板式换热器除垢装置

USP-B系列板式换热器除垢装置
    USP--B系列板式换热器除垢装置是在USP--M系列超声波除垢装置的基础上，针对板式换热器而开发的另一款新产品。由俄罗斯VIDKON公司提供部分核心器件，授权我公司生产。其产品主要防止板式换能器产生水垢，提供连续不间断的工作，具有：除垢、防垢、防腐、提高换热效率、环保节能等突出的技术特点。技术成熟，是板式换能器除垢的专业产品。

一、产品研发与技术创新

1、研发背景

1.1 板式换能器是近10年才普及的，普及的原因是由于板式换能器具有以下优点：

1）传热系数高：板式换热器的传热系数是管壳式换热器的3～5倍。完成同一换热任务，板式换热器的换热面积仅为管壳式换热面积的1/3～1/4。 

2）对数平均温差大：流体在板式换热器内的流动是并流或逆流的流动方式，其温差修正系数一般在0.8～0.95。 

3）占地面积小：板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式换热器的2～5倍，实现同样的换热任务时，板式换热器的占地面积约为管壳式换热器的1/5～1/10。 

4）重量轻：板式换热器的板片厚度仅为0.5～1mm,在完成同样换热任务的情况下，板式换热器的重量仅为管壳式换热器的1/5左右。

5）价格低：单位换热面积造价低于管壳式换热器。

6）末端温差小：板式换热器的末端温差很小，对于水—水换热可以低于1℃，而管壳式换热器大约为5℃.这对于回收低温位的热能是很有利的。

7）污垢系数低：板式换热器的流体呈现剧烈湍流，杂质不易沉积，板间通道的流通死区小，不锈钢制造的换热面光滑、且腐蚀附着物少。

8）可以实现多种介质换热。

9）很容易改变换热面积或流程组合。

1.2 板式换能器虽然优点很多，但也有以下缺点：
1）工作压力小：板式换热器是靠垫片密封的，密封周边很长，而且角孔的两道密封处的支撑情况较差，垫片得不到足够的压紧力，所以目前板式换热器的****工作压力仅为2.5MPAa；单板面积大于1平方时，其工作压力往往低于2.5MPa。 

2）工作温度低：板式换热器的工作温度决定于密封垫片能承受的温度。用橡胶类弹性垫片时，****工作温度在200℃以下；用压缩石棉绒垫片工作温度为250～260℃，由于压缩石棉绒垫片的弹性差，所以工作压力较用橡胶垫片低。

3）易堵塞：换热器的板间通道很窄，一般在3～5mm,当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维物质时，就容易堵塞板间通道。

4）不易清洗：清洗时必须把换能器解体，逐片清洗，清垢难度大，清洗工作量大，清洗现场乱。

5）检修费用高：由于板片很薄，在清洗硬垢的过程中板片易变形，密封垫圈极易损坏；为保证回装质量，必须更换，检修费用高。

1.3鉴于板式换能器的上述优缺点，在城市集中供热的换热站得到了大量的应用；其他行业应用也很广泛。

1.4在城市集中供热的应用中，板式换能器的热端一般连接一次网给水，因为是循环水，水质水量有保证，板式换能器的一次网侧结垢不严重。冷端二次网接用户，水质、水量无法保证，因此在板式换能器的二次网侧结垢非常严重。目前，还没有对板式换热器进行除垢的在线物理方法或装置，板式换热器只能运行到结垢很严重时，才停机解体除垢。结垢影响换热，不但影响供热企业的经济效益，还影响企业的社会声誉和民生问题。

1.5针对板式换热器存在的缺陷，我公司****研制了USP-B系列板式换热器除垢装置，该装置通过超声波除垢装置去除换热板上的硬垢，通过软垢****装置去除换热板间的氧化物及泥沙等软垢，彻底解决了板式换热器的除垢难题。

