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1、,CMFG超声波防除垢技术 防、除垢领域的一场革命,北京中环信科科技有限公司,关于中环信科,CMFG技术介绍,CMFG应用汇报,CMFG技术背景,汇报提纲,专注于工业污垢及污垢治理的研究，超声波防除垢技术的研究，产品的研发、生产、销售和服务。 致力于为客户提供更好的污垢问题解决方案，为企业的节能减排服务。,研发历程,产品研发生产 拥有研发基地和生产基地， 具有污垢实验室、模拟复杂换热 环境的大型实验室。,关于中环信科,结垢热阻随时间和工艺变化综合实验系统,超声波防垢除垢综合模拟实验系统,中科院、清华大学、北京科技大学、北京工业大学、东北电力大学科研院所合作，进行超声波强化传热、污垢及污垢治理的
2、研究。,科研合作,课题研究,2008年7月，中石油原油换热器超声波防除垢节能技术开发 2008年12月，中石化换热设备超声波防除垢节能技术开发 2009年3月，中科院组织超声波强化换热效率的国家863研究课题 2009年12月， 中石化重点课题SHEER加氢成套技术开发,资质荣誉,汇报提纲,关于中环信科,CMFG技术介绍,CMFG应用汇报,CMFG技术背景,换热设备实现的热交换过程是生产工艺中的重要单元，国内石化企业更是有近百万台换热器在生产运行中，其中大部分带垢厚度在0.26mm之间。,热交换设备结垢是一种必然的现象。只要液体介质中含有结垢成分（钙/镁离子、细菌、藻类、灰分、硫化物、 不溶物
3、、残炭、催化剂、胶质、饱和烃、芳烃、沥青质、泥浆等）的换热设备 ，都存在不同程度的结垢、结晶、结焦、积蜡、积碳现象。,一、“换热设备带垢运行”成为长期困 扰企业的普遍性难题,由于缺乏有效防垢办法，“设备带垢运行”问题在企业至今没有得到解决！,增大能耗,垢的危害,增加排放污染,生产产量降低、质量下降,增加生产投资及设备维护成本,造成安全隐患,垢下腐蚀，缩短设备寿命,二、 “设备带垢运行”危害大,生产产量降低、质量下降,（1）换热器随着运行时间延长，设备结垢程度加重，换热能力持续下降,单位能耗增加，严重时装置减负荷运行。 （2）部分换热器（包括炼油装置的原油、渣油、含催化剂油品介质换热器，化工装置
4、的物料介质换热器，以及循环水介质换热器）运行不到1年需要停机清洗，严重的每2-3个月需要清洗，影响装置长周期运行，减少了有效生产时间。,“天津石化聚乙烯装置E-4007调温水冷却器带垢运行”每年导致聚乙烯减产3000余吨，经济损失数千万 E-4007每年清洗1次，每次清洗前的2-3个月由于带 垢运行程度严重，冷却效果下降，系统只能维持14t/h的低负荷（正常为16t/h）。,造成安全隐患,污垢可以使得热传导工况恶化，传热面超温过热，引发鼓疱、裂纹、爆管等安全事故。 金属壁温是随着污垢厚度增加而增加的，污垢越厚，金属壁温就越高，因而事故发生的机率就越大。 化工企业的特殊化学原料介质换热设备或催化
5、剂管线，清洗期间存在较大安全隐患，某些介质例如碳化钙遇水爆炸、白磷遇空气燃烧。,垢下腐蚀，设备寿命缩短,结垢会引发垢下腐蚀损伤，造成设备穿孔泄漏，缩短设备使用寿命。 实例：中石化某企业丁二烯装置第二精馏塔冷凝器E-2303，循环水介质结垢（垢包括泥砂、水垢、腐蚀产物垢、微生物粘泥和其他固体），在局部形成自催化的腐蚀环境，使垢下的腐蚀坑越来越深，导致管束很快出现腐蚀穿孔现象。每年需要堵管数十根，每两年换管束1次，经济损失近百万元。而且管壁穿孔会导致两种介质混杂，不合格的产品只能排放处理，增加排放污染。,E-2303管部分孔蚀形貌,E-2303管部分孔蚀形貌,换热器是石化行业应用最广泛的传热设备，
