专利名称：一种使用超声波技术在常温下从大型设备中脱除油脂的方法
技术领域：
本发明涉及到一种循环式化学清洗脱脂工艺的改进。利用超声波发生装置对脱脂液进行超声波处理，从而达到在低药剂浓度条件下无需外部加热，在常温下即可将油脂从各类工件特别是大型设备表面脱除的目的。并实现了不含磷酸盐的脱脂液配制用水的普通化。
背景技术：
对大型设备，特别大型换热设备，如锅炉、换热器进行化学清洗是工业化装置在运行前以及检修过程中不可缺少的重要的环节。
大型设备的化学清洗基本上是采用循环式化学清洗方法。通常采用的循环式化学清洗流程是由管线将储液槽、泵以及需要清洗的设备所连接成的一个循环闭路构成。
脱脂是化学清洗中的一个步骤。新设备或受到油污染的旧设备在酸洗之前，都需要进行脱脂处理，以保证酸洗和钝化的质量。
脱脂液由碱性物质、表面活性剂以及去离子水组成。
碱性物质一般是碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐、氢氧化物、磷酸盐、磷酸氢盐中的一种或几种。
表面活性剂，可以是阴离子表面活性剂如烷基苯磺酸盐、α-烯基磺酸盐、链烯基磺酸盐和羟基链烷磺酸盐、烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(酯)、α-磺化脂肪酸酯、仲烷基磺酸盐中的一种或/和几种；也可以是阳离子表面活性剂如胺盐型阳离子表面活性剂、季铵盐型阳离子表面活性剂中的一种或/和几种；非离子表面活性剂如聚乙二醇型非离子表面活性剂、多元醇型非离子表面活性剂、烷基聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或/和几种；两性表面活性剂如氨基酸型两性表面活性剂、甜菜碱型两性表面活性剂、乌洛托品型两性表面活性剂中的一种或/和几种。
在脱脂液中，碱性物质的浓度一般为0.3～0.5％，表面活性剂的浓度一般为0.1～0.3％。
脱脂过程中温度要求大于85℃。
由于脱脂液碱度较高，操作过程要求的温度较高，普通水中的硬度组成物质易形成CaCO3、Mg(OH)2等沉淀，不仅会降低脱脂液的碱度，也会附着在设备上增加脱脂后酸洗的药剂消耗量。因此配制脱脂液需要使用去离子水。为了满足脱脂的温度要求，一般需要使用蒸汽加热。为脱脂清洗加热而临时使用蒸汽在实际操作中具有很大的危险性，并且在很多装置投运前或停车检修时，往往不具备提供加热蒸汽和去离子水的条件。
基于上述原因，实现脱脂清洗处理的常温化和配制脱脂液用水的普通化具有很强的实际意义。
超声波是物理介质中的一种弹性机械波，和电、磁、光等同样是一种物理能量形式。按照用途的不同可分为检测超声和功率超声两大类。
由于超声波在水中具有的一系列物理效应，近十多年来超声波技术在水处理中特别是在阻垢和除垢方面得到了很好的应用。
张光明等编写的《超声波水处理技术》一书介绍，用于水处理以及非循环浸没槽式脱脂清洗中的超声波主要是功率超声波。
超声空化是功率超声波在液体介质中引起的一种特有的物理过程。存在于液体中的微气泡(空化核)在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速膨胀，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，导致气泡的最终崩溃。这种微小气泡振动、膨胀、闭合、崩溃等一系列动力学过程称为声空化(Acoustic Cavitation)。微气泡在闭合炸裂的瞬间将产生一系列的高压、高热等物理效应。微气泡的直径通常在微米级别。发生空化处的局部压力可达上千个大气压。与此同时微气泡破裂还能产生速度很高(>300m/s)的冲击波。该冲击波作用于工件表面可以将污染物从工件表面上剥离掉。
