超聲波除垢

超聲波除垢技術(shù)是通過(guò)超聲作用清理管道內(nèi)壁上沉積的垢層以及防止垢晶體沉積在管道內(nèi)壁上的一種物理除垢方法。超聲波除垢是利用強(qiáng)聲場(chǎng)處理管道內(nèi)的流體。超聲波在液體內(nèi)傳播時(shí)強(qiáng)聲場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生空化效應(yīng)、機(jī)械剪切效應(yīng)、活化效應(yīng)以及抑制效應(yīng)，使管道內(nèi)的垢發(fā)生物理變化和化學(xué)變化。在超聲波聲場(chǎng)的作用下，能夠使原來(lái)沉積在管道內(nèi)的垢內(nèi)部產(chǎn)生大量的空洞，垢的結(jié)構(gòu)從致密變得疏松直至脫落、并逐漸消失，同時(shí)超聲波還可以阻止垢的沉積。超聲波不僅能夠清理輸油管道內(nèi)沉積的垢，而且對(duì)預(yù)防管道內(nèi)結(jié)垢有良好的效果。
超聲波除防垢機(jī)理主要表現(xiàn)為：
（1）空化效應(yīng)
向管道內(nèi)流體輻射超聲波時(shí)，產(chǎn)生的空化效應(yīng)可以使流體內(nèi)產(chǎn)生大量的空穴和氣泡，這些空穴和氣泡相互擠壓（或破裂）會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的局部壓力和瞬間的高溫。研究表明，空化現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，局部壓力可以達(dá)到數(shù)百甚至上千大氣壓；空化氣泡閉合時(shí)，泡內(nèi)氣體的溫度可高達(dá)16000K。當(dāng)空化泡破裂時(shí)，以氣泡為中心向外發(fā)射沖擊波，能夠產(chǎn)生極大的作用力，釋放的能量可以將垢層擊碎，形成大量孤立分散的小顆粒，使垢從管壁上清理下來(lái)，具有很好的除垢效果。超聲波的空化效應(yīng)不僅能夠擊碎垢晶體，而且對(duì)垢晶體有顯著的分散作用，空化效應(yīng)還能加速成垢離子的析出，防止垢的形成。垢晶體的形成可以分為晶核生長(zhǎng)和晶格生成兩部分,晶核生長(zhǎng)較快而晶格生成較慢。在管道內(nèi)壁上形成的晶核在超聲波空化效應(yīng)作用下,被擊碎或者被震落,所以，能夠抑制了垢的結(jié)晶與聚合；而在超聲波聲場(chǎng)輻射壓力的作用下，晶格會(huì)發(fā)生畸變，形成的晶格疏松、內(nèi)部含有大量的空穴結(jié)構(gòu)，容易被空化作用產(chǎn)生的沖擊波擊碎，分散于溶液中，不易粘結(jié)在管道內(nèi)壁形成硬垢。
（2）活化效應(yīng)
向流體內(nèi)輻射超聲波，空化效應(yīng)可以使水分子分解為 和 離子,能有效地阻止碳酸鹽沉積物的生成,氫氧根離子與成垢物質(zhì)離子可形成諸如氫氧化鈣、氫氧化鎂等物質(zhì)，從而相對(duì)增加了水的溶解能力，溶解污垢的能力增強(qiáng)。溶液在超聲場(chǎng)的作用下,能夠產(chǎn)生大量性質(zhì)很活潑的自由基，自由基與垢的晶核發(fā)生作用,使其不能生成沉淀離子，晶格也因此停止生長(zhǎng)，阻止了垢的形成?；罨?yīng)能提高流體和成垢物質(zhì)的活性，提高垢的溶解能力，增大被水分子包裹著的成垢物質(zhì)微晶核的釋放，破壞垢的生成和在管壁上沉積的條件，可以抑制垢晶體的析出，使成垢物質(zhì)在液體中形成分散沉積體，還能將已經(jīng)形成的硬垢變軟，直至脫落。
（3）機(jī)械剪切效應(yīng)
超聲波在管道內(nèi)流體中傳播時(shí)，因輸油管壁和垢對(duì)超聲波吸收和傳播速度不同而產(chǎn)生速度差值，從而會(huì)形成垢層與管道內(nèi)壁的相對(duì)剪切力，使垢層與管道內(nèi)壁的結(jié)合力減弱，導(dǎo)致垢層產(chǎn)生疲勞從管道壁上松脫。超聲波在液體中傳播時(shí)會(huì)引起質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的加速度與超聲頻率成正比，因此，會(huì)產(chǎn)生極大的作用力。超聲波的頻率和垢的性質(zhì)導(dǎo)致速度差值大小的主要因素。當(dāng)超聲波在流體內(nèi)傳播時(shí)，速度差值越大，剪切力也越大，除垢效果越明顯。超聲波的高頻振動(dòng)以及輻射壓力會(huì)引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)交替的壓縮與伸張,構(gòu)成壓力的變化,還可以在流體中形成有效的攪動(dòng)與流動(dòng)，對(duì)防止垢晶體在管道壁上的沉積，具有較好的作用。因而可以說(shuō)，聲波的機(jī)械剪切作用對(duì)管道內(nèi)壁有著“清洗”作用，并能防止垢在管道內(nèi)壁上沉積。
（4）抑制效應(yīng)
在超聲波聲場(chǎng)的作用下，垢的晶核成核誘導(dǎo)期縮短，并能促進(jìn)垢的微小晶核的生成。新生成的微小晶核，具有表面積大、質(zhì)量輕、體積小的特點(diǎn)，懸浮于流體中，可以生成比管道內(nèi)壁面積大很多的界面，具有很強(qiáng)的爭(zhēng)奪流體中離子的能力，能抑制成垢離子在管道內(nèi)壁上的成核與長(zhǎng)大。因此，減少了粘附于管道內(nèi)壁上成垢離子的數(shù)量，從而減小了垢的沉積速率。試驗(yàn)研究表明，當(dāng)液體的過(guò)飽和系數(shù)一定時(shí)，在相同的超聲參數(shù)作用下，超聲波作用時(shí)間越長(zhǎng)，則垢的成核誘導(dǎo)期越短。
此外,超聲波的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)以及科努瓦諾夫效應(yīng)等也對(duì)管道內(nèi)壁上垢的清理以及防止垢在管道壁上沉積有直接或間接的作用。