二氧化碳干冰清洗技術綜述

二氧化碳干冰清洗技術綜述摘要：介紹了干冰清洗技術的原理及應用，分析了干冰清洗技術的優(yōu)勢和國內干冰清洗市場的前景。提出綜合性氣體供應公司應該大力推廣干冰清洗技術，促進市場的成熟，把握未來的干冰顆粒的市場。關鍵詞：干冰；干冰清洗技術；市場；環(huán)保1概述綜合性工業(yè)氣體企業(yè)的生存和發(fā)展有賴于不斷地鞏固已有的氣體市場和不停地開拓發(fā)展新的氣體市場。作為面向外銷市場的供氣單位，不但要在產品質量、數量、服務、價格等方面做文章，還要瞄準新的科技和市場的發(fā)展，帶動用戶對新的氣體產品及其衍生產品的認知和需求，不斷地向用戶介紹和推薦新的使用方法和新的加工工藝，促進用戶對新型氣體產品的認同，培養(yǎng)潛在市場，通過雙贏的方式謀求與用戶的共同發(fā)展。為了開拓新的產品，涉足新的市場，太重氣體公司新近上了一套二氧化碳貯槽和充灌設備。并且配套上了干冰生產設備，力求將干冰推廣到食品行業(yè)和冷凍保鮮行業(yè)，但鑒于目前的市場狀況，銷售業(yè)績一直不佳，面對這樣的局面，我們選擇了新的突破口，把干冰清洗技術介紹給廣大的用戶。爭取未來在干冰顆粒市場占領優(yōu)勢地位。2干冰清洗技術介紹干冰清洗技術源于美國，1945年美國海軍率先將干冰顆粒作為噴射介質用于清理各種頑固的油脂及混合附著物，取得了良好的效果。六七十年代，以美國為首的一批學者就以干冰等“可揮發(fā)性”顆粒作為介質的噴砂清洗技術進行了深入的研究和廣泛的嘗試，奠定了干冰清洗技術的基礎。20世紀80年代，隨著干冰生產設備的日趨小型化、低成本化，干冰清洗技術也在不斷地取得工業(yè)用戶的認可，被越來越廣泛地應用于各個領域。這一時期也是干冰清洗設備快速發(fā)展的時期，噴射載氣壓力由開始的1.4MPa下降到現在的0.5MPa，由原來的雙管噴射改為單管噴射，新的噴嘴技術使設備迅速小型化，設備的易用性和經濟性以及清洗效果明顯提高，帶給用戶實際的利益。高性能的干冰清洗設備正在成為一些行業(yè)中不可或缺的重要輔助設備。干冰清洗是清洗行業(yè)的一次重大革命。3干冰的物理特性，清洗設備和清洗原理干冰是二氧化碳的固態(tài)存在形式，是在-78r的低溫下二氧化碳凝結成的固態(tài)顆粒，這就是我們所說的“干冰”。干冰在常溫、常壓下可直接氣化成二氧化碳氣體，沒有液化過程。這就使得干冰在清洗時除了被清除的污垢外沒有其它廢棄物，不會造成任何污染。干冰清洗設備主要分為兩個組成部分。第一是干冰生產設備，第二是干冰噴射清洗機。根據所選用設備的不同它們可以是整體的，也可以是分立的。干冰生產設備通常是以液態(tài)二氧化碳為原料，在低溫液體泵的驅動下通過節(jié)流噴嘴，噴射入收集腔體，一部分液態(tài)二氧化碳瞬間氣化，另一部分變成雪花狀固體微粒，經過成型模具的擠壓形成各種不同的塊狀或顆粒狀干冰成品，在干冰清洗中使用的通常是直徑3mm，長度5?10mm的圓柱狀干冰顆粒。干冰噴射清洗機，它的工作原理與噴鋼砂、噴塑料砂相似，通常它需要壓力0.5MPa以上，流量為2m3/min以上的潔凈壓縮空氣作為動力氣源，通過機械供料系統，將干冰顆粒均勻地輸送到空氣噴射管道中，通過在管道中與空氣混合加速，最終以2?3馬赫的速度（根據不同設計和供氣壓力）從噴嘴噴出，沖擊工作面以達到清洗的目的。