超声波防垢管道参数实验研究

　　目前超声波防垢已经得到了广泛认可,并已在石油、电力等工业领域得到应用[1-2].但是,超声波防垢效果受使用条件和设备的影响较大,有时甚至会出现防垢效果不稳定的现象[3-5].笔者在室内实验条件下,研究了动态状况下管道口径及几何形状对防垢率的影响.

　　1 实验

　　1.1 装置

　　为了在动态状况下研究超声波防垢,组建了循环水超声波防垢实验台,如图1所示.水箱内安装有加热电阻丝,温度可实现20~80°C之间控制,系统中流体流量可调,实验管件可以拆卸,热电偶1和2监测实验管的入口和出口温度,主管道直径为20mm.

　　1.2 仪器及溶液

　　实验仪器有热电偶、温控表、流量计、电子天平、超声波发生器、夹心式压电换能器、健康秤等.实验溶液为20mmol/L的NaHCO3与10mmol/L的CaCl2混合溶液30L.

　　1.3 污垢监测方法

　　超声波防垢工艺中污垢监测方法主要有3类:

　　(1)Ca2+浓度差法;

　　(2)直接称重求平均结垢率;

　　(3)防垢率法.

　　Ca2+浓度测量选用EDTA滴定法[6-7].本实验用到的Ca2+浓度有3种:

　　(1)溶液中Ca2+浓度,以Ca2+形式溶解于溶液中的Ca2+浓度;

　　(2)微粒Ca2+浓度,以CaCO3颗粒形式悬浮于溶液中的Ca2+浓度;

　　(3)总Ca2+浓度,等于溶液中Ca2+浓度和微粒Ca2+浓度之和.

　　单独的溶液中Ca2+浓度或微粒Ca2+浓度大小不能反映结垢多少,只有总Ca2+浓度大小才能反映结垢多少.总Ca2+浓度越大,结垢越少.平均结垢率用下式计算:

　　式中t为结垢时间,S为实验管内表面积,ΔG为实验管增重量.

　　防垢率[7-9]用下式计算:

　　式中E为超声波防垢率,ΔG1为未加超声时实验管质量的增加值,ΔG2为加超声后实验管质量的增加值,ΔG为实验前后实验管质量的增加值,M0为实验前实验管的质量,Mt为实验后实验管的质量.

　　1.4 实验管

　　实验管有3种形状,即直管、弯管、变截面管.直管有两种口径,即口径各为20、32mm,弯管的口径为20mm,变截面管即大小头为20~32mm.

　　2 实验结果与讨论

　　2.1 未加超声

　　未加超声实验分为管道口径和管道形状两组,实验温度为70°C,循环系统流量为1000L/h.实验所选用的实验管件为20mm和32mm对丝,其中32mm对丝要通过内丝大小头和主管道连接.实验中测得20mm对丝系统和32mm对丝系统的溶液中Ca2+浓度曲线几乎重合(图2).而对于微粒Ca2+浓度,32mm对丝系统要小于20mm对丝系统.这是因为溶液中Ca2+浓度取决于温度.在温度相同的情况下,溶液中Ca2+浓度不变,故溶液中Ca2+浓度曲线几乎重合.32mm对丝系统的微粒Ca2+浓度小,表明此系统结垢严重(图3),产生这一结果的主要原因是从主管道向实验管过渡时存在变径过程,使得结垢增强[10].