2、产品研发

2.1自2010年起，我公司就对板式换热器进行了除垢效果的研究，就换能器选型、匹配电源、安装部位进行了多项试验。

2.2经过一个采暖期的实际运行，与没有安装的其他板式换热器进行比较，换热效果有一定的改善，但没有达到用户的使用要求。

2.3经过分析比对，主要原因是：无论换能器安装在什么部位，因为板式换热器板与板之间采用橡胶条密封，超声波传导不过去，振动波无法到达换热板表面，所以除垢效果受到很大的影响。

2.4 2012年，俄罗斯VIDKON公司针对板式换热器，开发了USP--B系列板式换热器除垢装置，该装置改变了除垢模式，对硬垢去除效果明显。

2.5 2013年，我公司引入这一先进技术，并进行了除垢效能改善，在USP--B板式换热器除垢装置的基础上，又增加了软垢****装置，可以有效去除换热板间的氧化物及泥沙等软垢，除垢效果非常理想。

3、技术创新点

3.1在国际上率先提出了一种全新的除垢模式，将超声波除垢技术应用于板式换热器除垢方面，较好地解决了超声波应用频率、功率密度、除垢效应三者之间的关系。

3.2参数匹配合理，全新设计的换能器对硬垢的去除效果好。

3.3输出频率与功率密度在线可调，便于寻找****工况。

3.4增加了软垢****装置，可以有效去除换热板与板之间的软垢。

3.5使用寿命长，连续在线工作，基本处于免维护。

二、技术特点

1、除垢作用

除垢效果明显，一般在安装使用后的3-6个月内，可去除80%以上的老垢，以后陆续****干净。

除垢机理：超声波的声波作用于液体中时，液体内形成许多微小的气泡，形成“空化效应”，气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，影响了碳化沉积物内部之内的牢固性，破坏了碳化沉积物和金属之间的关系，因此，产生许多小裂缝。当裂纹逐渐增多后，水垢便形成沙砾状颗粒，一部分从管壁表面脱落。水在毛细的作用下通过细小裂缝渗入到受热表面，那里有水被蒸发，从而带动碳化沉积物的膨胀和成片地脱落，将垢****彻底。

作用于金属表面的超声波振动产生了机械能量，使得金属、水垢、水随之震动，由于三者之间的频率响应不同，产生不同步振动，形成垢层与管壁界面上的相对剪切力，即形成“剪切效应”，破坏了水垢和金属之间的结合，导致垢层产生疲劳而松脱。

2、阻垢作用

    阻垢彻底，自安装之日起，新垢生成的概率很小。                       

    阻垢机理：超声波在液体介质中通过“空化效应”，将水分子裂解为H自由基和HO自由基，甚至H+和OH-等, 而OH与成垢物质离子可形成诸如CaOH 、MgOH 等的化合物，从而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相对提高，具有"活化"效应。超声波的辐射把液体拉裂而形成无数极微小的局部空穴和气泡，在这些气泡的周围，形成许多的结晶中心，在水中开始形成硬盐，形成细小的沙状物，即产生超生“凝聚”现象，有很强的争夺水中离子的能力。

   受热表面上的振动使金属与水之间产生高速微流和空化效应，破坏垢类生成和在管壁沉积的条件，阻碍了这些沙状物在管壁上的沉淀，具有阻垢效果。

3、防止氧化腐蚀作用

    在管壁内表面自然形成的裂缝中，存有水中溶解的氧气，在超声波振动的作用下，它被强制从裂缝中排出来。超声波的脉冲长期地作用于管的内壁表面，在微小的缝隙附近发生变形变化，这些变形变化把裂缝的边缘铆住，使它们被封住，水中的溶氧就不会渗入裂缝中，****了腐蚀的源头，保护金属免受磨蚀。这种防腐蚀的效果在某种程度上取代了管子内表面的钝化，可有效防止水中溶氧对金属的腐蚀，相当于****钢铁管受氧腐蚀的装置。


4、提高换热器效率


     超声波振动，形成其内部水和管壁的振动，减弱了水与管壁之间的流体力学阻力，从而提高了水流的速度。水与金属加热面之间的排出与进入加快，水与受热表面的交换速度也加快，使被加热液体的层流边界层、过度层和紊流区能进行更好的混合，提高热量的传递。同时，由于换热设备处于无垢状态下运行，换热热损耗很小，提高换热器效率近3-5%。