干冰清洗的獨特之處不單純是物理打擊，由于干冰是可揮發(fā)性的低溫固體顆粒（-78°C），當其以高速噴射到物體表面時，沖擊動能瞬間使干冰顆粒氣化，并且吸收大量的熱，在清洗表面產生劇烈的熱交換，迫使附著物驟冷收縮、脆化，而且通常附著物和基底材料具有不同的膨脹系數，表層與內部的溫度差將破壞兩種材料間的結合，瞬間的快速收縮能夠撕開非結構性連接，同時干冰在千分之幾秒的氣化過程中體積驟增800倍，這樣就在沖擊點造成“微型爆炸”，有效擊落附著物，氣化后干冰變?yōu)槎趸細怏w，沒有殘留，不產生廢物。由此可見，干冰清洗具有獨特的熱學效應和力學效應，特別是當被清洗物體處于在線狀態(tài)具有較高的溫度，或附著物具有明顯的冷脆性時效果更佳。國外的應用表明從金屬物質上清除非金屬污垢時效果最為明顯。另外，根據研究和實踐對比在使用干冰噴射清洗時，即使干冰在很高的速度下直接沖擊清洗物表面，其沖擊動能也是很小的，干冰在沖擊瞬間氣化消失，不會對被清洗物體造成沖擊和磨損，因此可以用于清洗精密零件和模具。4應用范圍干冰清洗的應用范圍非常廣泛，而且還在不斷地開拓新的應用領域。傳統的應用行業(yè)是模具、食品、航空和其它特種清洗行業(yè)。4.1模具制品行業(yè)模具制品行業(yè)是干冰清洗的傳統應用領域。模具在多次使用后會在模具內殘留部分加工原料，這樣會極大地影響加工件的表面光潔度甚至降低產品品質，停機清理會極大地影響生產進度，增加備用模具又會造成重復投資，使用干冰清洗是最佳選擇，用干冰去除脫模層和模具上的殘留材料，不但熱態(tài)在線清洗可以取得良好的效果，而且無殘留、不磨損，特別適合清理復雜、精密的模具紋理。根據輪胎橡膠工業(yè)統計，可減少停機時間80%?90%。目前國際著名的輪胎橡膠企業(yè)如：米其林、固特異等都在廣泛地使用干冰來清洗模具；通用、福特、本田等汽車公司也在發(fā)動機鑄造等模具上使用干冰清洗技術，并且取得了良好的效果。另外，聚乙烯、PET、泡沫塑料等行業(yè)也是干冰清洗技術的用戶。4.2食品行業(yè)在食品加工中，糖分、油脂、面粉和其它混合原料在拌和設備、烘烤爐具、托盤以及模具和輸送帶上留下難以清除的積碳和附著層，不但影響食品品質還會不斷地滋生細菌，對人體健康造成嚴重的危害，傳統的水加洗滌劑的清洗方法通常需要停機清理，不但大量占用勞動力還會顯著提高工作現場濕度，不利于抑制細菌的繁殖，化學洗滌劑的殘留也會造成污染。干冰清洗完全解決了上述問題，它高效、快速，可以在線清洗基本不需要停機，清洗過程不產生化學殘留，不會提高濕度，對環(huán)境和衛(wèi)生不造成影響。同樣的干冰清洗還可以用于餐飲、酒店、飯店等企業(yè)的廚具、灶具和排油煙管道的清理，徹底解決油垢的困擾，顯著改善衛(wèi)生狀況，提高飯店的檔次。4.3印刷、涂裝行業(yè)各類油墨、油漆和涂料都具有很強的附著力，它們耐水、耐磨、耐化學清洗、抗老化，在保證印刷品質量和涂裝品質的同時也造成了清洗困難的問第2期左華：二氧化碳干冰清洗技術綜述13題，印刷機導軌、齒輪和其它零件上的積墨會顯著降低印刷品品質，必須定期清理。油漆和涂料的沾染和脫漆也是一件讓人頭痛的事。目前根據國際經驗，干冰清洗是最佳的選擇，它在有效除污的同時不會對印刷機械造成傷害，波音、空客等著名航空制造公司以及美國空軍也在使用干冰清洗技術為飛機脫漆，干冰清洗在上述頑固污漬的清洗中表現出良好的性能。4.4各類設備在線清洗干冰清洗也可以被廣泛地應用于各類設備的在線清洗，例如：大型鍋爐、電廠汽輪機、各類富含焦油結渣的煙道，復雜或難于拆卸的機械結構和其內部的油污、積垢，原料輸送帶、容器和攪拌設備，以及無法用水或其它溶劑清洗的物體等。這也是干冰清洗技術亟待推廣的領域。5干冰清洗的優(yōu)勢綜合干冰清洗的特性，以及干冰清洗技術在各個領域的應用情況，我們不難看出干冰清洗具有以下顯著的優(yōu)勢。