超声波除垢

超声波除垢技术是通过超声作用清理管道内壁上沉积的垢层以及防止垢晶体沉积在管道内壁上的一种物理除垢方法。超声波除垢是利用强声场处理管道内的流体。超声波在液体内传播时强声场会产生空化效应、机械剪切效应、活化效应以及抑制效应，使管道内的垢发生物理变化和化学变化。在超声波声场的作用下，能够使原来沉积在管道内的垢内部产生大量的空洞，垢的结构从致密变得疏松直至脱落、并逐渐消失，同时超声波还可以阻止垢的沉积。超声波不仅能够清理输油管道内沉积的垢，而且对预防管道内结垢有良好的效果。
超声波除防垢机理主要表现为：
（1）空化效应
向管道内流体辐射超声波时，产生的空化效应可以使流体内产生大量的空穴和气泡，这些空穴和气泡相互挤压（或破裂）会产生强大的局部压力和瞬间的高温。研究表明，空化现象发生时，局部压力可以达到数百甚至上千大气压；空化气泡闭合时，泡内气体的温度可高达16000K。当空化泡破裂时，以气泡为中心向外发射冲击波，能够产生极大的作用力，释放的能量可以将垢层击碎，形成大量孤立分散的小颗粒，使垢从管壁上清理下来，具有很好的除垢效果。超声波的空化效应不仅能够击碎垢晶体，而且对垢晶体有显著的分散作用，空化效应还能加速成垢离子的析出，防止垢的形成。垢晶体的形成可以分为晶核生长和晶格生成两部分,晶核生长较快而晶格生成较慢。在管道内壁上形成的晶核在超声波空化效应作用下,被击碎或者被震落,所以，能够抑制了垢的结晶与聚合；而在超声波声场辐射压力的作用下，晶格会发生畸变，形成的晶格疏松、内部含有大量的空穴结构，容易被空化作用产生的冲击波击碎，分散于溶液中，不易粘结在管道内壁形成硬垢。
（2）活化效应
向流体内辐射超声波，空化效应可以使水分子分解为 和 离子,能有效地阻止碳酸盐沉积物的生成,氢氧根离子与成垢物质离子可形成诸如氢氧化钙、氢氧化镁等物质，从而相对增加了水的溶解能力，溶解污垢的能力增强。溶液在超声场的作用下,能够产生大量性质很活泼的自由基，自由基与垢的晶核发生作用,使其不能生成沉淀离子，晶格也因此停止生长，阻止了垢的形成。活化效应能提高流体和成垢物质的活性，提高垢的溶解能力，增大被水分子包裹着的成垢物质微晶核的释放，破坏垢的生成和在管壁上沉积的条件，可以抑制垢晶体的析出，使成垢物质在液体中形成分散沉积体，还能将已经形成的硬垢变软，直至脱落。
（3）机械剪切效应
超声波在管道内流体中传播时，因输油管壁和垢对超声波吸收和传播速度不同而产生速度差值，从而会形成垢层与管道内壁的相对剪切力，使垢层与管道内壁的结合力减弱，导致垢层产生疲劳从管道壁上松脱。超声波在液体中传播时会引起质点的振动，质点振动的加速度与超声频率成正比，因此，会产生极大的作用力。超声波的频率和垢的性质导致速度差值大小的主要因素。当超声波在流体内传播时，速度差值越大，剪切力也越大，除垢效果越明显。超声波的高频振动以及辐射压力会引起介质质点交替的压缩与伸张,构成压力的变化,还可以在流体中形成有效的搅动与流动，对防止垢晶体在管道壁上的沉积，具有较好的作用。因而可以说，声波的机械剪切作用对管道内壁有着“清洗”作用，并能防止垢在管道内壁上沉积。
（4）抑制效应
在超声波声场的作用下，垢的晶核成核诱导期缩短，并能促进垢的微小晶核的生成。新生成的微小晶核，具有表面积大、质量轻、体积小的特点，悬浮于流体中，可以生成比管道内壁面积大很多的界面，具有很强的争夺流体中离子的能力，能抑制成垢离子在管道内壁上的成核与长大。因此，减少了粘附于管道内壁上成垢离子的数量，从而减小了垢的沉积速率。试验研究表明，当液体的过饱和系数一定时，在相同的超声参数作用下，超声波作用时间越长，则垢的成核诱导期越短。
此外,超声波的热效应、化学效应以及科努瓦诺夫效应等也对管道内壁上垢的清理以及防止垢在管道壁上沉积有直接或间接的作用。