5、环保节能

    物理方法防垢，对水体和环境无污染，对管线和容器无腐蚀。相对于结垢后在处理的其它方法而言，其在线式的工作方式，破坏了垢晶形成条件，使设备始终处于无垢状态下运行，其热传导效率约提高了5-8%，节能3-5%。

三、产品组成

1、USP-B系列板式换热器除垢装置由超声波除垢装置、软垢****装置、电控装置、附属管路等组成。 

2、超声波除垢装置由脉冲电源和换能器组成。脉冲电源的功能是把AC380V的工频电源转换成一定频率的脉冲电源；换能器的作用是把电子脉冲能量转换成机械能量，产生超声波振动，实现除垢的机理。

3、软垢****装置由气液混合器、控制器、管阀等组成，混合液以一定的压力进入脉冲震荡发生器，形成高压脉冲水气流，进入板式换热器后，随着气泡的爆裂，板片内的水流被激发出强大的冲击波，猛烈地冲刷板壁，并夹杂着被撞碎、剥离的杂质产生了巨大的"喷溅效应"，从而****泥砂、铁锈渣等软垢。

4、电控装置由电气开关、指示灯、接触器、PLC等组成，运行过程中根据PLC编程，自动控制各电器单元的启停，阀门的开闭，逐一清洗每台板式换热器，实现运行中除垢。 

五、设备选型、安装与调试


1、安装工艺


1.1超声波在金属中传导的衰减很小，如果换能器的安装位置和结垢面之间都是金属连接，振波可以传导到结垢表面，除垢效果好。


1.2超声波在弹性体中传导的衰减很大，如果换能器安装在板式换热器的外部，因板与板之间使用橡胶条密封，超声波的衰减很大，起不到除垢的作用。


1.3超声波在水中传导的衰减略大，换能器应安装在板式换热器冷端进出口管段上。


2、设备选型


用户使用单位可根据本单位在装板式换热器的数量，单台板式换热器的换热面积，在根据下表，完成设备的选型。


设备选择一览表

例：一个换热站在装6台板式换热器，换热面积为150平方米，选择USP-900/6B型号的设备即可。


六、选择理由


1、USP-M系列超声波除垢装置自投产至今已历经了15年的市场考验，期间进行过3次大的技术改进。拥有3项专利技术、5项检测认证，在俄罗斯、欧洲、亚洲等30多个国家的1.5万多台热转换设备上陆续安装使用，独有的安装理论和现场安装调试经验，实现了换热设备的无垢化运行。


2、USP-B系列板式换热器除垢装置是在M系列产品的基础上，新创立的一种除垢模式，技术先进成熟，经过在多台板式换热器的实际应用，除垢效果显著、运行费用较低、在板式换热器除垢领域，属于高技术新产品。


3、换能器产生的声波是弹性波，应力约为金属疲劳极限的1/10,软垢****装置运行压力低于0.4MPa,对板式换热器无任何损伤，对运行人员无任何不良影响。


4、降低生产热能量的成本，不仅仅有技术上和经济上的意义，而且具有社会意义，是构建节约型社会的一种技术手段。


七、经济效益分析


1、热网循环水不用添加阻垢剂，节省加药费用，降低运行费用。


2、板式换热器不用解体清垢，减少解体清垢所发生的材料更换及维护费用。


3、减少停机除垢所造成的直接和间接经济损失。


4、保证换热效率，减少燃料的浪费，增加设备运行的经济性和安全性。


5、实现在线防垢和除垢，降低工人的劳动强度，减少人工清理费用，****定期化学清冼发生的费用和对设备的腐蚀，延长设备的使用寿命。


6、用于购买使用USP-B系列板式换热器除垢装置的成本，在它们工作以后的1-2个采暖期之内就会被全部收回。使用本装置只是一次投资，使用有效期大于10年。