CN110205619A - 一种工业镀锌设备化学清洗预膜工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业镀锌设备化学清洗预膜工艺，属于工业设备清洗处理领域。首先按照如下组分和质量百分比配制清洗剂：5%‑8%草酸，3%‑5%聚环氧琥珀酸，1%‑2%聚天冬氨酸(PASP)，0.3%‑0.5%红薯叶提取液，其余量为自来水。将清洗剂装入喷药装置中在常温下对镀锌设备的换热列管进行喷淋清洗；然后按照如下组分和质量百分比配制混合剥离剂对缓蚀膜层剥离清除：0.5%‑6%十二烷基苄基溴化铵，0.3%‑0.5%聚丙烯酸钠，余量为水。将剥离液排放后，用质量百分含量3%‑5%双氧水溶液在镀锌换热列管之间进行充分循环，得到致密、均匀的氧化锌（ZnO）膜层。经过本工艺处理后镀锌预膜层致密性好，耐蚀性持久、延长了设备使用寿命，节能降耗、保护设备安全，同时避免了环境污染等问题，有利于企业正常生产。

Description

一种工业镀锌设备化学清洗预膜工艺

技术领域

本发明涉及一种工业镀锌设备化学清洗预膜工艺，属于工业设备清洗处理领域。

背景技术

目前在电力、石油化工、食品冷冻、医药等工业行业中，镀锌换热设备由于成本低、换热性能好而被越来越多的企业使用。在企业生产运行过程中，镀锌设备的镀锌换热列管冷却介质基本上采用成本较低的自来水作为循环冷却水对换热列管内部的高温汽态氨进行降温。从设备的工作原理可以看出：循环冷却水喷淋到设备的镀锌换热列管上，形成水滴或水膜，此时空气由下向上与其逆向流动，冷却水在与空气对流接触进行热交换过程中，会失去一部分游离的CO₂气体；由于CO₂的溢出，使水中的碳酸氢钙容易转化为碳酸钙垢沉积在填料上，镀锌换热列管内的交换介质是高温过热汽态氨，换热列管外壁温度很高，冷却水喷淋在镀锌换热列管上，强烈蒸发浓缩，生成水垢而沉积在列管外壁上。因为水垢，极大地降低了设备的换热效果，造成大量额外的水电资源浪费。另外，由于水中溶解氧的存在，镀锌换热列管外壁表面会氧化腐蚀，生成铁锈，企业必须停产对设备进行化学清洗除垢保养。

传统的清洗预膜处理方法主要是采用无机酸清洗除垢、采用铬酸盐、无机磷酸盐、无机强碱等进行预膜处理，处理过程容易造成环境污染，而且预膜层的致密性较差，耐蚀性能持续时间短，设备在后期生产运行过程中，随着循环水水质条件的变化，膜层会遭到破坏，使镀锌换热列管表面变得粗糙而增大了介质流动阻力造成循环泵用电量的额外增加，而一旦出现点蚀穿孔情况会导致设备泄露，给企业带来更为严重的经济损失。

目前的现状是清洗除垢虽然能一定程度解决设备的换热节能效果，但因为换热管表面金属镀锌层容易被腐蚀，严重影响设备的使用寿命。对镀锌设备进行酸性化学清洗除垢时对金属锌镀层的缓蚀性保护仍然比较困难。由于金属锌比较活泼，在酸性环境下进行缓蚀保护一直是普遍性的技术难题。因此，研究绿色环保、高效缓蚀的镀锌层防腐工艺对工业镀锌设备在酸性化学清洗应用中具有非常重要的意义，有利于解决企业节能降耗、保护设备安全、延长设备使用寿命等问题。

发明内容

针对目前技术现状，本发明目的在于提供一种能节能降耗、保护设备安全、延长设备使用寿命的工业镀锌设备化学清洗预膜工艺。

为本发明目的，技术方案如下：由于工业镀锌设备的结构很特殊，填料、镀锌换热列管均呈悬空状态，完全暴露在空气中，无法进行浸泡式化学清洗；并且设备内各部分组件结垢情况也不相同，所以采用喷淋与循环清洗相结合的清洗方式。

1、本发明所述化学清洗预膜工艺具体流程如下：清洗工艺流程

(1)清洗除垢

按照如下组分和质量百分比配制清洗剂：5％-8％草酸，3％-5％聚环氧琥珀酸(PESA)，1％-2％聚天冬氨酸(PASP)，0.3％-0.5％红薯叶提取液(SPLE)，其余量为水。所述聚天冬氨酸及聚环氧琥珀酸的聚合分子量在700-1000。

