超声波防垢除垢设备

超声波防除垢设备主要是利用超声波强声场，使成垢物质在超声场的作

用下，其物理形态和性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而

不易附着管壁形成积垢。

一、超声波除垢器的研究与分析

随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，功率超声学的创新和开发应用

已越来越显著地反映在工业处理的各个领域。超声波除垢是功率超声的一种

很重要的应用，它与超声无损检测不同，需要产生功率很大的超声波，但超

声的频率不高一般在 18KHz 到 25KHz。为了更好的对超声波除垢器系统的结

构和所具有功能有一个全面的认识，现对系统的组成和原理进行简要的介

绍。

随着超声技术的不断发展，超声波除垢以其具有节能环保等优点，而受

到了广泛的关注。但由于功率超声技术还处于发展阶段，有许多方面还需要

进一步的改进。为了提高超声波除垢的效果，这里对其控制部分进行了改进，

使其能够随着负载的变化来改变自身的频率和功率，做到频率的自适应和功

率的自跟踪，让超声系统工作在的换能器的谐振频率上。使超声波设备能够

高效、稳定的长时间在线工作。

(二)系统的组成

一般的超声波除垢系统主要由超声波发生器(即超声波电源)、超声波换

能器组成，但由于换能器的阻抗和谐振频率等一些电特性与超声波电源的输

出不匹配，我们还要对其进行阻抗匹配，所以要在超声波电源和超声波换能

器之间加一个阻抗匹配环节。

二、 超声波的除垢机理主要表现在：

(1)“空化”效应

超声波的辐射能对被处理液体介质直接产生大量的空穴和气泡，也就是

把液体拉裂而形成无数极微小的局部空穴，当这些空穴和气泡破裂或互相挤

压时，产生一定范围的强大的压力峰，这一强压力峰能使成垢物质粉碎悬浮

于液体介质中，并使已生成的垢层破碎使其易于脱落。

(2)“活化”效应

超声波在液体介质中通过空化作用，可以使水分子裂解为 H·自由基

和 HO·自由基，甚至 oI 和 Off 等。而 oI{与成垢物质离子可形成诸如 CaOH、

MgOH 等的配合物，从而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相对提高。也就

是说，超声波能提高流动液体和成垢物质的活性，增大被水分子包裹着的成

垢物质微晶核的释放，破坏垢类生成和在管壁沉积的条件，使成垢物质在液

体中形成分散沉积而不在管壁上形成硬垢。

(3)“剪切”效应

水分子裂解产生的活性自由基的寿命比较长，它进入管道后将产生还原

作用，可以使生成的积垢剥落下来。而且因超声波辐射在垢层和管壁上，加

热管上的吸收和传播速度不同，产生速度差，形成垢层与管壁界面上的相对

剪切力，从而导致垢层产生疲劳而松脱。

(4)“抑制”效应

通过超声波的作用，改变了液体主体的物理化学性质，缩短了成垢物质

的成核诱导期，刺激了微小晶核的生成。新生成的这些微小晶核，由于体积

小、质量轻、表面积大，悬浮于液体中，生成比壁面大得多的界面，有很强

的争夺水中离子的能力，能抑制离子在壁面处的成核和长大，让既定结构的

晶粒长大，因此减少了粘附于换热面上成垢离子的数量，从而也就减小了积

垢的沉积速率。实验研究表明，当液体过饱和系数一定时，在同一超声波参

数下，超声波作用时间越长，则成垢物质的成核诱导期越短。此外，超声波

辐射压力、声学毛细管现象、科努瓦诺夫效应和声流对积垢生成也有直接的

防除效应。

三、 技术标准

符合 Q/HAZHK0001-2017 标准

防 （ 除 ） 垢工艺流程

硬件和软件系统

HI-TOO 超声波防、除垢硬件系统设计方案：

电源单元、主控单元、电/机转换单元、参数调测单元、匹配单元、显示单

元、功放单元、遥控单元。

HI-TOO 超声波防、除垢软件系统设计方案：

主控软件、参数调测控制软件、电/机转换控制软件

2、防垢设计

防垢型号：HI-TOOFG300A

3、系统参数设计

环境温度：-30℃～+70℃，相对湿度＜85%。

工作电源：供电 220±10％V 输入范围

超声波频率：15～25KHz

脉冲周期：40～300ms

脉冲宽度：0.5～2.5 ms

换能单元绝缘电阻：＞1000MΩ

四 、超声波除垢优势

超声波除垢法相对于传统方法，它的主要优势在于不需使用任何药剂，

也就是说，不需要向水中加入任何物质。超声波除垢法的原理在于用超声波

振荡使熟交换器的金属结构及其中的水也产生振荡，在这些振荡的作用下，

水中的硬度盐开始结晶，并不会附着在以同样超声频率振荡的管壁上。管壁

的振动一方面防止在水中尚未完全结晶的盐沉积在管壁上面；另一方面，它

有助于把刚形成的 0.2 毫米以下的尚不坚硬的松脆水层振碎。振碎水垢层的

