今年是中國工業(yè)清洗行業(yè)的“而立”之年。隨著國家化學(xué)清洗技術(shù)研究推廣中心的成立，尤其是中國工業(yè)清洗協(xié)會的成立，中國工業(yè)清洗行業(yè)在標準制定、科技創(chuàng)新、交流合作等方面獲得了長足的進步。目前，行業(yè)內(nèi)還有哪些新領(lǐng)域須引起重視、出現(xiàn)了哪些新的技術(shù)發(fā)展方向、技術(shù)合作交流中存在什么問題，日前在廣州召開的第十四屆全國清洗行業(yè)技術(shù)進步與清潔產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上，中國化工報記者就此進行了采訪。
特殊設(shè)備清洗 不該遺忘的角落
隨著工業(yè)清洗應(yīng)用范圍越來越廣，常用的特殊設(shè)備的化學(xué)清洗和緩釋技術(shù)需要業(yè)內(nèi)不斷關(guān)注與實踐。遼寧師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院院長焦慶祝對中國化工報記者表示。
焦慶祝舉了這樣一個例子：某化工廠兩臺工業(yè)鋁換熱器在大檢修期間由于操作失誤，使鋁受到強堿腐蝕，產(chǎn)生約1mm厚的α氧化鋁垢。α氧化鋁垢導(dǎo)熱系數(shù)很低，使換熱器無法滿足工藝要求。α氧化鋁不溶于堿，也不溶于絕大部分酸，只能溶于氫氟酸。如果使用氫氟酸，設(shè)備材質(zhì)鋁會受到嚴重腐蝕。怎么辦?
“如果使用一種新研制的鋁抗氫氟酸腐蝕的高效緩蝕劑，問題就可以輕松解決。”這種藥劑對鋁的腐蝕速率僅為0.01365g/m2·h。該廠應(yīng)用該技術(shù)后，現(xiàn)場清洗效果顯示，α氧化鋁清除率達100%，且鋁設(shè)備未見任何腐蝕現(xiàn)象。
除α氧化鋁之外，石油化工廠的不銹鋼換熱器(連接管路為碳鋼)中硅鐵氧化物垢的清洗也需要引起重視。在處理較好的循環(huán)水中，鹽類含量極低，但水中中性二氧化硅和微量氧難以清除，在較高溫度和壓力下常在設(shè)備表面結(jié)成二氧化硅和氧化鐵混合垢。焦慶祝介紹說，清除硅鐵氧化物垢的最佳方法是采用氫氟酸高溫清洗技術(shù)，不但溶垢速度快，而且溶垢量大。
聚合物-催化劑粉塵復(fù)合垢的清洗也令人煩惱。“某石油化工廠丙烯腈單體合成過程中會產(chǎn)生乙腈、丙烯醛、氫氰酸等副反應(yīng)產(chǎn)物，在后續(xù)處理過程中發(fā)生聚合，并與催化劑粉塵共同沉積于換熱設(shè)備表面，嚴重影響換熱效率，甚至使換熱設(shè)備堵塞，無法正常運行。垢樣有黃、黑兩種顏色且組分不同，無法確定其準確結(jié)構(gòu)。”焦慶祝又舉了一個現(xiàn)實案例。分析表明，該垢樣主要成分為多種有機質(zhì)共聚體，有機質(zhì)含量80%-92%，其余為體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包雜的二氧化硅、鉬酸鹽、磷酸鹽、鉍鹽等無機物。
“對于這種聚合物-催化劑粉塵復(fù)合垢的清洗，清洗劑配套緩蝕劑新技術(shù)相當(dāng)有效。除垢率可達100%，緩釋效率高，無任何非均勻腐蝕現(xiàn)象。”他表示，采取超強酸作用下強氧化斷鏈的方式使聚合物變成小分子化合物揮發(fā)或溶于清洗劑中，二氧化硅等無機物從聚合物中脫落成粉塵或溶于清洗劑中。“只是該技術(shù)對緩蝕劑要求較高。因為反應(yīng)在90℃-100℃下進行，這要求緩蝕劑不但具有良好的抗酸和抗氧化性能，還要耐高溫。”
此外，焦慶祝還介紹了鋁翅片空冷器鹽酸清洗技術(shù)、白銅換熱器在線清洗技術(shù)、鍍鋅蒸發(fā)冷卻器清洗技術(shù)等，受到了與會企業(yè)代表的歡迎。“對于常用特殊設(shè)備的清洗，企業(yè)需要找對方法，才能收到事半功倍的效果。”一位企業(yè)代表對記者說，“不能小看這些‘鞋里的沙子’。”
精益洗凈 清洗技術(shù)新模式
在加工制造業(yè)中，清洗技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)的對接十分重要，高效率、高質(zhì)量、低成本的環(huán)保清洗技術(shù)一直備受關(guān)注。對精密部件加工而言，精密洗凈是必不可少的工藝流程，其技術(shù)核心是高質(zhì)量的精密洗凈與精益生產(chǎn)的整合。
