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山东青洁能环保有限公司

专注超分子选择性组装成膜技术清洗、防腐、节能、环保一步到位

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    新装置在加工制作过程中,内壁有施工残留的油脂垃圾、焊缝焊渣、轧制鳞片、浮锈以及其他大量的施工划伤和污染,对于设备的使用寿命和生产的安全、高效运行具有重大影响,特别是不清洁油污和大量的轧制鳞片具有重大安全隐患,是电化学的阳极体,极易造成点蚀穿孔,是装置泄露事故的主要元凶。

    面对上述这些问题,洁能环保韩泰清总工在生产实践中,不断的总结、探索和研究,超分子药剂分子会有规律的结合自由金属表面的电子,形成类似荷叶膜表面的磨砂面结构,锈垢无法附着。采用超分子膜化的方法和技术,使循环水系统的金属表面形成超分子保护膜,基本保证了循环冷却水系统的稳定运行,也基本保证了企业生产活动的安全、高效、持久的运行。

    微观下的20#碳钢表面锈层(粗糙)超分子膜化后的效果(精细磨砂面)(粗糙)
    图1微观下的20#碳钢表面锈层(粗糙)图2超分子膜化后的效果(精细磨砂面)(粗糙)

    目前水处理的常规方向都是针对循化水系统设计投加药品种类以及浓度(水质稳定)。对于不同的设备工艺构造,不同的地理环境,不同的生产负荷都会对水处理的投加方案产生很大的影响,实际操作很不方便。洁能环保摒弃了处理水来解决问题的老路子,从除垢变成超分子组装,对于污垢的选择具有广泛性,且投加的药剂量仅仅是维护超分子膜化水平,抛弃了用药剂溶解、沉降污垢和杂质的原理,做到了效果好用量少。实现了清洗预膜一站式到位,除垢彻底、成膜致密的同时,中性超分子药剂对环境十分友好甚至可以用来洗手。

    超分子清洗预膜具有以下九大技术特点:

    1、青洁能把水质稳定处理变为设备金属表面的稳定处理

    传统的水处理技术是通过加药,降低水的腐蚀、结垢倾向,也就是所谓的水质稳定处理技术。而超分子膜化技术是通过超分子的选择性自组装作用,特异性的与金属进行选择性组装,在设备表面形成一层超分子膜。在自组装过程中,药剂分子的振动和布朗运动会将金属表面原有的污垢予以清除,分散到溶液中,从而达到彻底除垢和组装成膜的目的,形成的超分子膜比传统的钝化膜、沉积膜和吸附膜都要均匀、致密,确保金属具有荷叶表面一样的防腐、防污能力,使金属表面处于安全、稳定状态。

    2、金属表面的超分子膜缓蚀、阻垢效率高

    设备经过超分子膜化后,形成了稳定、致密的超分子保护膜。该超分子膜由于其微观结构的尺寸效应,能够有效的阻止污垢附着,这种效应称为拒污效应。故超分子膜的阻垢性能是常规水处理药剂无法比拟的,不仅阻止污垢的附着,还能将老垢清除干净。

    另外,超分子膜化更完全彻底,其紧密的微观结构,能够有效对金属设备表面进行改性,增强金属本身的抗腐蚀性能。因为超分子膜能拒绝污物的附着,防止循环水中的腐蚀性离子与设备接触,有效保护设备不受腐蚀。

    3、设备的换热能力提高

    超分子膜的形成机理为超分子药剂与金属的选择性组装,因此决定了超分子膜为极薄的一层单分子膜层。不影响金属的导热性能,较之常规的钝化膜,能有效提高设备的导热系数,提高换热效率5-10%。

    4、循环水的导热能力提高

    被分散到溶液中的设备垢质,在溶液中均匀分散后,能显著提高循环水的比热,单位流量的循环水能够吸收更多的热量,对换热效率有很大的提高。

    铜的导热系统为401W/m•K,钢的导热系统为54W/m•K,而水垢的导热系统仅为1.3~3.1W/m•K,铁锈的导热系数为0.116-0.232 W/m•K。锈垢、水垢等附着在金属表面,因为其热阻是金属的几十倍甚至上百倍,会严重影响热交换;但是,通过超分子的分散溶解作用,均匀分布到循环水里,因为循环水运行工况下,40℃左右水的导热系数一般为0.64W/m•K,20℃时水的导热系数为0.60 W/m•K,很小,加进铁、钙、镁等盐类,会提高水的比热和导热速度,有利于热交换,将金属表面的污垢变成了水的导热促进剂,化害为利。

    5、提高循环水的流速

    超分子膜类似荷叶膜,水在其表面流动顺畅,与金属表面有锈垢和有水垢的表面比,水在表面的流动阻力大大减弱,滞流层的厚度减薄,可以提高循环水的流动速度和热交换速度。

    减少涡流

    图3 减少涡流

    另外,超分子药剂为大分子物质,在加入循环水中后,能与水分子及循环水中的无机盐分子进行桥连,通过氢键等弱分子间作用力形成空间网状分子集团。这种结构的形成,能够大大减少水中的涡流和靠近管壁的滞流层厚度,使循环水处于类层流状态,从而提高流速,单位时间流经换热设备的循环水量增加,换热效率进一步提高。