功率超声波在传播过程中产生的机械效应表现为质点的交替压缩与伸张，引起介质质点的振动，造成压力变化，其质点加速度可以超过重力加速度数万倍。功率超声波在通过介质时存在能量转变，介质质点的周期性紧缩会引起质点温度增高，并且分子间剧烈的相对运动会产生摩擦热，这些都表现为功率超声波在介质中存在热效应。
有资料介绍，超声波在20℃水中的传播速度可达1480m/s。虽然测定超声波在介质中的衰减是一件相对困难的事情，但是有试验证明，水经过功率超声波处理并在管道内输送1500m后水中的超声波强度并未明显衰减。
基于超声波在水中的空化效应、机械效应和热效应，功率超声波也逐渐用于工件的非循环浸没槽式清洗脱脂，但是在循环式清洗脱脂工艺中，却没有人开展相应的研究工作。
对于在碱性条件下普通水中Ca2+、Mg2+会形成CaCO3、Mg(OH)2等沉淀的现象，目前已经有了处理方法，例如在循环冷却水处理中一般利用有机膦酸类物质如1，1-羟基乙叉-1，1-二膦酸(HEDPA)、2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)等的络合/螯合性能，阻止沉淀的形成。但是有机膦酸类物质中含有磷，在水体中会分解产生导致水体富营养化的磷酸盐。
发明内容
通过实验室工作观察到，在循环式化学脱脂清洗中，常温下经过超声波处理后的清洗液对工件的脱脂效果相当于该清洗液在未被超声波处理而采用电炉加热到85℃～95℃的脱脂效果。放大试验进一步验证了这种现象。
在放大试验以及工业应用中观察到，在循环式化学清洗流程中，虽然连接了金属设备、阀门、大量的钢制法兰、钢制直管、钢制弯管以及橡胶软管，但是均未引起脱脂液中超声波强度的明显衰减，脱脂效果未受影响。
大量试验也表明，由于在循环式化学清洗中采用了功率超声波技术，在达到现有循环式化学清洗脱脂效果前提下，可以大幅度降低碱性物质、表面活性剂的使用浓度。
清洗液中药剂浓度的降低可使脱脂废液中的CODCr从传统的高温脱脂法的6000mg/L降至150～1000mg/L左右，减轻了废水处理的压力。
之所以在常温循环式化学清洗脱脂过程中，经过功率超声波处理的脱脂液表现出性能上的变化，是超声波的空化效应、机械效应、热效应以及快速长距离传播效应共同作用的结果，这些效应的联合作用促进了常温下脱脂液中碱性物质和表面活性剂对油脂的乳化作用，达到将油脂从设备上脱除的目的。
在实验室及放大试验及工业应用中，采用了不含磷元素且具有络合/螯合性能的化学助剂处理普通水中的硬度，保证了在碱性条件下清洗液中无沉淀物生成，从而达到了用普通水代替去离子水的目的。
本发明的脱脂工艺中采用的脱脂液基本组成为碱性物质、表面活性剂、络合/螯合助剂、普通水。根据设备的清洁度和含油量的多少，碱性物质、表面活性剂、络合/螯合助剂的浓度分别为0.03％～0.2％、0.005％～0.05％、0.005％～0.1％。脱脂液的pH值在7～10.5。
本发明的脱脂工艺适用于碳钢、不锈钢、铜、铝、铅、钛、镁及其合金制成的各类换热器、锅炉的脱脂清洗，也适用于采用循环式清洗流程由上述材料制成的各类型工件的脱脂清洗。
具体实施例方式 实施例1 对水侧容积为25.5m3碳钢换热器进行脱脂清洗。
将储液槽、泵、管式超声波发生器、换热器以及橡胶软管连接成回路。管式超声波发生器的功率为5kw。
在储液槽中按照氢氧化钠0.2％，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.05％，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)0.01％的浓度配制脱脂液，使用普通自来水。脱脂液pH值为9.55。
启动超声波发生器。启动泵，储液槽中的脱脂液流经管式超声波发生器后进入所需清洗的换热器，再回到储液槽。
整个清洗过程维持12小时，清洗液温度从开始时的10℃上升为清洗结束时的21℃。
在进一步完成酸洗、钝化之后打开该设备检查，发现脱脂效果达到了酸洗、钝化对脱脂工艺的要求。
实施例2 对水侧容积为1m3铜换热器进行脱脂清洗。