“精益生產(chǎn)思想的本質(zhì)是準確生產(chǎn)，消除浪費。”天津科技大學(xué)副教授李大慶說，從精益管理的視角上，精益洗凈技術(shù)包含了精益設(shè)計原則、準時化和技法3方面內(nèi)容。該技術(shù)模式構(gòu)想洗凈系統(tǒng)與自動化生產(chǎn)線對接，在生產(chǎn)節(jié)拍、質(zhì)量、效率上實現(xiàn)準時化洗凈，在洗凈種類上實現(xiàn)柔性，顆粒度等洗凈質(zhì)量指標可實現(xiàn)在線自動檢測。
天津普羅米化工有限公司開發(fā)的碳氫一液洗凈技術(shù)就是其中的佼佼者，他把傳統(tǒng)的單一洗凈轉(zhuǎn)換為一液洗凈，提高了效率與質(zhì)量。該技術(shù)減少了洗凈中的質(zhì)量波動，保證了洗凈質(zhì)量的穩(wěn)定性，降低了成本并且減輕了環(huán)境負擔(dān)，實現(xiàn)了無水化、近零排放。
一方面，碳氫清洗劑是傳統(tǒng)含氯清洗劑的優(yōu)秀替代品。“企業(yè)往往關(guān)注高效而又簡單的清洗方式，傳統(tǒng)的含氯清洗劑的確能夠做到這一點，但其毒性決定了其被逐步淘汰的命運。”李大慶說，ISO14000系列對含氯清洗劑有嚴格的限制，企業(yè)為了取得ISO14000證書，現(xiàn)在都開始改用碳氫系的清洗劑和水系清洗劑。水系清洗劑雖然環(huán)保，但設(shè)備投資成本高、不易干燥，清洗后的產(chǎn)品常會生銹跡、斑點，還需考慮排水問題以及中國水資源缺乏的現(xiàn)實。而碳氫清洗劑雖然有可燃性，與含氯系清洗劑相比具有不易干燥的弱點，但這些在清洗設(shè)備上得到補償。
“精密洗凈是中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的技術(shù)組成部分，對提升高質(zhì)量部件加工水平必不可少。”李大慶說。
清洗緩蝕劑 任重道也遠
工業(yè)清洗離不開緩蝕劑。近30年來，我國緩釋技術(shù)蓬勃發(fā)展，緩釋技術(shù)研究和工業(yè)清洗緩蝕劑開發(fā)取得了長足進步。尤其近年來，我國緩蝕劑研究更加深入，人們在追求緩蝕劑的高效、廉價、美觀的同時，更加注重綠色緩蝕劑開發(fā)。
據(jù)焦慶祝介紹，目前，緩釋技術(shù)的研究熱點主要有4方面。一是綠色緩蝕劑的研究與開發(fā)，主要集中在天然產(chǎn)物緩蝕劑、生物膜緩蝕劑和氨基酸類緩蝕劑等;二是緩釋協(xié)同作用和緩釋組裝技術(shù)研究;三是緩蝕劑作用機理的量子化學(xué)研究和分子動力學(xué)模擬;四是多功能集成的緩釋體系開發(fā)，如緩蝕劑的控制釋放技術(shù)和智能緩釋材料等。
焦慶祝認為，緩釋技術(shù)從理論研究、表征測試方法到緩蝕劑產(chǎn)品仍然任重道遠。首先，緩釋理論研究還需進一步深入，包括緩蝕劑分子的吸附理論、HOMO和LUMO的能量計算和系統(tǒng)研究、軟硬酸堿理論的應(yīng)用、吸附過程熱力學(xué)、分子動力學(xué)、電荷分布和電子密度等。
其次，緩蝕劑性能表征測試手段還需進一步發(fā)展。焦慶祝總結(jié)了目前常用的33種研究方法后指出，失重法是最原始的化學(xué)分析法，提供的信息也極為有限，但仍然是一種最可靠、最基本的方法，也是其他研究方法可靠性的判據(jù)。電化學(xué)方法目前仍然是緩釋作用研究最主要的手段，其原位實時測量的優(yōu)點是其他方法難以取代的。發(fā)展電化學(xué)研究方法、豐富測量技術(shù)和數(shù)據(jù)分析手段是深化緩蝕劑研究水平的重要方向。
最后，高效和綠色成為緩蝕劑開發(fā)的兩大關(guān)鍵詞。達到高效，要根據(jù)理論分析，設(shè)計合成新型結(jié)構(gòu)緩蝕劑;利用各組分之間的協(xié)同作用，開發(fā)緩釋性能更優(yōu)良的復(fù)合型緩蝕劑。實現(xiàn)綠色，生產(chǎn)過程要無毒無害，不污染環(huán)境;緩蝕劑本身要綠色環(huán)保;從天然產(chǎn)物和各種副產(chǎn)品中提取緩蝕劑。