将上述成分加入到水中，在常温下充分搅拌，直至溶液中没有固体物质。

将清洗剂装入喷药装置中在常温下对镀锌设备的换热列管进行喷淋，使清洗剂充分与换热列管上的钙、镁类碳酸盐水垢进行反应。优选喷药速度为0.5kg.m^-2.min^-1。

清洗除垢过程中的化学反应如下：

H⁺+CaCO₃+MgCO₃→Ca²⁺+Mg²⁺+CO₂↑+H₂O

H⁺+FeO→Fe²⁺+H₂O

H⁺+Fe₂O₃→Fe³⁺+H₂O

H₂C₂O₄(过量草酸)+Fe³⁺→Fe²⁺+H₂O+CO₂↑

C₂O₄ ^2-(过量草酸)+Fe²⁺→FeC₂O₄↓

C₂O₄ ^2-(过量草酸)+Fe²⁺→Fe₂(C₂O₄)₃ ^2-(络合物)+H₂O

x.Zn²⁺+y.SPLE(红薯叶提取液)→Zn_X(SPLE)^2x+ _Y(螯合物)

m.Zn+n.SPLE(红薯叶提取液)→Zn_m.(SPLE)_n(配合物)

随着清洗剂的不断喷洒，反应不断的进行，水垢溶解后产生的钙、镁离子(Ca²⁺、Mg^{2 +})及铁锈溶解后产生的二价铁离子(Fe²⁺)与清洗剂成分中的草酸根及有机聚合物产生络合作用，能够进一步加快水垢的溶解速度。

红薯叶提取液含有丰富的黄酮类、维生素、氨基酸、烟酸等组成的混合物，即含有O、N的极性基团(—NH₂、—COOH、—OH、O＝C等)，这些极性基团中具有孤对电子和π电子,是良好的螯合剂,故它们可以与Zn或Zn²⁺分别形成配合物和螯合物而发生吸附，在金属锌表面形成一层黑色的复合型螯合物与配合物组成的吸附膜层,这层膜能够在清洗工艺进行过程中阻止酸性物质对换热列管表面金属锌镀层的腐蚀，起到了较好的缓蚀作用。

(2)化学清洗后的清理

当水垢被清洗干净后，用高压清洗机和清水对设备镀锌换热列管及储水池内壁进行高压水冲洗清理，直到被清洗的设备内镀锌换热列管表面覆盖的细软藻泥类污物被冲洗干净为止。高压水的冲洗压力优选3～4MPa、出水量为10～12kg.min^-1。

2、预膜工艺流程

(1)缓蚀膜层的剥离清除：按照如下组分和质量百分比配制混合剥离剂：0.5％-0.6％十二烷基苄基溴化铵，0.3％-0.5％聚丙烯酸钠，余量为水。

用所述混合剥离剂水溶液对化学清洗后的设备内部进行循环冲洗(优选循环流速在5-6m.sce^-1、循环流量不小于500kg.min^-1)充分利用剥离液产生的大量微型气泡的冲刷作用将化学清洗除垢工艺过程中设备内换热列管镀锌层表面吸附的、由螯合物及配合物组成的缓蚀保护膜层彻底剥离干净，直至在镀锌换热列管表面露出新鲜的银灰色镀锌金属层；

(2)预膜：将剥离液排放后，立即用质量百分含量3％-5％双氧水溶液在镀锌换热列管之间进行充分循环，在循环进行过程中优选循环液流速在5-6m.sce^-1、循环流量不小于500kg.min^-1，循环液温度60±5℃，直到设备内所有换热列管表面镀锌层均匀地被氧化为致密、均匀的氧化锌(ZnO)膜层。

预膜工艺化学反应方程式如下：

Zn+H₂O₂→Zn(OH)₂

本发明工艺优点：

传统方法采用无机酸进行化学清洗，设备换热列管镀锌层被清洗后表面发黑、膜层粗糙、致密性、均匀性差，本发明克服了上述缺陷，本发明清洗预膜工艺主要原料采用可生物降解的有机类物质，经过本工艺处理后镀锌预膜层致密性好，耐蚀性持久、延长了设备使用寿命，节能降耗、保护设备安全，同时避免采用铬酸盐预膜对环境造成污染等问题，有利于企业正常生产。