将储液槽、泵、管式超声波发生器、换热器以及橡胶软管连接成回路。管式超声波发生器的功率为3kw。
在储液槽中按照碳酸钠0.02％，碳酸氢钠0.01％，十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)0.02％，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)0.005％的浓度配制脱脂液，使用普通自来水。脱脂液pH值为7.85。
启动超声波发生器。启动泵，储液槽中的脱脂液流经管式超声波发生器后进入所需清洗的换热器，再回到储液槽。
整个清洗过程维持8小时，清洗液温度从开始时的18℃上升为清洗结束时的24℃。
清洗后检查，经过清洗的部分无油脂。
实施例3 对容积为10m3钛换热器进行脱脂清洗。
将储液槽、泵、管式超声波发生器、换热器以及橡胶软管连接成回路。管式超声波发生器的功率为5kw。
在储液槽中按照碳酸钠0.1％，十二烷基苯磺酸钠0.05％，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)0.1％的浓度配制脱脂液，使用普通自来水。脱脂液pH值为8.25。
启动超声波发生器。启动泵，循环清洗。
整个清洗过程维持14小时，清洗液温度从开始时的27℃上升为清洗结束时的39℃。
清洗后检查，管道内无油脂。
实施例4 对容积为63升的铝镁合金管道内壁进行脱脂清洗。
将储液槽、泵、橡胶软管和铝镁合金管道连接成回路。将橡胶软管的一部分置于槽式超声波发生器中。超声波发生器的功率为1kw。
在储液槽中按照碳酸钠0.05％，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.005％，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)0.005％的浓度配制脱脂液，使用普通自来水。脱脂液pH值为8.05。
启动超声波发生器。启动泵，循环清洗。
整个清洗过程维持16小时，清洗液温度从开始时的15℃上升为清洗结束时的23℃。清洗后检查，管道内无油脂。
实施例5 对容积为50升的铅容器进行脱脂清洗。
将储液槽、泵、橡胶软管以及铅容器连接成回路。将橡胶软管的一部分置于槽式超声波发生器中。超声波发生器的功率为1kw。
在储液槽中按照碳酸钠0.07％，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.03％，十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)0.01％，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)0.05％的浓度配制脱脂液，使用普通自来水。脱脂液pH值为8.10。
启动超声波发生器。启动泵，循环清洗。
整个清洗过程维持12小时，清洗液温度从开始时的24℃上升为清洗结束时的30℃。清洗后检查，管道内无油脂。
实施例6 对蒸汽产量为40t/h的碳钢锅炉进行脱脂清洗。
将储液槽、泵、管式超声波发生器、锅炉以法兰、橡胶软管连接成回路。管式超声波发生器的功率为5kw。
在储液槽中按照碳酸钠0.15％，碳酸氢钠0.05％，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.05％，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)0.05％的浓度配制脱脂液，使用普通自来水。脱脂液pH值为8.75。
启动超声波发生器。启动泵，循环清洗。
整个清洗过程维持12小时，清洗液温度从开始时的15℃上升为清洗结束时的25℃。
在进一步完成酸洗、钝化之后打开该设备检查，发现脱脂效果达到了酸洗、钝化对脱脂工艺的要求。
