工业过程中，由于金属腐蚀、无机盐结晶、有机物质聚合、固体颗粒沉积等原因造成的设备、管路内部结垢在所难免。污垢的产生和积累，可能导致管路堵塞、设备腐蚀加剧、换热效率降低等许多问题。
除垢已成为某些企业保证安全、稳定生产亟待解决的难题。传统的除垢(如机械清洗、化学清洗)方法，因其对生产过程和时间的影响及相对较大的工作劳动强度，使它们的应用受到一定限制。采用超声波进行除垢。是近年来发展迅速的一种技术。
超声波
是指频率高于20kHz的机械波，它具有传播方向性好、穿透力强、在固体和液体中传播衰减小等优点，已广泛应用于化学、化工、机械、医疗、环保、计量检测等诸多行业。超声波阻垢与除垢技术实现了阻垢与除垢的连续在线操作，自动化程度高，工作性能可靠，不需要化学药剂，对环境无污染，具有良好的应用前景。
一、超声波除垢的原理
我们知道，当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了。
我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。超声波除垢防垢设备主要是利用超声波的空化效应、活化效应、剪切效应、拟制效应，使用强声场处理流体，让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。
1、空化效应：
超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为0.35W/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的压力，将液体分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到Z大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污垢撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。
2、活化效应：
超声波在液体中通过“空化”作用，可以使水分子裂解为H·自由基OH·自由基。而OH·自由基与积垢物质离子可以形成诸如氢氧化钙、氢氧化镁等的配合物，从而增加水的溶解能力，使其溶解积垢的能力相对提高，也就是说，超声波能提高流动液体和积垢物质的活性，使积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：
当超声波由结垢换热器金属外表面向里传播时，即会引起金属换热界面上的垢质随金属振动，但由于垢质和金属的性态和弹性阻抗不同，垢质与金属会在换热界面上形成剪切应力作用。作用导致界面上的垢质层疲劳、裂纹、破碎而脱落，这就是剪切效应。
4、抑制效应：
超声波
通过的作用改变液体主体的物理化学性质，能抑制水中离子在壁面处的成核和长大。因此，减少粘附于换热面上成垢离子的数量。实践研究证明，超声波作用时间越长防止成垢物质结垢效果越佳。总之，水在超声波作用下，当超声波能量足够大时，即“功率超声”能够在常温、常压的环境条件下，使传导介质中产生短促的，局部的，极大的高温、高压、强电场的极端物理环境，液体会产生所谓的“声空化效应”从而引发许多力学、物理、化学、生物等效应，达到液体中防垢、除垢目的。
二、超声波除垢的特点
1、除垢防垢同步：设备除垢、防垢同步进行，有垢除垢，无垢防垢，长期防垢。
2、除垢和防垢效果明显，使换热器设备始终保持在最佳状态下运行，减少了企业的能源损失，提高了设备运行的经济和安全性。
3、清洁环保：除垢、防垢全过程中不需要使用任何化学药剂，无腐蚀、无干扰、无污染，无辐射，对环境无污染，对操作人员及换热设备无损害。
4、实现了在线防垢和除垢，不需要停产进行化学清洗和用其他笨拙的方法除垢，节省了大量的资金;减少了设备腐蚀及停产造成的经济损失。