6、绝大部分热量都是通过换热器进行回收利用 ，换热器传热性能好坏直接影响到企业热量回收和利用。 因此，降低结垢热阻，对于炼化企业的能量回收和节能降耗都具有重要意义。,换热器总传热系数K的计算公式：,K为换热器的总传热系数； Ao为换热管外表面积； Ai为换热管内表面积； hi为换热管内流体膜传热系数； ho为换热管外流体膜传热系数； ri为换热管内流体的结垢热阻； ro为换热管外流体的结垢热阻； rp为换热管壁金属热阻。,从公式中可以看出，对于特定换热器，管内外的表面积、管内外流体膜传热系数、管壁 金属热阻相对固定。影响换热器传热性能的主要因素是管内外流体的结垢热阻。 从公式来看降低流体的结构热阻
7、就会提高换热器传热系数，即提高换热效率。,装置能耗增加10%以上,结垢热阻降低了设备传热性能,数据3： 换热设备实现的传热过程是生产工艺的重要单元，国内石化企业有逾百万台换热器，逾10000公里输油管线，生产运行中，大部分带垢厚度在0.2mm6mm之间，传热能力下降，对整个石化行业造成10%以上的能源浪费。,数据1： 垢的导热系数(一般均在 1 W/(mK)左右)仅为换热器金属管壁的 (钢：50W/(mK)，铜：300 W/(mK)几十甚至几百分之一。普遍存在于工业设备中的结垢现象，大大降低了传热效率， 对工业生产造成10%-40%甚至超过50%的能源浪费。,数据2：据工业能源统计数据： 垢质
8、每年在换热设备和管道中的沉积厚度在4mm， 换热设备积垢每增加1mm，传热系数可下降9-9.6%，能耗和排放将增加10%以上。结垢严重的换热效率下降超过50%。同时造成垢下腐蚀和安全隐患。,几组数据,装置能耗增加10%以上,数据6： 据中石油节能监测中心监测数据显示：油田加热炉运行初期平均炉效82.75%，随着 污垢不断增厚，最低不足69.13%；锅炉在保养后平均热效率达到 94%，而在平时平均为83.2%；根据中石油各输送站热媒/原油换热器生产数据，热媒/原油换热器在平时比刚清洗后燃料油消耗增加11-16%。,数据5： 中石化某企业500万吨蒸馏装置初底油、脱后原油和脱前原油换热系统在刚清洗
9、后初期，初底油的出口温度 稳定在 293左右，而在清洗后第2年下降到285 ，为保证常压塔运行，须增加常压炉燃料量，将温度提高8，每年增加燃料费逾1000万。,数据4： 一台100MW火电机组，凝汽器结垢厚度在0.5mm时，热耗率增加225.5kJ/kWh，每年多耗标 煤5522吨。 中国结垢费用损失估算： 2006年仅火电行业，中国由机组凝汽器结垢引起的总经济损失为355.8亿元人民币，占当年 GDP的0.169。单位能耗增加17.36%。,装置能耗增加10%以上,污垢治理现状 石化企业主要依靠“定期除垢”，在大修期或大修间隔期依靠高压水枪、人工器械清洗、酸、碱洗等方法定期停机除垢。,化学防
10、除垢 酸洗 碱洗 阻垢剂 离子交换,物理防除垢 人工机械清洗 胶球系统 高压水枪 电子除垢 高频磁场技术 早期超声波除垢（水中传播）,三、传统的防除垢方法不能彻底解决“设备带垢运行”难题,“定期除垢”是应急措施，不能防垢，治标不治本，设备清洗后投入运行，结垢就继续，设备在生产过程中始终处于“带垢作业”状态。,（1）目前没有一项技术可以真正实现高效防垢，尤其是非水介质； （2）企业只能依赖被动“除垢”方法，依靠高压水枪、酸/碱洗等除垢方法定期 停机清洗设备，造成“换热设备带垢运行”成为历史性难题，至今无法解决。,对于石化企业，如果采用有效防垢技术并加以推广应用，使设备 在清洁状态下生产，避免生产
11、系统中近百万台换热设备带垢运行， 其意义将是革命性的。 （1）将有可能降低整个行业能耗10%以上； （2）将有助于生产稳定和装置长周期运行； （3）将解决垢下腐蚀引起的设备使用寿命缩短和安全隐患问题。 既有或新上项目，解决污垢问题将对节能减排工作贡献巨大， 这是其它节能方法很难做到的。,四、防止设备结垢、实现节能增效， 符合国家节能减排政策,五、理想的防、除垢方法,不损害、腐蚀设备 无环境污染、无水资源浪费,运行成本低 不需人工操作,在线连续防除垢、不影响生产,适用,介质广,防除垢彻底、全面覆盖换热器 避免“设备在带垢状态下作业”,汇报提纲,关于中环信科,CMFG技术介绍,CMFG应用汇报,C
