實現(xiàn)永久無垢化清潔運行，由二大部分組成:通過對系統(tǒng)進行不停車在線除垢，清除系統(tǒng)換熱面99%以上的污垢:該項作業(yè)不影響系統(tǒng)正常運行，不腐蝕系統(tǒng)材質(zhì)(腐率小于0.06g/m2h或0.05mm/y)。二是系統(tǒng)具備清潔無污的內(nèi)環(huán)境后，仍然通過連續(xù)低濃度在線除垢與阻垢緩蝕協(xié)同組合，達到徹底杜絕污垢出現(xiàn)目的。
我們可以看到，這項技術(shù)的核心就是徹底除垢和徹底防垢都是通過“高水準的在線除垢”來實現(xiàn)的，我們將這種在線除垢的具體技術(shù)產(chǎn)品定名為“運行凈”。
這是一項領(lǐng)先國際同行水準的21世紀新技術(shù)，獲得我國政府多項專業(yè)鑒定和國家發(fā)明專利，98年開始應用至今，質(zhì)量結(jié)果全部符合設計數(shù)據(jù)，應用過程也積累了豐富的作業(yè)經(jīng)驗。目前我們這項實現(xiàn)永久無垢化清潔運行技術(shù)，得到國家發(fā)改委和國務院節(jié)能辦的重視。
1、技術(shù)創(chuàng)新性以及與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別
(1)本項目的基本原理及關(guān)健技術(shù)內(nèi)容
傳統(tǒng)的化學清洗是用強酸和緩蝕劑進行的，其清洗范圍是針對單臺(套)工業(yè)設備內(nèi)水垢或銹垢的清洗。無法對循環(huán)水系統(tǒng)進行整體清洗。目前世界各國對在線運行的循環(huán)水系統(tǒng)整體清洗均無良策。
常見的循環(huán)水系統(tǒng)主要有:工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、集中采暖供熱循環(huán)水系統(tǒng)、中央空調(diào)冷媒冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。這類系統(tǒng)中連接許多不同用途的換熱設備，若使用傳統(tǒng)的酸洗方法清洗，系統(tǒng)必須在長時間停車的狀態(tài)下進行，清洗成本和現(xiàn)場操作難度較大，集中反應在藥劑成本較高、清洗步驟復雜、現(xiàn)場施工難度過大、設備因清洗停機無法運行方面，同時環(huán)保也難以通過。實際上，這類系統(tǒng)大多處于長年運行之狀態(tài)，通常在大檢修期間停車，停車時間很短，因維修的需要，很難獲得清洗的條件。
解決大型循環(huán)水系統(tǒng)運行期間的高除垢清洗和保證系統(tǒng)永久無垢化清潔運行，是整個工業(yè)生產(chǎn)所希望的內(nèi)容。也是徹底告別系統(tǒng)帶垢運行的，具有劃時代的重大意義。我們從這項技術(shù)的研究思路、成果特征、化學結(jié)構(gòu)、應用效果等幾個方面進行闡述。
思路一:
清除水垢的傳統(tǒng)思路和機理:
①水垢的主要成分為CaCO3、Mg(OH)2、CaSiO3、CaSO4;金屬氧化物的主要成分為FeO、a-Fe2O3、y-Fe2O3、Fe3O4、CuO、Cu2O等。根據(jù)化學理論原理，這類化合物只能溶解在無機或有機酸中。除此之外，其它無機或有機化合物均無法與它們反應而達到溶解的目的。
CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O
Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
Fe+2H+=Fe2++H2↑
