石化技術(shù),2008, 15(2):8研究.開發(fā)PETROCHEMICAL INDUSTRY TECHNOLOCY循環(huán)水系統(tǒng)超聲波阻垢技術(shù)研究李健'酈和生2王崠2秦會(huì)敏2(1.中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司合成橡膠事業(yè)部,北京,102500;2.中國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:采用靜態(tài)試驗(yàn)和循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)的方法,考察了超聲波的阻垢效果,研究了超盧波作用時(shí)間、頻率和溶液的初始Ca2*濃度對(duì)阻垢效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,超聲波具有明是的阻垢作用,20 kHz超聲波的阻垢效果優(yōu)于30kHz的超聲波。隨著初始Ca2*濃度的升高,超聲波的阻垢效果增加。在循環(huán)水系統(tǒng)中,超聲波與阻垢劑配合使用可獲得更佳的阻垢效果。關(guān)鍵詞:循環(huán)水超聲波阻垢頻串黏附速率結(jié)垢是循環(huán)水處理面臨的主要問題之一。沉濃度和堿度,即為試驗(yàn)用水。積物附著在換熱器的傳熱面上,不僅會(huì)影響傳熱,1.2試驗(yàn)儀器降低換熱器的熱效率,而且會(huì)增大系統(tǒng)的阻力,使超聲波防垢器2臺(tái),成都九洲超聲技術(shù)有限生產(chǎn)的能耗增加。另外,結(jié)垢還會(huì)造成垢下腐蝕,公司生產(chǎn),功率為100 w,探頭直徑10 mm,頻率嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致?lián)Q熱器腐蝕穿孔"。超聲波阻垢是近分別為20kHz和30kHz;CS501A型恒溫水浴槽年來發(fā)展起來的一種新技術(shù),其自動(dòng)化程度較高,1臺(tái),上海醫(yī)用儀器廠生產(chǎn);循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬工作性能可靠，環(huán)境污染小，已被廣泛應(yīng)用于化試驗(yàn)裝置I套,自行設(shè)計(jì)安裝。工、機(jī)械、醫(yī)療、環(huán)保、計(jì)量檢測(cè)等諸多行業(yè)四。但1.3 試驗(yàn)方法是,超聲波阻垢用于循環(huán)水處理的研究尚不多見。1.3.1靜態(tài)試驗(yàn)取配制好的試驗(yàn)用水(Ca“濃度為285.7 mg/L,1試驗(yàn)部分堿度為259.7 mg/L)750 mL加入1 L燒杯內(nèi);將超1.1試驗(yàn)用水聲波防垢器的探頭插人試驗(yàn)用水中,啟動(dòng)防垢器,試驗(yàn)用原水為燕化地區(qū)地表水，其水質(zhì)指標(biāo)處理一段時(shí)間;然后將燒杯放入(80+1)C恒溫水見表1。浴槽中;24h后取出燒杯,以流動(dòng)水沖洗燒杯表面表1燕化地區(qū)地表水水質(zhì)指標(biāo)mg/L后烘千稱重。超聲波阻垢率按下式計(jì)算:項(xiàng)日指標(biāo)_w-WCa265.3總硬度128.6總賊度106.0式中,r為阻垢率, %;W。為空白試驗(yàn)結(jié)垢量,g;WCl15.1為超聲波處理試驗(yàn)結(jié)垢量,g。Sor1.3.2循環(huán) 水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)凹總?cè)芙庵荏w215.3將超聲波防垢器的探頭安裝在循環(huán)水動(dòng)態(tài)模電導(dǎo)率/(Ms.cm")210H值7.8中國煤化工注: Ca”、總硬度和總堿度均以CaCO,計(jì),以下同。k于華北電力大學(xué)MH. CNM H G里工作。聯(lián)系電話，取原水加入氯化鈣和碳酸氫鈉，提高其Ca2+010-69334049.李健等，循環(huán)水系統(tǒng)超聲波阻垢技術(shù)研究.9.擬試驗(yàn)裝置試管之前的管路內(nèi),距試管入口約5m處;試管為20*無縫碳鋼管,φ 10.0 mmx1.500 [;20 kHzmmx600.0mm,外表鍍鉻;試管進(jìn)口溫度為(32+1)30kHzC,進(jìn)出口溫差為(10+1) C;管內(nèi)流速為1 m/s。2結(jié)果與討論2.1靜態(tài)試驗(yàn)2.1.1超聲 波處理時(shí)間對(duì)阻垢的影響15 30 60 300 600采用頻率為20kHz超聲波進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn),考察了超聲波作用時(shí)間對(duì)阻垢效果的影響,結(jié)果見圖2超聲波 頻率對(duì)阻垢效果的影響圖1。2.1.3 Ca2+ 濃度對(duì)阻垢的影響Ca2是循環(huán)水中的主要成垢離子。