超声波海水滤器的研究与应用.pdf

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1、第lO期杨波等．超声波海水滤器的研究与应用1203超声波海水滤器的研究与应用杨波1郑晓涛1李大华2李荣2陈景峰1(1，中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津300452；2．天津理工大学自动化学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津300384)摘要阐述了超声波防海生物机理。通过试验确定出超声波的频率和强度，并在此基础上研发出超声波海水滤器。经过海上实际生产应用，显现出了超声渡海水滤器的优越性以及广阔的市场推广前景。关键词超声波防海生物机理频率和强度海水滤器中图分类号TP393文献标识码A文章编号1000—3932(2011)10—

2、1203-03海水滤器广泛应用于海上浮式生产储油卸油装置(FPSO)、海上钻采平台及海洋船舶等海水系统中，主要用于过滤海水中的杂质⋯。在长期的海上生产作业中，现有海水滤器暴露出的问题有：a．由于海水的强腐蚀性，造成海水滤器本身腐蚀损坏，滤芯定位件腐蚀断裂失去定位作用，滤芯被海水冲刷变形，降低海水滤器的过滤效果；b．海生物附着在滤器的内肇及滤芯上，对其产生生物腐蚀的同时也大大降低了滤器的有效过滤面积；c．由于海水滤器过滤作用下降，导致海水滤器下游设备故障，情况严莺时造成生产关停，极大地影响了海上油田的正常生产。鉴于以上所暴露的问题，采用了基于超声波空

3、化效应的防海生物技术，研发出超声波海水滤器装置。1超声波海水滤器的研究1．1超声波防海生物机理超声波防海生物就足基于超声波的空化效应(当液体中的微小气泡核在超声波作用下被激活，表现为气泡的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列的动力学过程)。液体中的气泡在破裂的瞬间产生超过几百个大气压和上千摄氏度的高温[z．31，能够使海生物的附着迅速剥落并击碎海生物的表皮细胞，从而达到防海生物的目的M“1。1．2超声波过滤器的性能1．2．1功率和强度的确定经过超声波试验槽生物活体试验得出有效杀死海生物的超声波频率为22kHz㈡1，而超声波的强度在22kHz时，超声波的功

4、率密度临界点为0．3～0．5W／era2口1．2．2超声波发生器超声波发生器，亦称超声波电源，是一种向超声波换能器提供能量的装置。要求其能产生频率为28kHz的超声波、能扫描电路、带电流显示和功率大小可调。根据试验工作分析本系统选用的超声波发生器的性能指标为：超音频率28kHz超音功率2700WX2振子数量54套×2输入电源AC220V-'e10％50Hz最大电流3A相对湿度40％一90％功率控制0～100％数控工作环境温度0—45℃1．2．3超声波换能器超声波换能器的性能指标见表1，它是一种将高频电信号转化为高频机械振荡的装置。表1超声波换能器的

5、性能指标收稿日期：2011-09-01(修改稿)基金项目：FPSO设备与系统优化及相关技术研究项目(ZHY．2008011I)化工自动化及仪表第38卷2超声波海水滤器的结构设计超声波海水滤器结构如图1所示，设置有进口管、出口管、盖板和过滤网。海水由进口管进入，通过过滤网过滤，再由出口管流出。过滤网的内部设置有两块超声波振板，每块超声波振板的内部设置有若干振子。由于单块超声波振板的辐射范围在230。左右，因此将超声波振板的振子面相对布置，即两块超声波振板的发声面分别面向所对应海水滤器的进口管与出口管”’61。这样在尽可能节能的情况下使得海水滤器在最大

6、范围内布满超声波。10超声波振板内部所有振子并联，电源线由接线管保护并引出。接线管和定位棒将超声波振板固定在盖板上。超声波振板、接线管和定位棒均采用耐海水腐蚀材质制作。超声波振板装置如图lb所示，单块超声波振板上端面各焊接有一个定位棒和一个接线管，定位棒为实心，接线管为空心。接线管通过海水滤器盖板上的预留孔将电源线由超声波振板内部引出海水滤器，电源线的终端连接予超声波信号发生器匕[”。a．海水滤器结构b．超声波振板图1超声波海水滤器结构图l——海水滤器；2——进口管；6——超声波振板；7——振子；ll——超声波信号发生器；3——出口管；8--接线管

7、；12——垫片；由于水流方向与超声波振板的最大面积所在平面垂直，为了抵挡水流对超声波振板的冲击力以及超声波振板本身在工作过程中的振动，减小对超声波振板与接线管及定位棒的接合部的作用力，海水滤器的超声波振板上设置有加强支架，加强支架固定于海水滤器盖板上。3超声波海水滤器的现场应用为了检验超声波海水滤器的实际应用效果，该超声波海水滤器已在海上FPSO上安装并进行现场运行试验。系统连接及现场安装示意图如图2、3所示。经过现场应用试验，证明采用超声波后的滤芯及超声波振板无海生物附着，去除效果非常理想。4——过滤网；9——定位棒；13——加强支架5——盖板；

8、lO——电源线；图2系统连接示意图第10期杨渡等．超声波海水滤器的研究与应用1205一图3现场安装示意图4结束语根据实际生