②由于酸對金屬的強烈腐蝕等原因，在清洗過程中，必須添加一定計量的酸洗緩蝕劑，使其與金屬之間通過特殊的化學配位鍵相互結(jié)合，產(chǎn)生金屬與酸洗介質(zhì)之間致密的膜，隔絕兩相之間任何接觸，從而有效的保護金屬不受腐蝕。
③傳統(tǒng)的酸洗過程中伴有大量的氣體產(chǎn)生，導致在線酸洗的不可能性，同時酸為強電解質(zhì)對于多材質(zhì)金屬組成的系統(tǒng)設備，存在難以克服的電化學腐蝕，對設備的使用安全構(gòu)成威脅。
思路二:
按上述理論，清除水垢只有使用酸來溶解，而酸在溶解水垢時必然會產(chǎn)生大量氣體，氣體的產(chǎn)生導致循環(huán)水整體系統(tǒng)無論是停車或運行狀態(tài)清洗的無法實現(xiàn)。后來我們考慮，不一定非得以溶解的方式清除水垢，假如我們將水垢通過一定的技術(shù)手段，使其以微?；蚍肿訝顟B(tài)均勻的分散在水中，最終排出系統(tǒng)，完全可以達到我們希望的除垢目的。
思路三:
要使堅硬的水垢，分散為微粒或分子狀態(tài)，必須克服水垢分子之間的范德華引力(分子間力)。我們將思路放在建立大分子中高能量的官能團方面，試冬通過官能團的能量來克服水垢分子之間的范德華引力(分子間力)，使水垢分子被吸附在官能團周圍，達到除垢目的。
■分子特性
“運行凈"系線型高分子縮聚物，見下圖所示:
該縮聚物中有大量活性較高的官能團，我們將分子鏈截取AB段放大后可看出官能團的分布情況，見上圖所示。我們將右圖的部分放大后看出:
從圖中看出，“運行凈”分子官能團表面有一個保護層，該層的主要作用:
①由于官能團的活性較高，無保護層的“運行凈”存放有效期不足一年，加該保護層后，“運行凈”的存放時間可長達六年以上。
②“運行凈”水溶液本身的pH值在6.2～7.9，含有保護層的“運行凈”水pH值在1.8～3.1之間。該保護層遇水后開始形成游離狀態(tài)，如圖所示。
③游離的保護層在清洗時有兩個作用，一是可直接清除系統(tǒng)中的銹垢，二是在金屬表面形成鈍化膜。當系統(tǒng)內(nèi)表面無金屬氧化物時，游離的保護層可自行水解而失效。
④實際系統(tǒng)在線除垢清洗時，“運行凈”加入系統(tǒng)水后，水的pH值由1.8～3.1左右，逐漸上升到6.2～7.9，這一過程大約在清洗的第一天至第六天完成，之后清洗過程，pH值始終保持不變。
在線除垢機理
保護層脫落后的這類官能團，其性質(zhì)和活性大小決定“運行凈”對水垢、特殊水垢的清除結(jié)果。清除機理分兩個階段，第一階段是“運行凈”分子官能團的能量遠遠大于水垢分子之間的分子間力(即范德華引力)，當“運行凈”分子官能團與水垢分子接觸時，會克服水垢分子之間的引力，迫使水垢分子向官能團遷移，達到除垢的目的。與水垢之間的作用如圖所示:
請注意，該階段的除垢過程實質(zhì)上是一個物理過程，在實際清洗過程中，一般自第一天起至第二十天的清洗為該階段過程，具體表現(xiàn)為系統(tǒng)水由原來的澄清狀態(tài)開始出現(xiàn)不同程度的渾濁，第十七天到二十天時混濁度達到最大值。第二階段是吸附在“運行凈”分子上的水垢分子，兩者開始出現(xiàn)化學反應，具體表現(xiàn)為下圖所示:
第二階段的化學反應通常在系統(tǒng)清洗時的第二十天至第二十八天左右完成，具體表現(xiàn)為渾濁的系統(tǒng)水開始逐漸澄清。
(2)項目創(chuàng)新點:技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、產(chǎn)品性能及使用效果
創(chuàng)新點:
①改變了目前所用技術(shù)的理論基礎:
目前清除水垢是用酸溶解，酸在溶垢時必然會產(chǎn)生大量氣體，氣體的產(chǎn)生導致循環(huán)水整體系統(tǒng)無論是停車或運行狀態(tài)清洗的無法實現(xiàn)。
②改變了以往的清洗工藝方案:
我們設計了高分子縮合物中的多個官能團的這種分子結(jié)構(gòu)，并在重點增加這類官能團的化學活性方面進行了大量的工作，最終通過官能團的能量來克服水垢分子之間的范德華引力(分子間力)，使水垢分子被吸附在官能團周圍，達到除垢目的。
③改變了目前清洗行業(yè)的現(xiàn)狀:
通過這一技術(shù)的實施，徹底解決了所有大型循環(huán)水系統(tǒng)在生產(chǎn)運行過程中，無法整體清洗的歷史。
④改變了酸對金屬的腐蝕破壞:
運行凈對系統(tǒng)不銹鋼、碳鋼、低合金鋼銅及銅合金腐蝕速度≤0.03g/m2.h。
⑤改變了清洗必然存在電化學腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生:
運行凈分子為弱電解質(zhì)，并在清洗的同時，進行金屬表面的成膜反應，抑制了金屬的陰極及陽極電流的出現(xiàn)。
更重要的是，通過使用“運行凈”技術(shù)，改變了以往的工業(yè)及民用循環(huán)水系統(tǒng)阻垢、緩蝕等技術(shù)上的不足，可以使水系統(tǒng)達到終身無垢的目的，使循環(huán)水系統(tǒng)的運行工藝參數(shù)始終符合設計值。
下述內(nèi)容含蓋整個國際、國內(nèi)化學清洗行業(yè)，清洗質(zhì)量按中國國家行業(yè)標準比較
簡介工業(yè)化學清洗的行業(yè)內(nèi)容:
a工作內(nèi)容:通過一定的化學反應，達到清除設備、系統(tǒng)內(nèi)的污垢;
b.主要應用范圍:工業(yè)用水設備、容器、管道及系統(tǒng)單元;
c.清除主要污垢:水垢(CaCO3、MgCO3、CaSiO3、CaSO4)
銹垢(Fe3O4、Fe2O3、FeO、CuO、Al2O3)
d對清洗基本要求:清洗不得造成金屬的腐蝕(國家標準:碳鋼≤3g/m2.h)
除垢率:水垢≥85%;
金屬氧化物≥95%
e. 清洗成膜要求:清洗結(jié)束后，被清洗的金屬表面應形成完整的鈍化膜。
創(chuàng)新內(nèi)容:
(1)系統(tǒng)在線除垢的創(chuàng)新:
目前系統(tǒng)在線除垢技術(shù);無。所有類型的循環(huán)水系統(tǒng)無法符合在線清洗的除垢率標準。
我們系統(tǒng)在線除垢技術(shù):運行凈。所有類型的循環(huán)水系統(tǒng)實現(xiàn)在線除垢。
(2)技術(shù)理論的創(chuàng)新:
目前技術(shù)理論:酸洗技術(shù)。通過酸(通常使用的10%鹽酸)來溶解水垢和銹垢，通過使用緩蝕劑防止酸對金屬的腐蝕;不足之處:對金屬的酸腐蝕控制有一定的難度，無法阻止不同材質(zhì)之間的電化學腐蝕；清洗對設備有不同程度的損傷。清洗過程中伴隨大量氣體的產(chǎn)生。另外對硅酸鹽、硫酸鹽水垢無法清除。酸洗中的緩蝕劑分為氧化還原型、親附型和配位電子對型，其中配位電子對型的緩蝕劑較好，但掌握這項技術(shù)的人很少，大多使用親附型，該型還存在突然失效性、無抗電化學腐蝕能力等技術(shù)問題。
我們技術(shù)理論:運行凈在線除垢法。以高分子縮合物中大量強有力的分子官能團，通過官能團自身具有大于水垢及銹垢分子間力(范德華引力)的高能量，迅速的吸附水垢及銹垢分子，使其脫離設備金屬本體達到除垢之目的。該高分子縮和物本具有中性的化學特征，與金屬之間無化學及電化學反應，因此不存在金屬腐蝕問題，清洗過程無氣體出現(xiàn)。除垢率完全符合國標的要求。