    6、提高循环水泵的效率

    涡流的存在会使水分子及其他分子、离子摩擦,泵的机械能一部分转化为水的内能,使水的温度升高,吸热能力下降,降低了循环水的换热效率。因此,投加超分子药剂,减少涡流,阻止了循环水将泵的动能转换成热能,有效提高泵的效率。实验证明,投加0.03%的超分子药剂,通过消除涡流的摩擦,可以使循环水泵节电2~5%。

    7、避免了系统的停车清洗

    传统的水质稳定处理,需要定期停车对系统进行化学清洗,通过清洗剂与污垢之间发生化学反应而达到清洗的目的,而所使用的清洗剂一般为小分子的酸或碱。传统清洗剂在与装置内的垢发生反应时,由于垢层的厚度不一,所以,在传统化学清洗(尤其是酸洗)过程中不可避免的存在着过洗腐蚀的现象。因此,传统化学清洗和钝化处理技术难度较高,风险不易控制。

    另外,由于传统清洗剂的分子体积较小,很容易扩散到设备金属本体内部,造成金属内部的晶格畸变,形成金属内部微观晶体结构的缺陷。晶体缺陷的出现,会大大影响金属本身的性能,其抗压强度、抗拉伸强度、蠕变性、延展性以及耐腐蚀性等各项性能指标都会大大降低,严重危害设备的运行安全和使用寿命。

    与传统化学清洗和钝化处理相比,超分子膜化技术更加安全可靠,简单易行,而且对环境友好,不会造成二次污染,保护系统设备与操作人员的安全。循环水系统使用超分子缓蚀阻垢剂,可确保系统不结垢,无需停车清洗。对于有污垢的系统,可以多投加药剂,或者在线膜化,实现在线清洁预膜,避免了传统的停车清洗。

    图4 海化不停车清洗现场

    4 海化不停车清洗现场

    8、显著提高循环水的浓缩倍数,节约工业用水。

    超分子膜具有荷叶的防腐、防污性能,在提高换热效率的同时,可以耐受较差的水质,从而显著提高循环水的浓缩倍数,这是工业用水能够节约用水的最主要有效途径。

    下表反应了浓缩倍数的提高直接带来的节水效果:

    浓缩倍数的提高直接带来的节水效果

    采用超分子膜化技术和配套的排污装置及药剂,可以做到循环水系统的零排放,请参看本方案的第三章的第四款内容。

    9、超分子膜化剂兼具广谱杀菌灭藻功能

    传统的水质稳定处理,一般投加缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂两种药剂,而且杀菌剂还要把氧化性和非氧化性药剂交替使用,加药、检测等操作繁琐。一旦操作失误,菌藻滋生很快,产生大量粘泥影响热交换,腐蚀设备,甚至堵塞冷却塔填料,造成停产事故,需要停车对系统进行化学清洗。氧化性杀菌剂一般都是氯及其衍生物,部分非氧化性杀菌剂也含有氯离子,这样就把大量的腐蚀性氯离子加入循环水系统,氯离子是腐蚀性最强,半径最小的活泼离子,极易渗入金相缺陷处富集,特别是对不锈钢设备,很容易造成氯离子应力腐蚀破裂,对设备危害极大。

    超分子膜化剂具有高效的渗透和分散作用,可以破坏蛋白质结构,抑制、杀灭菌藻的滋生,具有广谱、高效的杀菌灭藻作用。一般的循环水系统只投加超分子膜化剂一种药剂就可以。对于菌藻严重的系统,我公司还有专门的广谱杀菌灭藻剂。

    在超分子清洗预膜九大技术特点的支持下,不管是对企业的经济效益、生产安全甚至是环境效益都有极大的提高改善,可以做到:

    ◆实现清洁生产——可以将设备表面的轧制鳞片、浮锈、焊渣(SiO2)、油脂、垃圾等清理干净并钝化预膜,保证清洁生产。

    实现安全生产——化学清洗除净设备污垢,杜绝了电化学腐蚀,提高了设备运行的安全系数。管道清洗干净,没有颗粒摩擦,不会发生通气爆炸,确保生产安全。

    实现节能降耗——没有垢层的阻隔,清洗预膜光滑的管道表面有利于流体流通,管线运行效率高,节约能耗5-10%。

    延长设备使用寿命——没有垢下腐蚀,光洁的表面确保管道安全、高效运行,延长管线寿命2倍以上。

    高产环保,提高经济效益——环境污染小、安全系数高、试车时间短、节能降耗显著,有效提高经济效益。

    超分子膜技术的发展展望:

    利用超分子膜处理金属表面成膜而非选择性的处理水中的复杂成分,在工业的很多方面都有着很大的前景。

    2012年,工业废水的排放量在城市废水排放中所占比重已经达到70%,而工业循环冷却水占到工业用水的近80%,如果能很好地利用工业废水加以处理循环利用,不但可以节约水资源改善环境,而且工业废水中的杂质反而提高了导热效率,更利于冷却循环水系统。那让我们看一下处理后的循环水能否回用到循环水系统。

    如下表是循环水水质标准:

    循环水水质标准

    如下表是循环水处理标准:

    循环水处理标准

    从以上两表格对比来看,目前工业循环水的处理标准并没有达到工业循环水的水质要求,但像pH值、游离氯等重要指标两指标基本处于同一水平,以现有的普通碳钢设备,即使将处理达标的循环水作为补充水回用到循环水系统中,会腐蚀管道设备,是不可行的。但如果循环水系统加以超分子膜化,则工业污水经定向简单处理后回用到工业循环水是没有问题的。

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