生物型污垢的形成机理及抑垢技术研究
在工业生产中，设备结垢是一个很严重的问题，不仅会增加生产维修成本，更会对设备造成损害，尤其是涉及到与流动工质接触的换热设备，结垢现象较为普遍，生物型污垢是工业污垢的一种，于海水、河水等自然水体作为冷却水的工业循环系统中非常常见，生物型污垢的特点是生长迅速、热阻大且难以清除，易粘附在金属设备表面构成电化学腐蚀。 本文首先对国内外生物型污垢的研究状况进行了梳理，并采用以实验为主、模拟为辅的研究方法，以藻类和混合藻菌污垢为对象，针对生物型污垢的生长机理以及相关的抑垢技术与抑垢性能进行研究，绘制出生物型污垢生长特性曲线，通过HITACHI—S4700扫描电镜对污垢表面的微观结构进行观测，结合污垢生长特性进行分析，并根据实验数据采用MATLAB拟合软件模拟污垢生长情况，构建了生物型污垢在壁面生长沉积的回归模型，同时通过FLUENT流体计算软件对添加不同转子的管路展开模拟研究，分析污垢在不同管路内的生长沉积情况以及径向、轴向的分布状态，对比杀生剂、内插件两种抑垢技术，结合环境影响、生产成本和实效性等不同因素提出生物污垢最优的抑垢方法。 首先进行实验装置的组装与实验台的搭建，按实验步骤开展生物型污垢生长实验，实验对象选择藻类、铁细菌和硫酸盐还原菌三种常见的致垢微生物，通过改变工况观察对生物型污垢的生长特性的影响，发现流速和温度对于污垢生长的影响显著，浓度影响较小，流速与温度对污垢生长同时具有促进和抑制的作用，对于不同藻菌混合污垢，SRB与藻类微生物具有互利共生关系，管路内生长沉积的污垢较多。观察几种生物型污垢的微观结构发现，藻类污垢的表面结构呈团状，表层较为松散并有许多孔隙，铁细菌混合藻菌污垢呈块状分布，结构较为致密，SRB混合藻菌污垢呈颗粒状分布，单位体积密度最大。 其次对于杀生剂、管路内插件两种抑垢方法分别进行了实验研究，发现两种方法对于生物型污垢都有很好的抑制效果，其中杀生剂在前期对于污垢基本可达到完全抑制，但在实验后期装置内残余的化学成分较多，在实际使用时如处理不当会对设备和环境造成危害。对比几种不同内插件抑垢性能时发现:在相同工况下，光管内壁污垢面密度在实验后期趋近于0.973g/m2，安装螺旋纽带后最终渐进值趋近于0.661g/m2，较前者减少了32.1％;安装低流阻转子后面密度趋近于0.706g/m2，约是光管73.6％;安装两叶片转子后，最终面密度趋近于0.451g/m2，较光管减少了53.6％，具有较好抑垢效果;安装三叶片转子后，最终面密度趋近于0.284g/m2，相比与光管减少了近71％，抑垢性能最佳。 最后通过FLUENT流体分析软件对添加三种不同结构组合转子管路展开模拟研究，观察管路内污垢的分布情况以及径向、轴向的污垢沉积状况，发现污垢在管路内的分布并不均匀，管口处污垢分布较少，污垢在轴向沿管内介质流动方向逐渐增多，在管路中后段到达某一值后趋于稳定，沿径向由中心向管壁方向体积分数变大，靠近管壁位置污垢沉积较为紧密。而且对比三种组合转子的模拟结果发现三叶片转子相比于另外两种转子在管路径向和轴向都有很好抑垢效果。
工业管路;生物型污垢;生长机理;管路内插件;杀生剂;抑垢性能
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
关昌峰
2019
中文
U178
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）