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實現永久無垢化清潔運行的技術機理

實現永久無垢化清潔運行,由二大部分組成:通過對系統進行不停車在線除垢,清除系統換熱面99%以上的污垢:該項作業不影響系統正常運行,不腐蝕系統材質(腐率小于0.06g/m2h或0.05mm/y)。二是系統具備清潔無污的內環境后,仍然通過連續低濃度在線除垢與阻垢緩蝕協同組合,達到徹底杜絕污垢出現目的。

我們可以看到,這項技術的核心就是徹底除垢和徹底防垢都是通過“高水準的在線除垢”來實現的,我們將這種在線除垢的具體技術產品定名為“在線防垢除垢劑(TS-60B)”。

這是一項領先國際同行水準的21世紀新技術,獲得我國政府多項專業鑒定和國家發明專利,98年開始應用至今,質量結果全部符合設計數據,應用過程也積累了豐富的作業經驗。目前我們這項實現永久無垢化清潔運行技術,得到國家發改委和國務院節能辦的重視。

1、技術創新性以及與現有技術的區別

(1)本項目的基本原理及關健技術內容

傳統的化學清洗是用強酸和緩蝕劑進行的,其清洗范圍是針對單臺(套)工業設備內水垢或銹垢的清洗。無法對循環水系統進行整體清洗。目前世界各國對在線運行的循環水系統整體清洗均無良策。

常見的循環水系統主要有:工業循環冷卻水系統、集中采暖供熱循環水系統、中央空調冷媒冷卻水循環系統。這類系統中連接許多不同用途的換熱設備,若使用傳統的酸洗方法清洗,系統必須在長時間停車的狀態下進行,清洗成本和現場操作難度較大,集中反應在藥劑成本較高、清洗步驟復雜、現場施工難度過大、設備因清洗停機無法運行方面,同時環保也難以通過。實際上,這類系統大多處于長年運行之狀態,通常在大檢修期間停車,停車時間很短,因維修的需要,很難獲得清洗的條件。

解決大型循環水系統運行期間的高除垢清洗和保證系統永久無垢化清潔運行,是整個工業生產所希望的內容。也是徹底告別系統帶垢運行的,具有劃時代的重大意義。我們從這項技術的研究思路、成果特征、化學結構、應用效果等幾個方面進行闡述。

思路一:

清除水垢的傳統思路和機理:

①水垢的主要成分為CaCO3、Mg(OH)2、CaSiO3、CaSO4;金屬氧化物的主要成分為FeO、a-Fe2O3、y-Fe2O3、Fe3O4、CuO、Cu2O等。根據化學理論原理,這類化合物只能溶解在無機或有機酸中。除此之外,其它無機或有機化合物均無法與它們反應而達到溶解的目的。

CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O

 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O

Fe+2H+=Fe2++H2

②由于酸對金屬的強烈腐蝕等原因,在清洗過程中,必須添加一定計量的酸洗緩蝕劑,使其與金屬之間通過特殊的化學配位鍵相互結合,產生金屬與酸洗介質之間致密的膜,隔絕兩相之間任何接觸,從而有效的保護金屬不受腐蝕。

③傳統的酸洗過程中伴有大量的氣體產生,導致在線酸洗的不可能性,同時酸為強電解質對于多材質金屬組成的系統設備,存在難以克服的電化學腐蝕,對設備的使用安全構成威脅。

思路二:

按上述理論,清除水垢只有使用酸來溶解,而酸在溶解水垢時必然會產生大量氣體,氣體的產生導致循環水整體系統無論是停車或運行狀態清洗的無法實現。后來我們考慮,不一定非得以溶解的方式清除水垢,假如我們將水垢通過一定的技術手段,使其以微?;蚍肿訝顟B均勻的分散在水中,最終排出系統,完全可以達到我們希望的除垢目的。

思路三:

要使堅硬的水垢,分散為微?;蚍肿訝顟B,必須克服水垢分子之間的范德華引力(分子間力)。我們將思路放在建立大分子中高能量的官能團方面,試冬通過官能團的能量來克服水垢分子之間的范德華引力(分子間力),使水垢分子被吸附在官能團周圍,達到除垢目的。

■分子特性

在線防垢除垢劑(TS-60B)"系線型高分子縮聚物,見下圖所示:

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該縮聚物中有大量活性較高的官能團,我們將分子鏈截取AB段放大后可看出官能團的分布情況,見上圖所示。我們將右圖的部分放大后看出:

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從圖中看出,“運行凈”分子官能團表面有一個保護層,該層的主要作用:

①由于官能團的活性較高,無保護層的“運行凈”存放有效期不足一年,加該保護層后,“運行凈”的存放時間可長達六年以上。

②“運行凈”水溶液本身的pH值在6.2~7.9,含有保護層的“運行凈”水pH值在1.8~3.1之間。該保護層遇水后開始形成游離狀態,如圖所示。

③游離的保護層在清洗時有兩個作用,一是可直接清除系統中的銹垢,二是在金屬表面形成鈍化膜。當系統內表面無金屬氧化物時,游離的保護層可自行水解而失效。

④實際系統在線除垢清洗時,“運行凈”加入系統水后,水的pH值由1.8~3.1左右,逐漸上升到6.2~7.9,這一過程大約在清洗的第一天至第六天完成,之后清洗過程,pH值始終保持不變。

在線除垢機理

保護層脫落后的這類官能團,其性質和活性大小決定“運行凈”對水垢、特殊水垢的清除結果。清除機理分兩個階段,第一階段是“運行凈”分子官能團的能量遠遠大于水垢分子之間的分子間力(即范德華引力),當“運行凈”分子官能團與水垢分子接觸時,會克服水垢分子之間的引力,迫使水垢分子向官能團遷移,達到除垢的目的。與水垢之間的作用如圖所示:

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請注意,該階段的除垢過程實質上是一個物理過程,在實際清洗過程中,一般自第一天起至第二十天的清洗為該階段過程,具體表現為系統水由原來的澄清狀態開始出現不同程度的渾濁,第十七天到二十天時混濁度達到最大值。第二階段是吸附在“運行凈”分子上的水垢分子,兩者開始出現化學反應,具體表現為下圖所示:

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第二階段的化學反應通常在系統清洗時的第二十天至第二十八天左右完成,具體表現為渾濁的系統水開始逐漸澄清。

(2)項目創新點:技術創新、產品結構創新、產品性能及使用效果

創新點:

①改變了目前所用技術的理論基礎:

目前清除水垢是用酸溶解,酸在溶垢時必然會產生大量氣體,氣體的產生導致循環水整體系統無論是停車或運行狀態清洗的無法實現。

②改變了以往的清洗工藝方案:

我們設計了高分子縮合物中的多個官能團的這種分子結構,并在重點增加這類官能團的化學活性方面進行了大量的工作,最終通過官能團的能量來克服水垢分子之間的范德華引力(分子間力),使水垢分子被吸附在官能團周圍,達到除垢目的。

③改變了目前清洗行業的現狀:

通過這一技術的實施,徹底解決了所有大型循環水系統在生產運行過程中,無法整體清洗的歷史。

④改變了酸對金屬的腐蝕破壞:

運行凈對系統不銹鋼、碳鋼、低合金鋼銅及銅合金腐蝕速度0.03g/m2.h。

⑤改變了清洗必然存在電化學腐蝕現象的發生:

運行凈分子為弱電解質,并在清洗的同時,進行金屬表面的成膜反應,抑制了金屬的陰極及陽極電流的出現。

更重要的是,通過使用“運行凈”技術,改變了以往的工業及民用循環水系統阻垢、緩蝕等技術上的不足,可以使水系統達到終身無垢的目的,使循環水系統的運行工藝參數始終符合設計值。

下述內容含蓋整個國際、國內化學清洗行業,清洗質量按中國國家行業標準比較

簡介工業化學清洗的行業內容:

a工作內容:通過一定的化學反應,達到清除設備、系統內的污垢;

b.主要應用范圍:工業用水設備、容器、管道及系統單元;

c.清除主要污垢:水垢(CaCO3、MgCO3、CaSiO3、CaSO4)

銹垢(Fe3O4、Fe2O3、FeO、CuO、Al2O3)

d對清洗基本要求:清洗不得造成金屬的腐蝕(國家標準:碳鋼≤3g/m2.h)

除垢率:水垢≥85%;

金屬氧化物≥95%

e. 清洗成膜要求:清洗結束后,被清洗的金屬表面應形成完整的鈍化膜。

創新內容:

(1)系統在線除垢的創新:

