为止（2008年4月21日），已经安全运行了3个月，循环系统内陈垢已被逐步清除，冷却效果得到改善，真空泵的真空度基本保持稳定，达到了预期的约定效果。
3、结论
换热器智能在线无垢运行装置在该系统发挥了除垢、阻垢的优异功能，其除垢、阻垢效果是真实可靠和令人信服的，节省了原来因结垢所带来的清洗费用、停车带来的停产损失，同时也大大节省了系统循环水的使用量。
十、选型安装
1、换热设备智能在线无垢运行装置的除垢能力：用在管线上，一个换热设备智能在线无垢运行装置可去除100-150延长米（中间无软连接）金属管线的水垢。用在换热设备上，一个换热设备智能在线无垢运行装置可以去除80-100m2的水垢。
2、选型：用户可根据需除垢设备的特性、参数、结构，计算出该设备的换热面积（或长度），在根据热交换装置的循环系统，水的硬度和结垢情况，乘以0.8-1.2的系数，按上面一个可去除水垢的有效能力，就可以确定设备的选型。
3、安装：把换热设备智能在线无垢运行装置直接焊接在需要除垢的设备外表面，焊点一般选择在最容易结成水垢的地方，把主机就近安装在墙上或设备上，连上规定面积的导线就安装好了。建议在安装本机器之前最好把换热设备内的水垢清除干净。
二十三、设备应用业绩
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序号 |
使用单位名称 |
安 装 部 位 |
安装投
运日期 |
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1 |
A热电厂 |
3号机凝汽器 |
2006.10 |
|
2 |
B热电厂 |
2号机凝汽器 |
2006.10 |
|
3 |
C热电厂 |
1-6号热网加热 |
2007.11 |
|
4 |
D采油二厂 |
南8-1转油站3台水套炉 |
2007.11 |
|
南6-1联合站3台加热炉 |
2007.12 | ||
|
南5-1转油站3台微正压加热炉 |
2008.10 | ||
|
南2-3转油站5台水套炉 |
2008.10 | ||
|
南2-3转油站3台二合一 |
2008.10 | ||
|
南2-16转油站5台二合一 |
2008.10 | ||
|
南6-5转油站3台水套炉 |
2008.10 | ||
|
南5-2转油站3台水套炉 |
2008.10 | ||
|
南2-4转油站4台二合一 |
2009.04 | ||
|
5 |
E热电厂 |
11号热网加热器 |
2008.03 |
|
2号机凝汽器 |
2008.10 | ||
|
6 |
F发电厂 |
1号机凝汽器 |
2008.10 |
|
2号机凝汽器 |
2009.12 | ||
|
2号热网1号热网加热器 |
2009.12 | ||
|
7 |
G热电有限公司 |
1号热网加热器 |
2008.11 |
|
1号机凝汽器 |
2009.03 | ||
|
2号热网加热器 |
2009.12 | ||
|
8 |
H采油十一厂 |
集输工区3台4合1油水分离锅炉 |
2008.11 |
|
南16站2台号4合1油水分离锅炉、1号采暖锅炉 |
2008.11 | ||
|
9 |
I自备电厂 |
4号热网加热器 |
2009.03 |
|
1号板式换热器 |
2009.03 | ||
|
10 |
J发电总厂 |
2号机冷油器、3号机冷油器 |
2009.04 |
|
11 |
K采油厂 |
采油一矿滨五站加热炉 |
2009.04 |
|
采油二矿滨二站加热炉 |
2009.09 | ||
|
采油四矿联合站蒸汽炉 |
2009.10 | ||
|
集输2首站加热炉 |
2010.01 | ||
|
12 |
L热电厂 |
1号机凝汽器 |
2009.08 |
|
13 |
M采油厂 |
海上采油平台 |
2009.10 |
|
14 |
N热电厂 |
高温网4、6号加热器 |
2009.11 |
|
8号机凝汽器 |
2009.11 | ||
|
向阳换热站2号板式换热器 |
2009.11 | ||
|
15 |
O热电厂 |
1号热网加热器 |
2009.11 |
|
16 |
P采油十厂 |
四中转站3台真空加热器 |
2009.11 |
|
八中转站3台真空加热器 |
2009.11 | ||
|
十二中转站3台二合一掺水炉 |
2009.11 | ||
|
十五中转站2台二合一加热炉 |
2009.11 | ||
|
十八中转站2台二合一加热炉 |
2009.11 | ||
|
二十中转站3台真空加热炉 |
2009.11 | ||
|
二十三中转站3台二合一加热炉 |
2009.11 | ||
|
二十七中转站3台二合一加热炉 |
2009.11 | ||
|
长一转站2台四合一加热炉 |
2009.11 | ||
|
一联6台真空加热炉 |
2009.11 | ||
|
17 |
Q热电厂 |
16号机凝汽器 |
2010.01 |
|
18 |
R热力公司 |
加热站板式换热器 |
2010.01 |
|
19 |
S发电厂 |
三期采暖1号、2号热网加热器 |
2010.01 |
|
20 |
T自备电厂 |
2号机凝汽器 |
2010.02 |
|
21 |
U公司 |
成品车间表冷器 |
2010.03 |
|
22 |
V自备电厂 |
2号机凝汽器 |
2010.03 |
|
23 |
W化工烯径分厂 |
2号泵汽轮机凝汽器 |
2010.04 |
|
24 |
X钢厂 |
3号高炉散热器 |
2010.04 |
|
已经签完合同5-7月份安装的企业 | |||
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1 |
Y热电厂 |
2号机凝汽器 |
2010.05 |
|
2 |
Z电厂 |
3号机凝汽器 |
2010.06 |
|
3 |
AA发电厂 |
6号机凝汽器 |
2010.07 |
|
4 |
AB发电厂 |
1号机凝汽器（加装4台换能器） |
2010.07 |
|
2号热网2号热网加热器 |
2010.07 | ||
|
2号热网3号热网加热器 |
2010.07 | ||
|
2号热网4号热网加热器 |
2010.07 | ||