試驗(yàn)考察了100水中的初始Ca2+濃度對(duì)超聲波阻垢效果的影響,結(jié)果見圖3。試驗(yàn)中,超聲波的頻率為20 kHz,處理時(shí)間為10 g。95-.00p80 t1060 t時(shí)間/s40 t圖1超聲 波處理時(shí)間對(duì)阻垢效果的影響20 t如圖1所示，對(duì)試驗(yàn)用水進(jìn)行2 s的超聲處100 150 200 250 30理,即可有效抑制CaCO3的結(jié)垢,阻垢率達(dá)90%Car*/(mgL")以上;且隨著處理時(shí)間的增加,阻垢效果無明顯差圖3 Car濃 度對(duì)阻垢效果的影響異。一般情況下,過飽和的水要沉淀結(jié)晶必須先有晶核;而在無外加晶核的情況下,燒杯的壁面就充從圖3看出，超聲波的阻垢效果隨水溶液中當(dāng)了初始晶核。晶體吸附在燒杯壁上逐漸長(zhǎng)大,形初始Ca2+濃度的增加而升高。這是因?yàn)楫?dāng)初始成加熱壁面的垢層。當(dāng)有超聲波作用與溶液時(shí),超Ca2+濃度較低時(shí),結(jié)垢量較少,超聲作用的效果不聲空化會(huì)在溶液中形成大量微小的空化氣泡。這明顯;隨著初始Ca2+濃度的增加,超聲波的空化些空化氣泡具有巨大的比表面能很不穩(wěn)定,可以作用和機(jī)械攪拌作用使Ca2*+在水中生成CaCO3充當(dāng)CaCO,的外加晶種。大量晶種的存在使沉淀晶粒的速度加快,晶粒體積小，分散度高,不易形迅速生成,消除了溶液的過飽和度,減小了沉淀在成大顆粒而沉積成垢，所以阻垢率也相應(yīng)增大。燒杯壁面形成的機(jī)會(huì),從而抑制了垢的形成。2.2循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)2.1.2超聲 波頻率對(duì)阻垢的影響在循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置上，分別按不同對(duì)比了頻率分別為20kHz和30kHz的超聲條件進(jìn)行了超聲波阻垢試驗(yàn),結(jié)果見表2。試驗(yàn)波對(duì)其阻垢效果的影響,結(jié)果見圖2。中,超聲波的頻率為20kHz。圖2結(jié)果表明，頻率為20kHz超聲波的阻垢由表2結(jié)果可知,單獨(dú)使用超聲波時(shí)，阻垢效效果優(yōu)于30 kHz的超聲波。超聲波頻率過高,在果不甚明顯,黏附速率較高。當(dāng)超聲波與阻垢劑配.過飽和溶液中形成晶核的可能性減少，成垢物質(zhì)合使用時(shí),有良好的協(xié)同效果,黏附速率較只投加就會(huì)在加熱管壁上結(jié)晶沉積,使阻垢效果降低。但阻垢劑的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果降低了63.3%。是,采用較低頻率超聲波,又會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲。中國煤化工因此,在超聲波阻垢的研究中，應(yīng)選用適宜的超聲3波頻率。從圖2的結(jié)果來看，選用20 kHz進(jìn)行阻.CHCNMHG.1)旭嚴(yán)x共有叨業(yè)西明肥力,20 kHz超聲波垢還是比較合適的。的阻垢效果優(yōu)于30 kHz的超聲波?！?0.石化技術(shù)2008年第15卷第2期表2循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)條件試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)加超聲波加阻垢劑運(yùn)行時(shí)間/d腐 蝕速事/(mm.a)黏附速 率/mem否41.402265.是1.380257.19.170.07352.02)在初始Ca2+濃度為50~300 mg/L時(shí),超聲京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2006; 120-123.波的阻垢效果隨Ca2*濃度的增加而升高。[2] 李春喜.宋紅艷，王子鎬.超聲波在化I中的應(yīng)用與研究進(jìn)3)循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波與展[石油學(xué)報(bào), 200.17(); 86-94.阻垢劑配合使用時(shí)具有更佳的阻垢效果。[3]中國石油化T.總公司生產(chǎn)部發(fā)展部.冷卻水分析和試驗(yàn)方法[M.安慶:安慶石油化工總廠信息中心, 1993; 402- 413.參考文獻(xiàn)[]齊東子.敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的化學(xué)處理[M].2版.北(編輯: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編輯部電子信箱:編輯部地址:pcit.yssh@sinopec.com北京10041信箱中國煤化工TYHCNMHG