目前系統在線除垢技術;無。所有類型的循環水系統無法符合在線清洗的除垢率標準。

我們系統在線除垢技術:運行凈。所有類型的循環水系統實現在線除垢。

(2)技術理論的創新:

目前技術理論:酸洗技術。通過酸(通常使用的10%鹽酸)來溶解水垢和銹垢,通過使用緩蝕劑防止酸對金屬的腐蝕;不足之處:對金屬的酸腐蝕控制有一定的難度,無法阻止不同材質之間的電化學腐蝕;清洗對設備有不同程度的損傷。清洗過程中伴隨大量氣體的產生。另外對硅酸鹽、硫酸鹽水垢無法清除。酸洗中的緩蝕劑分為氧化還原型、親附型和配位電子對型,其中配位電子對型的緩蝕劑較好,但掌握這項技術的人很少,大多使用親附型,該型還存在突然失效性、無抗電化學腐蝕能力等技術問題。

 

我們技術理論:運行凈在線除垢法。以高分子縮合物中大量強有力的分子官能團,通過官能團自身具有大于水垢及銹垢分子間力(范德華引力)的高能量,迅速的吸附水垢及銹垢分子,使其脫離設備金屬本體達到除垢之目的。該高分子縮和物本具有中性的化學特征,與金屬之間無化學及電化學反應,因此不存在金屬腐蝕問題,清洗過程無氣體出現。除垢率完全符合國標的要求。

(3)產品特性的創新:

目前產品特性:強酸,強堿,腐蝕性大,不能清洗多材質組成的設備,不能清洗硅酸鹽、硫酸鹽水垢,需另外安裝專用的清洗設備,清洗過程需要嚴格的多項目化驗工作,清洗工序多,易產生二次浮銹,工作強度極大,不能清洗全循環水系統,清洗只能針對單臺設備,清洗必須在停產時進行等。

我們產品特性:中性,無腐蝕,能清洗多材質設備,能清洗所有水垢類型,無需清洗專用設備,清洗過程不需要化驗,一步法完成所有清洗項目,操作為一次性投入法,十分簡單,工作強度極低,可一次性完成循環水系統所有設備、容器、管道等清洗任務,清洗過程無須停產。

(4)應用范圍的創新:

目前應用范圍:單臺、單材質設備的清洗。

我們應用范圍:循環水系統內所有設備的清洗。如工業冷卻循環水系統,每個系統通常包含100-2000臺工業設備;城市集中采暖供熱系統,每個系統通常包含5-50萬戶家庭;中央空調系統、動力鍋爐系統,可構成獨立循環的其它水系統。

(5)清洗工藝的創新

目前清洗方式:設備停運后,方能安裝專用清洗設備,然后按“堿洗→轉型→酸洗→氨洗→漂洗→中和→鈍化”的工藝步驟進行清洗;每個步驟在進行過程中,涉及到配藥、注入、強制循環、檢驗、水洗等工作內容;所有各步驟的清洗殘液還必須得經過環保處理后排放,最后只能完成一臺設備清洗。

我們清洗方式:可在正常生產的情況下,將本品一次性加入系統中,即可完成所有設備、所有清洗工作。清洗一套工業循環水系統,不用停產只需40天,清洗質量達標率100%;而目前的清洗方式同樣完成該系統內所有設備的清洗,需要停產清洗1-20天,清洗質量達標率46%。

(6)安全性的創新:

目前安全情況:清洗過程設備易腐蝕;操作人員會受強酸強堿侵蝕受傷,甚至殘廢;清洗不當有化學品燃燒、爆炸、中毒的危險,排放液可至農作物、魚類死亡。

我們安全情況:無上述問題,清洗除垢過程無任何安全隱患。

節水效果的創新

目前節水效果:無。

我們節水效果:工業冷卻循環水系統內存在污垢,會導致冷卻效果變差,尤其夏季系統無法冷卻到規定的溫度,迫使系統使用直排水法進行冷卻,造成大量驚人的水的浪費;采用運行凈可完全避免這個問題。

(8)環保排放的創新

目前環保排放:嚴重不合格。

我們環保排放:完全合格。

(9)清洗成本的創新:我們清洗成本為目前的15%-40%。

該清洗劑比目前使用的酸洗技術,在清洗安全、操作、成本、環保和應用范圍方面,有了質的改變。這正是“運行凈”產品的創新點所在。







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