一、技术名称：换热设备超声波在线防垢技术

　　二、适用范围：石化行业换热设备

　　三、与该节能技术相关生产环节的能耗现状：

　　我国石化行业现存的换热设备超过30万台，长期以来这些设备的防垢、除垢问题一直没有很好的解决办法，换热设备普遍在带垢0.2~10mm厚度之间的状态下运行。垢的导热系数(一般均在 1 W/m•K左右)仅为换热器金属管壁的几十分之一。据行业统计，垢质每年在换热设备和管道中的沉积厚度约为4mm，换热设备积垢每增加1mm，传热系数下降9%~9.6%，能耗和排放将增加10%以上，同时带来生产效率下降、垢下腐蚀缩短设备寿命、安全隐患等一系列问题。

　　四、技术内容：

　　1.技术原理

　　超声脉冲振荡波在换热器管、板壁传播，在金属管、板壁和附近的液态介质之间产生效应，破坏污垢的附着条件，防止换热设备在运行过程中结垢，提高换热设备传热能力，降低达到同样工艺要求所需的能耗量，实现节能目的。

　　2.关键技术

　　1）强磁致伸缩新型换能器技术；

　　2）超声波声学参数调测和数字控制技术；

　　3）不同应用环境超声波声学参数定向设计技术。

　　3.工艺流程

　　1）超声波防垢原理（见图1）

　　2）超声波防垢机理

　　高速微涡效应：

　　由于超声波频率很高，在管、板壁传播时形成很高的加速度，作用于与管、板壁直接接触的流体介质时，会出现一个微小的真空区域。真空区域刚一形成，附近介质在压力的作用下就会迅速涌向这一区域来填补真空，形成许多微小的涡流，这些涡流与生产同时进行，对壁面形成不间断的冲刷，这就是高速微涡效应。这一效应相当于介质随时都在对壁面进行清洗，可有效防止污垢的粘附。高速微涡效应具有防垢与除垢双重作用。

超声波防垢原理图

　　剪切应力效应：壁面振动会带动其上的垢层一起振动，从而在壁面和垢层之间产生剪切力和推斥力，对于已有垢层，剪切力和推斥力会使其疲劳、裂纹、疏松、破碎而脱落；对于即将粘附的污垢成分，刚一接触壁面即被排开，无法稳定停留在壁面上。无论哪种情况，污垢都会随着介质的流动被带走，这就是剪切应力效应。剪切应力效应起到了除垢作用（见图3）。

　　此外，介质流动时，由于与固体壁面有摩擦力，会在近壁区域而形成滞流层，也叫边界层。这一区域的传热过程为滞流介质的导热过程而不是对流换热过程，而介质的导热系数较对流换热系数要低得多，因此滞流层的存在会降低传热系数。当有超声波作用时，超声波引起的高速微涡可有效破坏滞流层，起到强化传热的作用。

　　五、主要技术指标：

　　1）平均提高换热设备传热系数21%，降低换热设备污垢热阻55%。

　　2）石化行业换热设备平均节能率为9.1%。

　　六、技术应用情况：

　　2010年通过中国石油化工集团公司科学技术成果鉴定，目前已在石油、石化、化工行业众多企业应用。该技术在不同应用环境声学参数定向设计、减少超声波衰减和抗畸变方面具有新颖性，整体技术达到国际先进水平，具有显著的节能效益。

　　七、典型用户及投资效益：

　　典型用户：中石化上海高桥分公司、中石化四川维尼纶厂

　　1）建设规模：在炼油3部3#800万吨常减压蒸馏装置换热网络超声波防、除垢技术改造。主要技改内容：炼油3部3#常减压蒸馏装置换热网络21台换热器上安装超声波防、除垢装置。节能技改投资额985万元，建设期2个月,年节能量7272tce,年节能效益为582万元，投资回收期20个月。

　　2）建设规模：在四川维尼纶厂发电车间、乙炔车间、PVA车间的14台换热设备上应用超声波防垢技术。主要技改内容：在乙炔车间提浓装置E0401、E0442、E451\A\B\C、E455\A\B、V0601共8台换热器，聚乙烯醇车间E598、E590、E622、2H443、2H445共5台换热器，发电车间1#机组凝汽器，合计14台换热器上安装超声波防、除垢装置。节能技改投资额210万元，建设期1个月,年节能2396tce，年节能效益为192万元，投资回收期13个月。

　　八、推广前景和节能潜力

　　石化行业的换热设备数量超过30万台，如果采用超声波防垢技术解决污垢问题，可降低全行业换热设备能耗约9%。2009年，石化（含炼油）行业消耗能源约1.28亿吨tce，其中换热设备的相关能耗约占12%。如果在石化行业推广使用该技术，其节能潜力为139万tce。预计“十二五”期间推广比例可达40%，可产生约55万tce/a的节能能力。

　　深入专题了解：国家重点推广节能技术目录