[摘 要]综述了化工设备污垢的形成机理及其清除方法，包括物理清洗和化学清洗等方法，介绍了一些新型清洗技术如微生物清洗、超声波清洗、激光清洗、在线清洗以及免清洗技术等，并展望了清洗技术的发展方向。
[关键词]化工设备;清洗;物理清洗;化学清洗
在各种工业生产系统中，化工设备所接触的介质在不同温度、压力等环境条件下，介质之间发生物理、化学或生物作用，常常会形成污染或覆盖层，如油垢、锈垢、灰垢、物料垢生物垢和结焦等。清除这种污垢层使其恢复原来的表面状况的过程称为清洗川。设备结垢所造成的能源损失是惊人的，对于换热设备来说，每 lmm的水垢要多消耗能源7%-9%，热效率降低10%一20% [27。因此及时清理设备中的污垢，对于确保管道的畅通，保障设备的正常运转，延长设备的使用寿命以及对生产过程的节能降耗意义重大。
1 污垢的形成
化工生产工艺条件复杂多变，温度、压力、物料、催化剂流速等不同，设备结构材质不同，接触介质不同，形成的污垢也不尽相同。污垢类型主要有以下几种[1].
(1)固体颗粒在壁面沉积形成的污垢
这种结垢是由于流动系统中所夹带的固体颗粒在壁面的沉积所致，如流体中夹带砂砾、灰尘和炭黑等。在冷却水系统中的换热器表面、空冷器翅片管表面以及再沸器表面等均会产生这类污垢。
(2)结晶过程形成的污垢由于温度变化、蒸发而引起微溶盐在过饱和状态下结晶析出，沉积在设备表面。如设备表面的CaCO3, CaSO4, Ca (OH) 2 , MgCO3,Mg(OH) 2等垢层[1]。
(3)化学反应生成的污垢
当过程物流与加热面接触时，由于自氧化和聚合反应生成反应物垢。例如单体烃类在温度足够高的壁面接触时，会进行聚合而生成聚合物，并牢固地附着于器壁上，若壁温过高，还会导致结焦。
(4)腐蚀产物生成的污垢
由于金属表面的化学或电化学腐蚀产生的污垢。例如通过金属表面的均匀腐蚀或孔蚀，腐蚀产物不仅会增加传热面的热阻，还会增加表面的粗糙度，进一步加剧污垢的沉积。如锅炉、换热器在传热面上产生腐蚀与氧化的积垢。
(5)生物垢层
在开放式冷却水系统中容易产生生物垢，由水体中微生物和钙镁等矿物质沉积所致[3]。
2 污垢的去除
污垢的去除应根据污垢的类型和性质、设备的结构和材质以及清洗成本等因素来确定，目前常用的清洗技术有物理清洗和化学清洗两大类。
2.1物理清洗技术
物理清洗(或机械清洗)是在污垢处施加物理作用(如热、搅拌磨擦、研磨、压力、超声波等)而使其脱落。常用的物理清洗方法主要有水汽清洗技术、高压水射流清洗技术、喷丸清洗技术等。
(1)水汽清洗技术
这种方法的实质是往送人设备的水流中注人压缩空气，用水和空气的混合流去除污垢川。该法较适于管道的清洗，对表面形状复杂的设备的清洗不够均匀。
(2)高压水射流清洗技术
高压水射流技术是用高压泵打出高压水，通过喷咀把高压低流速的水转化成低压高流速的水射流，正向或切向冲击被清洗表面，将结垢物剥离。它具有无腐蚀、无污染、节能以及高效快捷等优点，应用广泛〔5.6].
(3)喷丸清洗技术
用高压水或压缩空气作介质，依靠高速运动的弹丸撞击器壁表面而使垢层脱落。弹丸一般用塑料制成。喷丸技术是一种表面处理技术，其优点在于喷丸机工作时没有灰尘，不污染水和空气，工件表面也不会引起化学反应[4,7]。喷丸清洗技术是对钢材表面进行大面积清理最有效的方法，广泛应用于钢构件，大型船体和罐体的表面处理以及管道内壁的清洗。
2.2化学清洗技术
化学清洗是利用化学药剂对垢物的溶解作用而将污垢去除，即通过化学药剂与垢物进行化学反应，生成可溶性盐类或络合物，随清洗液排放，反应生成的气体对垢物可起到疏松剥离作用，加速垢物的清除[9]。根据所选用清洗剂中主要化学药剂成分，化学清洗方法分为碱洗和酸洗。
2.2.1碱 清洗
碱液对油脂性污垢的去污作用好，可用作脱脂剂。碱具有很强的化学活性，它对钢铁表面可产生缓慢的腐蚀作用，使得污垢较易解离而去掉。碱清洗常见的方法有强碱、弱碱以及熔融碱清洗〔10〕。
(1)强碱清洗 常用于钢铁设备的清洗。强碱清洗液主要由NaOH I Na, CO，和Nat SiCO，配制而成，pH值在1213.5范围内。其水溶液中常加人适量合成洗涤剂作活性剂，以提高去油的效果;当污垢的主体是动植物油脂时，可用苛性钠(NaOH)之类的强碱进行皂化，使其变为水溶性的脂肪酸钠和甘油;当污垢是矿物性中性油脂性，往往将强碱和硅酸盐、聚磷酸盐等并用来进行脱脂处理。
(2)弱碱清洗