实施例7 对新购回的20m3不锈钢制拉西环进行脱脂清洗。
将储液槽、泵、管式超声波发生器以及橡胶软管连接成回路。将拉西环置于储液槽。管式超声波发生器的功率为5kw。
在储液槽中按照碳酸钠0.15％，碳酸氢钠0.05％，十二烷基苯磺酸钠0.01％，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)0.05％的浓度配制脱脂液，使用普通自来水。脱脂液pH值为8.80。
启动超声波发生器。启动泵，储液槽的脱脂液流经管式超声波发生器后回到储液槽。
整个清洗过程维持24小时，清洗液温度从开始时的17℃上升为清洗结束时的36℃。
过脱脂清洗后，测定拉西环上的残余油含量为0。
实施例8 对新购回的15m3不锈钢制鲍尔环进行脱脂清洗。
将储液槽、泵、管式超声波发生器以及橡胶软管连接成回路。将鲍尔环置于储液槽。管式超声波发生器的功率为3kw。
在储液槽中按照碳酸钠0.1％，碳酸氢钠0.05％，十二烷基苯磺酸钠0.05％，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)0.03％的浓度配制脱脂液，使用普通自来水。脱脂液pH值为8.65。
启动超声波发生器。启动泵，储液槽的脱脂液流经管式超声波发生器后回到储液槽。
整个清洗过程维持28小时，清洗液温度从开始时的20℃上升为清洗结束时的36℃。
经过脱脂清洗后，测定鲍尔环上的残余油含量为0。
实施例7和实施例8中测定拉西环/鲍尔环上油含量的原理如下 在分光光度计的紫外光谱区260nm波长下油脂有最大吸收峰，在此波长下油含量与吸光度呈线性关系。
用环己烷对拉西环/鲍尔环的油脂进行抽提，在260nm下测定抽提液的吸光度，将该吸光度与标准曲线对比，可计算出拉西环/鲍尔环上的油含量。
权利要求
1一种循环式化学清洗的脱脂方法，其特点是脱脂液在循环过程中经过超声波装置处理。
2按照权利要求1所述的脱脂方法，其特点是可以在常温下使用，不需要对脱脂液加热。
3按照权利要求1所述的脱脂方法，其特点是脱脂液中含有络合/螯合助剂。
4按照权利要求1所述的脱脂方法，其特点是脱脂液中不含磷酸盐。
5按照权利要求1所述的脱脂方法，其特点是脱脂液由以下组分按质量百分比组成0.03％～0.2％碱性物质、0.005％～0.05％表面活性剂、0.005％～0.1％络合/螯合剂，余量水。
6按照权利要求1所述的超声波装置是指管式、槽式或其他形式的超声波发生装置。
7按照权利要求3所述的络合/螯合助剂，是指能够防止水中钙、镁离子在碱性条件下生成沉淀的物质，是羟基酸、多元醇、多元酚、有机胺、含氮杂环化合物、氨基羧酸及盐化合物中的一种或/和几种。
8按照权利要求6所述的管式超声波发生装置是指与循环式化学清洗所用泵或/和储液槽或/和管线或/和需要脱脂清洗的设备以阀兰或/和其他方式连接的超声波发生器，该发生器的超声波发生元件直接浸渍在脱脂液中，对脱脂液进行超声波处理。
9按照权利要求6所述的槽式超声波发生装置是指能将输送脱脂液的管线置于其中，并能透过管线对管线中脱脂液进行超声波处理的超声波发生装置。
10按照权利要求6所述的其他形式的超声波发生装置是指不同于上述两种形式但能对循环式化学清洗脱脂液进行超声波处理的超声波发生装置。
全文摘要
本发明涉及到一种循环式化学清洗的脱脂方法。其特点在于清洗液经过超声波处理后可以在常温下完全去除设备上的油脂。清洗液中含有络合/螯合剂。清洗液中碱性物质和表面活性剂浓度低，不含磷酸盐。该脱脂方法特别适用于大型设备的化学清洗。
文档编号B08B3/12GK101468351SQ20071005100
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者王继军, 冯李文, 但汉清, 黄利君, 朱月明, 刘大才, 英 黄, 程玉群, 兵 魏 申请人:川化股份有限公司