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超声波技术在板式换热器板片清洗方面的应用研究点击：2183 日期：[ 2014-04-26 22:43:05 ] |
| 姜守霞,郑洪江 ,贾树勇(吉林师范大学化学院,吉林四平136000) 板式换热器以其优良的可拆卸性和较高的传热速率被广泛的应用.尤其是近些年来我国普遍实行热电联产,集中供热部门大多采用板式换热器进行换热.但由于水质等原因,板式换热器板片表面极易结垢,这势必会降低传热性能,造成能源浪费.因此,对其进行定期清洗是必要环节.目前我国供热行业对板式换热器板片的清洗一般采用人工刷洗或酸洗.人工刷洗劳动强度大、效率低、质量差,酸洗大多用的是盐酸,虽然能达到一定的清洗效果,但对不锈钢板片材质损害严重,降低板片使用寿命,更重要的是酸洗废液排放不利于环保.我国目前正在清洗行业推行整体淘汰ＯＤＳ(氟氯烃类物质)清洗剂的工作,因此放弃传统的清洗物质,替代以新工艺、新设备对板式换热器片进行清洗势在必行.为了寻求合适的清洗方法和手段,采用超声波技术与水基清洗剂结合的方式,进行模拟工业试验,收到了良好的清洗效果. 1 超声波清洗的特性 超声波清洗污垢主要是通过空化效应来实现的.利用超声波发生器产生的高频电流转换成相同频率的机械波,以超声波的形式传播入清洗液中,并在清洗液中形成数以万计的微小气泡,进而产生近似真空的微小空穴,在超声波的作用下,这些密集的气泡迅速破裂,瞬间形成超过几千个大气压的瞬时高压及局部高温,强烈的冲击波不断轰击清洗物表面,使附着物迅速从物体表面剥落,配合以清洗剂,达到快速清除污垢的目的.对于一些沟槽、多孔、狭缝之类的不规则表面,超声波清洗更有效. 超声波清洗的效果主要与以下因素有关:(1)超声波的功率密度.超声波的功率密度越高,空穴作用越强,清洗效果越好,一般情况下,超声波的功率密度设定在0.5—1ｗ/ｃｍ2.(2)超声波的频率.超声波的频率越低,清洗作用越强,视被清洗物脏污程度来选择,目前常用频率为20-50ｋＨｚ.(3)清洗温度.对于超声波而言,在30—40℃时其空穴作用最强,温度升高,清洗液中产生气泡会折断声波,使超声波减弱,水基清洗液适宜的温度为60℃,此时空化最活跃.所以,一般场合清洗液温度设定在50—60℃.2 板式换热器板片污垢主要成份板式换热器板片材质一般采用奥氏体不锈钢ＳＵＳ304,ＳＵＳ316Ｌ,钛及钛合金等,板片表面设计成凹凸不平的人字型波纹及鱼尾纹等特殊形状,模压一次成型,使用中根据工艺需要选定单板换热面积和整机换热面积.由于工况条件的差异等,板片表面形成的污垢成份比较复杂.我们选定具有代表性的某电厂换热站使用一个采暖期的换热器板片作为被清洗物,进行实验研究.一般电厂供热所用的板式换热器冷热通道所走的均为水,热道水为循环水,来自电厂热网;冷道水为地下水.根据系统内冷热介质的实际运行情况,取其典型垢样进行定性分析,发现污垢主要成份以碳酸盐为主,其次是硅酸盐、硫酸盐、灰分等. 3 清洗剂的确定 根据超声波清洗的特性,污垢的成份及板片材质等情况,经过多次实验评价、筛选,选用以一种非离子表面活性剂为主剂,再复配其它表面活性剂及助剂的低泡水基清洗剂来配合超声波清洗.此种非离子表面活性剂浊点低于60℃(也就是清洗温度接近此浊点温度,便可达到最佳清洗效果),临界胶束浓度小于0.05ｇ·Ｌ-1,具有低温,低浓度下取得高去污力的性能.其它表面活性剂的加入主要是发挥协同效应.使表面活性剂通过迅速的吸附、润湿,渗透到金属表面,降低污垢与金属表面的粘附力,使污垢从金属表面剥落,分散到清洗液中.低泡水基清洗剂的配方见表1. 4 超声波模拟清洗实验(1)实验条件.实验用超声波清洗机选用深圳科伟达超声波设备有限公司生产的ＫＷＴ—1012型单槽式超声波清洗机,功率密度0.5Ｗ/ｃｍ2,超声波频率28ｋＨｚ.将制备好的低泡水基清洗剂配成质量分数为2%的浓度,加热到60℃,加入超声波清洗机内槽中.被清洗物不锈钢板片(有污垢)制成24×12ｃｍ的样片12片,悬挂浸入超声波清洗机内槽.(2)清洗实验流程.超声波清洗3ｍｉｎ→清水漂洗→自然风干5 实验结果与结论清洗后的不锈钢板片表面污垢完全清洗干净,不锈钢现出本色,用显微镜观察不锈钢表面纹理清晰,沟槽,狭缝中无残留污垢,不留死角.与用1%稀盐酸清洗的不锈钢板片比较,前者光洁如初,无任何机械损伤,后者灰暗无光,表面粗糙.实验证明,采用超声波清洗配合以低泡水基清洗剂技术,可以取代传统的清洗方法,该方法与人工清洗比较工期缩短60%,成本可节省30%,清洗效果优良,清洗液性质温和,低泡沫易漂洗,稍加处理便可排放,避免了环境污染以及对操作人员的危害,现场应用时因换热器板片有四个角孔,便于悬挂清洗,易于操作.因些对于一些大型的集中供热采暖水系统,大型工业循环冷却、加热水系统、本方法是一种高效经济的清洗方法. |
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