[发明专利]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

说明书

一、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。

二、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。