5.1可在線清洗，節(jié)約費用干冰清洗顯著的特點就是可在線清洗，特別是熱態(tài)清洗效果更加顯著。在線清洗可以極大地縮短設備停機時間，減少清洗過程對生產的影響，對于連續(xù)生產的企業(yè)可以帶來顯著的經濟效益，而且節(jié)水，節(jié)約洗滌劑，降低工人勞動強度。5.2優(yōu)越的清洗效果，和無損的清洗過程干冰清洗具有獨特的熱學效應和力學效應，使其具有優(yōu)越的清洗效果，特別對精密模具上細膩的紋理和密集的細孔清理效果更佳。它不會損傷模具和精密的零件，不改變公差，不影響物體表面光潔度。但是，干冰清洗過程中也具有一定的沖擊性，而且相對較低的清洗溫度也存在一定的適用性，在清洗時也要根據具體情況合理使用。5.3安全環(huán)保無污染由于干冰清洗后只留下清洗下來的污垢，干冰顆粒已經氣化成二氧化碳氣體，沒有其它的化學殘留，對環(huán)境不造成污染，而傳統的洗滌劑清洗對水體和環(huán)境會造成二次污染，還會增加城市水處理的負擔。在國外干冰清洗技術得到一系列的安全認可，符合美國農業(yè)部（USDA），食品與藥物管理局（FDA）、環(huán)境保護局（EPA）的安全要求?？梢杂糜谑称?、衛(wèi)生行業(yè)，而且不會對從業(yè)人員造成化學侵害，它是化學清洗劑的理想替代品。由于二氧化碳氣體比重大于空氣，會在室內或其它密閉空間下部不斷聚集，操作人員應該保持工作現場良好的通風，注意使用安全。5.4無水清洗，應用廣泛干冰清洗過程無水和其它液體產生，所以可用于電力線路和設備、電器控制元件、絕緣材料以及其它需要防水的清洗場合，同時這也是干冰清洗用于食品行業(yè)的突出優(yōu)點之一。6市場狀況干冰清洗的應用市場十分廣泛，但就目前國內的市場狀況來看，還不能被用戶廣泛地認可和接受，其主要原因有兩點。干冰清洗對于國內廣大用戶還是新鮮事物，缺乏良好的示范效應，亟待取得用戶的認可。與國外多年來成熟的市場和良好的使用成績不同，國內用戶對這項技術還缺乏認識，好多行業(yè)對此還是“只聞其名，不見其實”。只有像輪胎橡膠工業(yè)和汽車工業(yè)等少數幾個與國際接軌較早聯系較密切的行業(yè)對干冰清洗有所認識，據報道：上海汽車在其發(fā)動機鑄造中應用了干冰清洗技術。天津一家輪胎企業(yè)在其8000條輪胎因為模具維護不當，產品表面標識模糊造成退貨后，采用了干冰清洗技術。同時，國內企業(yè)缺乏精品意識和成本意識，沒有很好地分析應用干冰清洗技術所能夠帶來的品質提高和在線維護節(jié)省的停機損失。換言之就是中國的干冰清洗市場還缺乏良好示范效應，沒有明顯的效益對比很難讓用戶欣然接受。目前，如何打開干冰清洗市場，就需要我們廣泛的介紹和推薦，并且切實地幫助用戶采用該項技術，并取得效益，促進用戶自覺地對比和分析優(yōu)缺點，人為地推動市場盡快成熟。鑒于干冰清洗市場的前景和其可觀的干冰需求量，這也許是氣體行業(yè)一個新興的利潤增長點。干冰清洗的市場還沒有打開，相關設備和干冰顆粒沒有穩(wěn)定廉價的供應渠道和供貨保障。當前國內干冰清洗市場還處于起步階段，主要的干冰清洗設備還是以國外公司產品為主，價格偏高，設備維修和備品備件供應相對比較困難，制約了用戶的選擇和使用；另一方面，國內干冰顆粒的生產和儲運也都不成熟，很多地區(qū)即使有清洗機也未必買得到顆粒。綜合以上兩個方面，國內干冰清洗市場啟動還很困難。我們認為主要問題還是在一定意義上，已成為半導體工業(yè)的國際性語言。