机理如下：在管子产生的横向振动的作用下，沉积在水管上面的水垢层也开

始振振动。经多次横向振动的结果。水垢中出现了微小的裂痕。在超声振动

的作用下，水渗透到水垢层里面，因在毛细管中，对液体运动的阻力大大减

小(科努瓦诺夫效应)。当水进到炽热的管壁里面，便开始膨胀甚至沸腾，从

而产生汽泡，这些汽泡推动裂痕的边缘，使水垢脱离管壁。随后，在己清理

的表面上，又开始生成新的水垢层，当水垢层达到前述的厚度时,超声波又

重新将其振碎，从而达到某种动力上的平衡。在这过程中,管壁的传热效率

并没有降低。因为振落并被水流带走的水垢碎片，带走它从管壁获得的热能，

并在流走过程中，把热能传给水。

超声波的作用不仅在于防止水垢形成，保持热功装置的输出参数，而且

能提高输出参数(热效率)。这是因为管壁和水的振动能产生微细水流，而管

壁振动又能降低液体阻力，加大水流流速，从而增大管表面的传热效果。通

常在使用超声波的情况下，锅炉中均含有空气中的氧气,这些氧气储藏在水

管内表面细小损伤的微小缝隙中，超声振动降低液体阻力的结果，使水流能

易地把氧气从这些细小缝隙中带走，从而避免水管金属被氧腐蚀。

声学除垢技术是利用物垢刚而脆的机械特性进行除垢的，对硬垢作用效

果极为显著。当声学除垢装置激发的超声波振荡沿着热交换设备的金属构件

传递至管束上，便产生如下三方面效果：一，使管束上的积垢持续不断地剥

落；二，能减缓管束结垢的速度；三，传递到水介质中的超声波使部分盐在

水中直接结晶化，形成粥样沉淀。垢层达到 0.2mm 以上时，其刚度便足以使

之在超声波作用下剥落，结垢与除垢形成某种动态平衡。所以，这是一项通

过对积垢持续不断的高效剥落来达到除垢效果的前所未有的高新技术。

五 、现阶段超声波防除垢设备的研究状况和发展趋势

随着电子技术和计算机技术的新盟发展，功率超声学的创新和开发应用

已在工业处理的各个领域得到了越来越广泛的应用。工业生产中，管道结垢

普遍存在，它影响生产，浪费能源，已成为造成管道报废的主要原因。化学

防垢除垢方法成本高。劳动强度大，污染比较严重。近年来为了提高除垢的

效率人们正在不断探索新的除垢方法，超声波就是在这种背景下发展起来

的。

由于使用超声波除垢有无须添加任何化学药剂，对人体无任何危害；除

垢效果明显；设备体积小，安装方便，不影响换热设备的正常使用；操作简

单免维护程度高，不设专人操作管理，不腐蚀设备，使用寿命长；在线不停

产，防垢、除垢双向功能等特点，目前的超声波除垢已经达到了广泛的认可，

并已经在石油、电力等工业领域得到应用，现正向人们息息相关的生活领域

拓展。我国已有很多地方在使用超声波除垢器。我国使用的超声波除垢器大

多是国外的产品，其中以俄罗斯的产品居多。虽然国内也有几个厂家生产，

但都达不到国际水平。现阶段超声波除垢器正向大功率、高智能、高稳定性

方向发展。相信超声波除垢技术将会变得更加成熟，超声波清洗和除垢技术

将会得到更为广泛的使用。

六 、应用领域 （客户安装实景照片）

超声波除垢技术有着极为广泛的用途，该产品已在石油、电力等工业领

域得到应用，现正向人们息息相关的生活领域拓展，使人们的生活水质得到

更好的改善。工业生产中，管道结垢普遍存在，严重的影响生产，浪费能源，

造成管道报废。化学防除垢成本高，劳动强度大，污染严重。为了清除水垢，

人们除使用以往的化学方法之外，近年来大量采用先进的物理方法。超声波

除垢器即是通过超声波共振的直接作用，改变水的物理结构，达到防垢、除

垢的效果，同时还具有环保和节能的功能。

超声波除垢技术对热交换设备进行直接、高效的在线防护的方法，使之

拥有极为广泛的用途，在水处理法不可企及的非淡水介质甚至非水介质条件

下的防结垢、结疤,本技术依然成效卓著。

主要应用有：

(1)工业专用换热设备：橡胶挤出机，炼胶机，制药反应釜，食品洗瓶机，

化工蒸发器、炼铁高炉、工业电炉、真空镀膜机等；

(2)工业通用换热设备：空压机、制冷机、换热器、凝汽器、冷却器等；

(3)生活设施换热设备：各式锅炉、中央空调、换热站、家用中央空调、壁

挂锅炉等。

特别应用于：

(1)石油生产

石油从油井底部进入管道开始，由于油井经常要注水，另石油、天然气

自身含水等原因，油井的出油含有很多矿化度非常高的水，并从油井底部的

采油泵便开始结垢，到了地面集输系统后各口井和各个地层的油水混合后情

况更为严重，目前除了费用很高效果不佳的添加化学阻垢剂的方法外，并无

良策。声学除垢技术仍然是解决问题的唯一简便有效途径。

(2)节水及环保

我国是严重缺水的国家，特别在华北和环渤海地区更为严重，已经到了

深刻影响生产生活的地步，很多企业因此停产。循环冷却水占整个工业用水

的三分之二，研究使用海水替代淡水，特别是我国工业耗水大大高于世界发

达国家水平，其重要性自不待言。