弱碱清洗液主要由磷酸三钠、磷酸钠、硅酸钠等配制而成，也可加人适量合成洗涤剂，pH在8一11.5范围内。主要用于铜、锌、铝等金属及其合金的清洗。
(3)熔融碱法清洗
在苛性钠熔融槽中添加金属钠，吹人氢气，使氧化物还原。这种方法主要用于耐热钢、工具钢、合成钢、不锈钢、铸钢、铜合金等氧化皮的去除，不适用于设备内壁清洗。
2.2.2酸清洗
设备在酸洗过程中，通过酸与污垢的反应以去除污垢但酸会给设备带来腐蚀，为了减轻对设备的腐蚀，需加人缓蚀剂。酸清洗剂主要成分是酸、缓蚀剂和表面活性剂等，配方的选择主要取决于污垢的成分、性质、设备的材质和工艺介质等因素。酸清洗使用的主要酸溶液有硫酸、盐酸、硝酸磷酸、氨基磺酸、有机酸等[11〕。金属设备经酸洗后要进行冲洗、中和及钝化处理，钝化溶液在金属表面形成一层保护膜，防止设备再生锈。常用钝化剂有亚硝酸钠、联氨、纯碱、烧 碱、磷酸盐等。
2.3新型清洗技术
2.3.1微 生物清洗技术
微生物清洗技术就是利用微生物内细胞将清洗对象表面附着的污物分解，转化成无毒、无害的水溶性物质的方法[12]。这类清洗所用的清洗剂称为微生物催化洗涤剂(酶)，能将所有的污物彻底分解，是名副其实的绿色清洗剂微生物清洗剂(酶)，是由微生物细胞内产生的，具有特殊的清洗功能，一般微生物体内有八类微生物催化剂，但其中主要有四类如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维酶[13〕。随着清洗剂的范围扩大，单纯依靠动植物来源的酶制剂已满足不了工业和其它特殊范围发展的需要，所以科学家们从微生物界中选择新的酶种以满足工业、民用、公共设施等的清洗要求[14]。一般管道常被水垢、锈垢、油垢和其它残渣堵塞，可加人微生物清洗剂来清除各种污垢，该技术在美国、德国、意大利、日本等国已得到应用。
2.3.2超声波清洗技术
超声波清洗是在清洗中引人超声振动以加速和加强洗涤作用的一种物理方法「15〕。超声波清洗主要由超声空化引起，气泡的爆破产生的高压高温冲击波减小了污垢与被清洗件之间的粘着力，引起污垢的破坏和脱离;同时气泡的振动能对被清洗物表面进行擦洗，气泡还能钻人裂缝中振动，使污层脱落。当某些固体表面被油粘附时，油被超声波乳化迅速脱离被清洗件表面。超声空化在被清洗件表面会产生很高的速度梯度和声流，能进一步削弱或除去边界层污染同时超声振动还会引起介质质点的强烈振动，使被清洗件表面受到强烈的冲击，使污物迅速脱离表面〔16,27〕。超声清洗因其具有环保、节水、省时、高效、低成本、低腐蚀等特征，具有广阔的开发和应用前景〔18〕。
2.3.3激光清洗技术
激光清洗技术指利用激光束高速有效地清除表面附着物或表面涂层的一种工艺方法。其作用机理[19〕主要是基于物体表面污染物吸收激光能量后，或气化挥发，或瞬间受热膨胀并被蒸汽带动脱离物体表面。激光清洗方法主要有四种〔20〕:激光干洗，即采用脉冲激光直接辐射去污;激光+液膜法，即首先沉积一层液膜于基体表面，然后用激光辐射去污;激光十惰气法，在激光辐射的同时，用惰性气体吹向基体表面，及时吹走表面污物;用激光松散污垢后，再用非腐蚀性化学方法清洗。目前，前三种方法使用较为普遍。
2.3.4在线清洗技术
国外提出两种主要的在线清洗概念:一是定点清洗(Cleaning In Position, CIP )。另一种则是在线清洗(On-lineCleaning产Il。定点清洗是在不影响生产工艺的前提下，把清洗机具直接安装在生产设备内，在运行过程中可通过工况监控来自动地开启/关闭清洗机具，以减少污垢的产生。CIP已从概念变为现实的清洗工艺，适用于罐、釜等装置，其尺寸可适用于小的奶制品机械直到十万立方米的石油罐。在线清洗是CIP的扩展，即由一个清洗点延长到一条清洗生产线[22]。
2.3.5免洗技术
免洗或少洗技术在于通过选用防污染材料或对材料及其表面进行改性处理，使污染物难以吸附，从而减少或防止污垢的生成[21]。这是人们巫待攻克的课题。
3 展望
清洗技术发展到今天，仍然有许多难题需要攻克。研究开发无污染的清洗技术，包括开发新型化学清洗技术，实现清洗过程的高效、低成本与低污染;采用先进的生产工艺与设备，实现过程的免洗或在线清洗等。这些新技术的应用不仅可提高生产效率、带来巨大的经济效益，同时带来巨大的环境效益。
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