然而，SEMI氣體標準系列中沒有相關的設備標準，比如電子工業(yè)用氣體的包裝容器、閥門、管道等標準，而這些方面又是我們的弱項和最需要重點解決的方面。截至2004年，SEMI的氣體分會共制定了55項標準。我國現行的電子工業(yè)用氣體標準共14項，其中的13項是非等效采用SEMI標準。在轉化為國家標準的過程中，我們在技術指標上等同采用了SEMI的技術指標，在分析方法上修改采用了SEMI的實驗方法；同時在標準內容上增加了一些諸如包裝儲運等一些規(guī)定。過去，這些國家標準在包裝儲運上的規(guī)定不夠科學和嚴格。已經制定的這14項標準在我國都有不同程度的應用，但與傳統的工業(yè)氣體產品標準相比，這些標準的應用范圍均較小。SEMI的氣體標準內容涉及氣體產品標準、方法標準、通用標準，這些標準組成了一個比較完整的體系。而我國的電子工業(yè)用氣體標準體系中僅有產品標準。在標準體系的建立和完善過程中，由于我國在電子工業(yè)用氣體的包裝、充裝、貯運以及輸送方面存在諸多不足，因此我們應當在這些方面加快規(guī)范和標準的制定，其次是應當加快方法標準的轉化。綜上所述，如果說國際先進的電子工業(yè)用氣體的供應商已經是一個成年人，那么我國的電子工業(yè)用氣體的生產商還處在幼兒期，我們還需要在各個方面努力向國際先進水平學習。同時，我們也需要快速的成長，否則只能繼續(xù)被排斥在電子工業(yè)用氣體的高端市場之外。以上提到的六個方面的發(fā)展趨勢都是要盡快和國際先進水平接軌。在以后的發(fā)展趨勢中，首先應當是技術標準與國際接軌。電子工業(yè)用氣體的包裝、充裝、貯運、輸送以及售后服務，皆是發(fā)展趨勢中的難點和重點。相對而言，電子工業(yè)用氣體的檢測手段在與國際接軌的過程中發(fā)展要快一些。隨著國產電子工業(yè)用氣體在微電子工業(yè)高端用戶的突破，將帶動我國電子工業(yè)用氣體生產的快速發(fā)展。市場需求，只有當廣大相關行業(yè)對干冰清洗技術有了持續(xù)的需求，才能刺激國內清洗設備生產廠商加快產品的開發(fā)和供應，并且數量決定價格，有了需求設備價格不成問題。干冰顆粒生產也存在這樣的局面。在實際的干冰生產和供應中我們認為關鍵問題在于干冰的儲存，由于干冰溫度較低（-78。0,主要通過熱傳導的方式吸熱，在常溫下揮發(fā)極快，通常的保冷方法效果不明顯，用保溫瓶雖可獲得較好的效果，但是儲存和運輸都非常不便。國外現在廣泛使用一種塑料保冷箱，表面是一次成型的塑料壓模殼體，內部填充發(fā)泡材料，由于采用特殊材料在低溫條件下殼體仍能保持良好的彈性和韌性，目前我國還沒有類似產品供應。現在國際普遍認可的經濟儲存標準為每日損耗8%?10%，損耗過大或過小將意味著干冰儲存消耗量太大不夠經濟，或者保冷設備的造價和運輸成本過高。根據這一指標我們咨詢相關行業(yè)專家，經過測算，最簡單易行的方法是使用100mm左右的一次成型泡沫塑料容器，在盡量裝滿的情況下，嚴格控制開啟次數，基本可以滿足10%左右的日損耗率。以汽車運輸，供貨半徑能夠達到200km左右，也就是說一個干冰顆粒生產企業(yè)可以輻射半徑200km的廣闊市場，通過汽車運輸專業(yè)的干冰清洗工程公司可以承攬200?300km內的特種清洗工程?；旧峡梢詽M足一個區(qū)域性中心城市及其周邊的需求。這樣的市場前景對于任何一個氣體生產企業(yè)都是具有吸引力的。當前我們的任務就是大力推動干冰清洗市場的成熟，把握原料供應的制高點。7未來的發(fā)展和市場前景隨著中國改革開放的不斷深入和發(fā)展，