“我國近10年來對緩蝕劑的研究應(yīng)用發(fā)展很快，部分產(chǎn)品性能達到國際領(lǐng)先水平，但總體水平與國外還有差距，部分產(chǎn)品仍需進口。探索從天然植物、海產(chǎn)動植物中提取、分離、加工新型緩蝕劑的有效成分，利用醫(yī)藥、食品、工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品提取緩蝕劑組分，并進行復(fù)配或改性處理研制新的緩蝕劑，運用量子化學(xué)理論和分子設(shè)計等先進科學(xué)技術(shù)合成高效多功能環(huán)保型和低聚型緩蝕劑，仍將是今后緩蝕劑研究的重要方向。”焦慶祝表示。
清洗機器人 未來生力軍
或許未來某一天，清洗施工現(xiàn)場會是這樣的場景：一群機器人“操作工”爬上爬下、里里外外、不辭辛勞地忙活著，它們時而爬上百層高樓，時而鉆進黑漆漆的彌漫著異味的儲罐，互相配合，活兒干得精確、高效而有序。而人類操作工只需要喝著茶檢查工作進程即可。
這樣的場景并非幻想。工業(yè)清洗施工最早幾乎全是人工操作，臟亂差的環(huán)境、高空作業(yè)、接觸毒性溶劑、清洗對象為易燃易爆物質(zhì)等對工人們是家常便飯。后來逐漸實現(xiàn)機械化，這些問題仍然或多或少地存在。智能機器人的出現(xiàn)，使清洗機器人有望登上行業(yè)舞臺，跟清洗操作員們搶一搶“飯碗”。
清洗機器人屬于一種特殊的智能服務(wù)機器人，一般工作在非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中，作業(yè)對象是附著或者粘附在物體表面的污垢。與一般的工業(yè)機器人相比，清洗機器人的性能要更好、智能化程度要更高才能勝任工作。
1966年，日本化工機械技術(shù)服務(wù)株式會社研制出世界第一臺清洗機器人，用于清掃核電站爐心內(nèi)壁面的附著物。20世紀80年代，多種清洗機器人相繼出現(xiàn)并得到初步應(yīng)用。美國、英國、俄羅斯、德國、以色列等國也開發(fā)了多種爬壁清洗機器人。這其中有能清洗飛機和建筑物的“清洗巨人”，有清洗效率達到1000m2/h的清洗高手。時至今日，國外清洗機器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到很高水平。清洗機器人逐漸服務(wù)于人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妫砹司薮蟮纳鐣б婧徒?jīng)濟效益。
國內(nèi)清洗機器人起步較晚，但發(fā)展很快。從1987年上海大學(xué)率先開展爬壁清洗機器人研究至今，上海大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國藍星化學(xué)清洗總公司、深圳市馨園坤實業(yè)發(fā)展有限公司、北京東方杰晨環(huán)保科技有限公司先后研發(fā)了多款壁面清洗、管道清洗機器人。
武警工程大學(xué)副教授周利坤指出，清洗機器人研究在滿足移動速度快、清洗效率高、清洗效果好、穩(wěn)定性好、操作簡單靈活、能夠快速可靠避障的基本前提下，應(yīng)盡可能做到外型美觀、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸適宜、造價低廉和智能化程度高等。這就需要在吸附和移動、清洗技術(shù)、傳感技術(shù)、定位、導(dǎo)航和路徑規(guī)劃等五大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得進一步突破。
周利坤認為，清洗機器人是目前國內(nèi)外機器人領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點，未來清洗機器人有4個研究方向，多機器人系統(tǒng)、多傳感器融合系統(tǒng)、變胞機器人、能夠完成選擇性清洗以及特殊環(huán)境(如儲油罐等封閉、高危物體)下的清洗任務(wù)的機器人。
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