附图说明

图1为镀锌换热列管清洗预膜前照片；

图2为镀锌换热列管经本发明清洗预膜后照片；

图3为被清洗后金属锌表面与经本发明预膜处理后的表面外观对比；

图4为经本发明预膜处理前后金属锌镀层横断面硬度分布对比；

图5为预膜处理前膜层横断面金相照片；

图6经本发明预膜处理后膜层横断面金相照片；

图7为本发明预膜处理前后金属锌的阳极极化曲线。

具体实时方式

为对本发明进行更好地说明，结合实施效果举实施例如下：

所述清洗剂选如下组分和配比：5％草酸，3％聚环氧琥珀酸(PESA)，2％聚天冬氨酸(PASP)，0.3％红薯叶提取液(SPLE)，其余量为水。

所述混合剥离剂选如下组分和配比：0.5％十二烷基苄基溴化铵，0.3％聚丙烯酸钠，余量为水。

实施例1金属锌腐蚀速率测试

参照国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》之规定，本发明化学清洗对金属锌腐蚀实验如下：

1.用320#水砂纸将3组长×宽×厚分别为：50mm×25mm×2mm、挂孔直径为4mm、表面积S为0.0028m²、边棱和挂孔无毛刺的纯锌标准试片打磨均匀光滑。

2.将打磨后的三组金属锌标准试片用蒸馏水冲洗干净后用酒精浸泡除油，在烘箱中于60℃烘干，然后在干燥器中干燥1小时后用万分之一分析天平称重，读数保留到小数点后第四位，记录读数W₁(g)。

3.采用本发明所述的方法在清洗工艺过程中将其用细塑料绳悬于设备镀锌换热列管上随清洗工艺过程一起清洗,待清洗工艺结束后取出锌片,现场准确记录清洗时间t(h)。

4.取出被清洗后的金属锌试片用蒸馏水冲洗干净后用酒精浸泡除油，在烘箱中于60℃烘干，然后在干燥器中干燥1小时后用万分之一分析天平称重，读数保留到小数点后第四位，记录读数W₂(g)。

5、金属锌腐蚀速率(K)计算公式：K＝(W₁-W₂)/S.t

6、现场测试数据记录如表1：

表1现场测试金属锌腐蚀速率记录

7、由测试数据可以看出，实测金属锌标准试片腐蚀速率平均值为0.0302g/m².h，远小于国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》中规定的2g/m².h标准。

实施例2金属碳钢腐蚀率测试

1、与测试金属锌时处理步骤一样，只是标准试片为A3碳钢，测试结果如表2：

表2现场测试金属A3碳钢腐蚀速率记录

2、由测试数据可以看出，实测金属A3碳钢标准试片腐蚀速率平均值为0.0285g/m².h，远小于国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》中规定的6g/m².h。

实施例3除垢率测试

参照HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》之规定，对设备镀锌换热列管表面污垢的除垢率和洗净率进行测试。

1、污垢除垢率测试

(1)在采用本发明所述化学清洗工艺前，在同一设备的三处不同位置的镀锌换热列管上，分别取污垢垢样三份并进行编号；

(2)将水垢在100±1℃烘箱中烘干1小时，取出后在玻璃干燥器中常温凉置30分钟；

(3)将三份水垢在万分之一分析太平上各称量出100g，分别作为水垢的初始质量M₀，g；

(4)然后将上述三份水垢分别放入三只已编号的500ml干净烧杯中，分别加入本发明清洗工艺配方中的化学清洗剂至500ml，并通过搅拌器以120转/分钟的速度进行匀速搅拌，在常温下充分反应24小时；

(5)反应结束后，用过滤器进行过滤并将残余物用蒸馏水冲洗3-5遍，然后放进100±1℃烘箱中烘干1小时后取出，再分别在玻璃干燥器中常温凉置30分钟；

(6)将三份经过反应后的清洗残渣在万分之一分析太平上进行称量，分别作为水垢被清洗工艺处理后的质量M₁，g；

(7)按照下述公式计算除垢率N(％)：

N＝〔(M₀-M₁)/M₀〕×100％

测试结果如表3：

表3除垢率测试结果

由表3可知，本清洗工艺对设备中镀锌换热列管表面污垢的除垢率为97.29％，超过了HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》中规定95％的标准。

2、污垢洗净率测试

采用拓印法在同一设备的不同镀锌换热列管表面同时选取三个指定部位平行进行测试并按照下面公式计算污垢洗净率：

B＝〔(S₀-S₁)/S₀〕×100％

式中：B为污垢的洗净率，％；S₀为镀锌换热列管指定面在化学清洗工艺处理前污垢覆盖面的面积，cm²；S₁为镀锌换热列管指定面经本发明化学清洗工艺处理后残留污垢的面积，cm²；测试结果见表4：