5、超声波防垢和除垢装置体积小，重量轻，使用寿命长，免维护程度高，安装简便，不需要改变和破坏换热器及管道结构。
6、耗用功率小，每小时耗电不超过0.2度，运行费用极低。
三、超声波除垢技术的应用
1、换热系统
换热系统中的结垢问题相对其他工业过程是Z突出的。换热器结垢所引起的投资、运行和维修费用十分巨大。在换热系统的超声波阻垢和除垢方面，国外有较多的应用报道。
20世纪80年代.印度已经采用超声波技术来防止化肥、磷酸生产浓缩阶段换热器的结垢。同一时期，在硫酸钠的生产中，前苏联也开始采用超声波来阻止换热器表面的结垢，并发现超声波的振幅对阻垢起着至关重要的作用，超声波振幅一般应大于2μm。
近些年来，超声波阻垢技术在国内换热系统中的应用逐渐增加。采用超声波与臭氧联合处理技术对冷却水系统进行了处理，结果表明超声波具有控制污垢增长的效果。将超声波阻垢技术应用于莱钢集团公司的浊水冷却循环系统中后，水冷电缆和变压器冷却器不再需要进行定期的化学清洗除垢，从而延长了水泵和炉体水冷件的使用寿命，降低了电炉的停机时间。
应用结果表明，超声波设备完全能够满足在线运行的工况要求，壳程介质进出口温差提高了3～5℃。在除垢器连续运行的6个月内，油浆循环系统畅通无阻。
2、采油系统
在石油开采中，随着温度、压力的下降，地层水中的各种成垢盐将在井底的设备和管线内发生沉积。油井的结垢会影响油井的产量.严重的甚至堵塞管线，使井底泵不能输油。据报导，经过超声波阻垢处理的油井产量可提高40%-50%，成功率达80%以上。
美国和前苏联，均有采用超声波对油井进行阻垢处理的先例，效果良好。
美国曾在德克萨斯州9个独立的产油区，对240km范围内的21口油井进行了超声波处理，显著提高了这些油井产量，投资效益比达到1：7.75。
前苏联在曼格什拉克、西西伯利亚、格鲁吉亚等油田采用频率12-80kHz、声强为1-2W/cm2的超声波对18口油井进行了处理，每日可净增产原油202t，平均增油率为73%。
在国内，对长距离输液管线进行了超声波处理。由于油水混合液中水的矿化度极高，达到6000mg/L以上。处理前更换管线时发现垢厚已达2cm，经超声波处理一个月以后，压力稳定在2.36MPa，加热炉、多孔滤板、输液泵均无明显的结垢现象。
3、锅炉系统
锅炉系统的阻垢与除垢一般以投加化学药剂和化学清洗为主。作为一种新型的阻垢与除垢技术，近年来超声波处理也逐渐被引入锅炉系统中。
Z近，国外报道了利用脉冲超声波防止低压蒸汽锅炉和常压锅炉结垢的方法，并指出选择合适的超声波场参数，可以有效地防止锅炉结垢，而且超声波阻垢在环境和经济性方面都是有利的，应该推荐作为一种工业水处理的标准技术。
超声波
国内也研究了水处理器对蒸汽供暖锅炉的除垢性能。在对西安公路交通大学学生区两个锅炉房蒸汽锅炉的在线和静态除垢处理中，较好地清除了锅内的老垢，说明超声波设备在动态和静态条件下均可以代替酸洗，达到保护环境的目的。
4、蒸发系统
在工业生产过程中，蒸发器的结垢也较为常见。国内外均有不少关于超声波阻垢和除垢技术在蒸发系统中应用的报导，其中以用于制糖工业的蒸发过程居多。
华南理工大学对阵列式超声波用于减少制糖过程蒸发器结垢进行了深入的研究，研究结果表明，垢层的生成速度大大降低，而且蒸发器的换热速率也得到显著提高，不仅节约了能源，还延长了设备的使用寿命，解决了蒸发罐结垢的老大难问题。
将超声波技术应用于造纸工业废液蒸发器的积垢控制，也显著提高了废液蒸发器的蒸发强度和传热系数，从而提高了设备的生产能力。同时，超声波阻垢与除垢技术在真空制盐生产中逐渐展现相互应用前景，这说明超声波技术在蒸发系统中的应用范围还将得到不断的扩大。
超声波除垢具有能耗低、无污染等特点，是一项安全、节能、符合国家环保政策的新技术，是一项很有前途的处理换热器结垢问题的新技术。可保障生产和设备的安全运行。
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