(3)產(chǎn)品特性的創(chuàng)新:
目前產(chǎn)品特性:強酸，強堿，腐蝕性大，不能清洗多材質(zhì)組成的設備，不能清洗硅酸鹽、硫酸鹽水垢，需另外安裝專用的清洗設備，清洗過程需要嚴格的多項目化驗工作，清洗工序多，易產(chǎn)生二次浮銹，工作強度極大，不能清洗全循環(huán)水系統(tǒng)，清洗只能針對單臺設備，清洗必須在停產(chǎn)時進行等。
我們產(chǎn)品特性:中性，無腐蝕，能清洗多材質(zhì)設備，能清洗所有水垢類型，無需清洗專用設備，清洗過程不需要化驗，一步法完成所有清洗項目，操作為一次性投入法，十分簡單，工作強度極低，可一次性完成循環(huán)水系統(tǒng)所有設備、容器、管道等清洗任務，清洗過程無須停產(chǎn)。
(4)應用范圍的創(chuàng)新:
目前應用范圍:單臺、單材質(zhì)設備的清洗。
我們應用范圍:循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)所有設備的清洗。如工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，每個系統(tǒng)通常包含100-2000臺工業(yè)設備;城市集中采暖供熱系統(tǒng)，每個系統(tǒng)通常包含5-50萬戶家庭;中央空調(diào)系統(tǒng)、動力鍋爐系統(tǒng)，可構(gòu)成獨立循環(huán)的其它水系統(tǒng)。
(5)清洗工藝的創(chuàng)新
目前清洗方式:設備停運后，方能安裝專用清洗設備，然后按“堿洗→轉(zhuǎn)型→酸洗→氨洗→漂洗→中和→鈍化”的工藝步驟進行清洗;每個步驟在進行過程中，涉及到配藥、注入、強制循環(huán)、檢驗、水洗等工作內(nèi)容;所有各步驟的清洗殘液還必須得經(jīng)過環(huán)保處理后排放，最后只能完成一臺設備清洗。
我們清洗方式:可在正常生產(chǎn)的情況下，將本品一次性加入系統(tǒng)中，即可完成所有設備、所有清洗工作。清洗一套工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)，不用停產(chǎn)只需40天，清洗質(zhì)量達標率100%;而目前的清洗方式同樣完成該系統(tǒng)內(nèi)所有設備的清洗，需要停產(chǎn)清洗1-20天，清洗質(zhì)量達標率46%。
(6)安全性的創(chuàng)新:
目前安全情況:清洗過程設備易腐蝕;操作人員會受強酸強堿侵蝕受傷，甚至殘廢;清洗不當有化學品燃燒、爆炸、中毒的危險，排放液可至農(nóng)作物、魚類死亡。
我們安全情況:無上述問題，清洗除垢過程無任何安全隱患。
節(jié)水效果的創(chuàng)新
目前節(jié)水效果:無。
我們節(jié)水效果:工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)存在污垢，會導致冷卻效果變差，尤其夏季系統(tǒng)無法冷卻到規(guī)定的溫度，迫使系統(tǒng)使用直排水法進行冷卻，造成大量驚人的水的浪費;采用運行凈可完全避免這個問題。
(8)環(huán)保排放的創(chuàng)新
目前環(huán)保排放:嚴重不合格。
我們環(huán)保排放:完全合格。
(9)清洗成本的創(chuàng)新:我們清洗成本為目前的15%-40%。
該清洗劑比目前使用的酸洗技術(shù)，在清洗安全、操作、成本、環(huán)保和應用范圍方面，有了質(zhì)的改變。這正是“運行凈”產(chǎn)品的創(chuàng)新點所在。