表4污垢洗净率测试结果

由表4可知，本发明清洗工艺对设备中镀锌换热列管表面污垢的洗净率为98.53％，超过了HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》中规定95％的标准。

3、视觉清洁法检验

对于清洗后的设备镀锌换热列管表面，用视觉清洁法检验，对比照片如图1、图2。

实施例4表面外观

图3是经过本发明化学清洗后和经过预膜工艺处理后的金属锌表面外观照片。可以看出，金属锌经过本发明化学清洗工艺处理后被清洗表面呈均匀的暗淡的黑色；经过本发明预膜工艺处理后金属锌镀层表面清洗时被覆盖上的黑色螯合物膜层被清除，被颜色较浅的氧化物膜层均匀的覆盖。

实施例5金属锌预膜层硬度测试

图4是用本工艺预膜处理前后镀锌层表面膜层横截面的硬度分布曲线。经化学清洗后的金属锌镀层表面的螯合物覆盖膜层表现为一定平缓的硬度梯度。经用本工艺预膜处理后，镀锌层表面的螯合物膜层被均匀地溶解清除后转化为氧化物膜层，硬度曲线较预膜之前有显著的提高。

实施例6金属锌预膜层组织测试

图5与图6分别是金属锌经本发明清洗表面预膜处理前后横截面的金相照片。可看出，被清洗后的金属锌表面有一层组织比较致密、厚度均匀的螯合物覆盖层，膜层厚度约12.14μm；经预膜工艺处理后，膜层转化为氧化物膜层，虽然膜层厚度减薄为10.28μm，但膜层硬度提高了，组织状态也更均匀致密，说明经过用本预膜工艺处理后的氧化物膜层比预膜前的螯合物覆盖层更耐腐蚀。

实施例7预膜层耐蚀性测试

图7为金属锌在本发明预膜处理前后表面的阳极极化曲线。自腐蚀电位是被自腐蚀电流所极化的阳极反应和阴极反应的混合电位，此时金属镀锌层上发生的共轭反应是金属的溶解及去极化剂的还原。金属锌腐蚀的倾向可以从自腐蚀电位的高低反映出来，自腐蚀电位越高，材料的耐蚀性能越好。从图7可以看出，未经任何处理的金属锌的自腐蚀电位最低，经清洗工艺处理后表面被覆上了一层螯合物膜，其自腐蚀电位略有提高，而用本工艺预膜处理后，其自腐蚀电位最高。这表明经过化学清洗后金属锌镀层在表面预膜层的耐蚀性与本工艺预膜相比，用本工艺预膜处理后其耐蚀性得到了进一步提高。

Claims (4)

1.工业镀锌设备化学清洗预膜工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）清洗工艺

按照如下组分和质量百分比配制清洗剂：5%-8%草酸，3%-5%聚环氧琥珀酸(PESA)，1%-2%聚天冬氨酸(PASP)，0.3%-0.5%红薯叶提取液(SPLE)，其余量为水；所述聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸的聚合分子量在700-1000；将上述成分加入到水中，在常温下充分搅拌，直至溶液中没有固体物质；

将清洗剂装入喷药装置中在常温下对镀锌设备的换热列管进行喷淋，使清洗剂充分与换热列管上的水垢进行反应；反应结束后，用高压清洗机和清水对设备镀锌换热列管进行冲洗清理；

（2）预膜工艺

按照如下组分和质量百分比配制混合剥离剂：0.5%-6%十二烷基苄基溴化铵，0.3%-0.5%聚丙烯酸钠，余量为水；

用所述混合剥离剂水溶液对化学清洗后的设备内部进行循环冲洗，直至在镀锌换热列管表面露出新鲜的银灰色镀锌金属层；

将剥离液排放，立即用质量百分含量3%-5%双氧水溶液在镀锌换热列管之间加热循环，直到设备内所有换热列管表面镀锌层被氧化为氧化锌膜层。

2.如权利要求1所述的工业镀锌设备化学清洗预膜工艺，其特征在于，所述清洗剂选如下组分和配比：5%草酸，3%聚环氧琥珀酸(PESA)，2%聚天冬氨酸(PASP)，0.3%红薯叶提取液(SPLE)，其余量为水。

3.如权利要求1所述的工业镀锌设备化学清洗预膜工艺，其特征在于，所述混合剥离剂选如下组分和配比：0.5%十二烷基苄基溴化铵，0.3%聚丙烯酸钠，余量为水。

4.如权利要求1-3其中之一所述的工业镀锌设备化学清洗预膜工艺，其特征在于，步骤（2）所述双氧水溶液加热循环温度选60±5℃。