12、MFG技术背景,污垢的形成需要两个条件：一是要有结垢成分，二是要有粘附条件。 CMFG在管、板壁和介质接触界面产生效应，破坏污垢附着条件来防、除垢。,一、CMFG技术防除垢思路,二、CMFG技术防除垢流程和机理,防垢 除垢,除垢,高速微涡,壁-液界面,壁-硬垢界面 软垢-液界面,热交换设备,微冲性剪切,管、板壁,振荡作用,阻碍附着,破碎脱落,松化脱落,冲刷脱落,超声波脉冲震荡波,界面清洗,参数调测 模块,CPU,业务模块,CPU,电/机转换,CPU,功放模块,软件系统：主控软件、参数调测控制软件、电/机转换控制软件。,三、CMFG装置主机结构图,硬件系统：中央控制单元、参数调测单元、功放单元、
13、业务单元、匹配单元；,备用主控板,拓展,北京中环信科科技有限公司,CMFG-,超声波脉冲防除垢装置,主控模块,四、CMFG装置现场应用及安装,在超声波防、除垢技术领域， CMFG超声波防除垢装置在不同应用环境声学参数定向设计、减少超声波衰减和抗畸变方面填补了国内空白，处于世界领先水平。,不同介质的声学参数定向设计,新型强磁致换能器技术,超声波数字控制技术,CMFG 专利技术,防、除垢效果,五、CMFG超声波防除垢专利技术优势,五、CMFG超声波防除垢专利技术优势,在超声波防、除垢技术领域， CMFG超声波防除垢装置填补了国内空白，处于国际领先水平：,解决了超声波衰减问题换能器采用在铁钴钒系列基
14、础上，控制钴、钒含量和微量元素含量，加入微量铬或者Terfenol-D合成的强磁致伸缩材料。克服了以往 “传统铁钴钒磁致伸缩金属”等传播衰减大的技术瓶颈，实现了超声波以金属为传播媒介的长距离传播，全面覆盖换热设备，彻底切断污垢附着条件，达到全面防垢和除垢效果。,Terfenol-D合成金属具有 下面的特点： （1）磁致伸缩系数高 （2）大应力负载 （3）微秒级响应速度 （4）能量密度高 （5）频率特性好，频带宽 （6）无疲劳极限,解决了超声波传播过程中发生畸变的问题基于CCS集成环境下的参数调测和控制程序 实现超声波在发生、放大、调测、 转换、传播过程中声学参数的准确调测和控制，可以保持直到超
15、声波最终作用到换热设备防、除垢界面时不畸变，从而达到最佳的强化传热、防垢和除垢匹配效果。,实现了不同应用环境声学参数的定向设计参数调测模块嵌入声学参数数据库程序 参数调测模块预嵌入针对不同介质和不同换热工艺的超声波声学参数（声压、频率、振幅、脉冲周期、脉冲宽度、加速度等）取值数据库程序，实现了应用方案中超声波声学参数的定向取值，解决了超声波防、除垢领域声学参数合理选择的难题。从而保证了防、除垢难度大的高浓度、高温度、高密度、低流速、成分复杂的各种油介质和化学物料等非水介质换热系统上防、除垢效果。,六、CMFG超声波防除垢装置技术优势,七、CMFG功能特点,1、设备更加安全稳定 由于CMFG技术
16、解决了结垢问题，从而避免了垢下腐蚀对设备的损害，避免了污垢使传热面局部温度过热，引发鼓疱、裂纹、爆管等安全事故带来的安全隐患。 2、提高生产效率 1）提高设备传热效率，保障装置满负荷运行。 2）减少设备除垢次数和时间，保障设备长周期运行。 3）在线安装、在线连续运行防除垢、在线维护、设备不需停机、不影响生产。 3、高性能 在线防止水垢，油品和化学物料等介质的化学反应垢、结晶垢、颗粒垢、生物垢，可降低换热设备结垢热阻50%以上，提高传热效率10%以上。,4、经济效益好 根据CMFG目前的应用情况，投资回收期短，一般在3-20个月。 5、填补了非水介质防除垢技术的空白 不仅适用于各类水质，而且适用于包括各类化学溶液、油品等物料介质。 6、绿色环保 纯物理方法，不使用化学药剂、不改
