机器人未来工业清洗生力军

更新时间:2020-05-05 17:39

  今年是中国工业清洗行业的“而立”之年。随着国家化学清洗技术研究推广中心的成立,尤其是中国工业清洗协会的成立,中国工业清洗行业在标准制定、科技创新、交流合作等方面获得了长足的进步。目前,行业内还有哪些新领域须引起重视、出现了哪些新的技术发展方向、技术合作交流中存在什么问题,日前在广州召开的第十四届全国清洗行业技术进步与清洁产业发展论坛上,中国化工报记者就此进行了采访。

  随着工业清洗应用范围越来越广,常用的特殊设备的化学清洗和缓释技术需要业内不断关注与实践。辽宁师范大学化学化工学院院长焦庆祝对中国化工报记者表示。

  焦庆祝举了这样一个例子:某化工厂两台工业铝换热器在大检修期间由于操作失误,使铝受到强碱腐蚀,产生约1mm厚的α氧化铝垢。α氧化铝垢导热系数很低,使换热器无法满足工艺要求。α氧化铝不溶于碱,也不溶于绝大部分酸,只能溶于氢氟酸。如果使用氢氟酸,设备材质铝会受到严重腐蚀。怎么办?

  “如果使用一种新研制的铝抗氢氟酸腐蚀的高效缓蚀剂,问题就可以轻松解决。”这种药剂对铝的腐蚀速率仅为0.01365g/m2·h。该厂应用该技术后,现场清洗效果显示,α氧化铝清除率达100%,且铝设备未见任何腐蚀现象。

  除α氧化铝之外,石油化工厂的不锈钢换热器(连接管路为碳钢)中硅铁氧化物垢的清洗也需要引起重视。在处理较好的循环水中,盐类含量极低,但水中中性二氧化硅和微量氧难以清除,在较高温度和压力下常在设备表面结成二氧化硅和氧化铁混合垢。焦庆祝介绍说,清除硅铁氧化物垢的最佳方法是采用氢氟酸高温清洗技术,不但溶垢速度快,而且溶垢量大。

  聚合物-催化剂粉尘复合垢的清洗也令人烦恼。“某石油化工厂丙烯腈单体合成过程中会产生乙腈、丙烯醛、氢氰酸等副反应产物,在后续处理过程中发生聚合,并与催化剂粉尘共同沉积于换热设备表面,严重影响换热效率,甚至使换热设备堵塞,无法正常运行。垢样有黄、黑两种颜色且组分不同,无法确定其准确结构。”焦庆祝又举了一个现实案例。分析表明,该垢样主要成分为多种有机质共聚体,有机质含量80%~92%,其余为体型网状结构包杂的二氧化硅、钼酸盐、磷酸盐、铋盐等无机物。

  “对于这种聚合物-催化剂粉尘复合垢的清洗,清洗剂配套缓蚀剂新技术相当有效。除垢率可达100%,缓释效率高,无任何非均匀腐蚀现象。”他表示,采取超强酸作用下强氧化断链的方式使聚合物变成小分子化合物挥发或溶于清洗剂中,二氧化硅等无机物从聚合物中脱落成粉尘或溶于清洗剂中。“只是该技术对缓蚀剂要求较高。因为反应在90℃~100℃下进行,这要求缓蚀剂不但具有良好的抗酸和抗氧化性能,还要耐高温。”

  此外,焦庆祝还介绍了铝翅片空冷器盐酸清洗技术、白铜换热器在线清洗技术、镀锌蒸发冷却器清洗技术等,受到了与会企业代表的欢迎。“对于常用特殊设备的清洗,企业需要找对方法,才能收到事半功倍的效果。”一位企业代表对中国化工报记者说,“不能小看这些‘鞋里的沙子’。”

  在加工制造业中,清洗技术与生产技术的对接十分重要,高效率、高质量、低成本的环保清洗技术一直备受关注。对精密部件加工而言,精密洗净是必不可少的工艺流程,其技术核心是高质量的精密洗净与精益生产的整合。

  “精益生产思想的本质是准确生产,消除浪费。”天津科技大学副教授李大庆说,从精益管理的视角上,精益洗净技术包含了精益设计原则、准时化和技法3方面内容。该技术模式构想洗净系统与自动化生产线对接,在生产节拍、质量、效率上实现准时化洗净,在洗净种类上实现柔性,颗粒度等洗净质量指标可实现在线自动检测。

  天津普罗米化工有限公司开发的碳氢一液洗净技术就是其中的佼佼者,他把传统的单一洗净转换为一液洗净,提高了效率与质量。该技术减少了洗净中的质量波动,保证了洗净质量的稳定性,降低了成本并且减轻了环境负担,实现了无水化、近零排放。

  一方面,碳氢清洗剂是传统含氯清洗剂的优秀替代品。“企业往往关注高效而又简单的清洗方式,传统的含氯清洗剂的确能够做到这一点,但其毒性决定了其被逐步淘汰的命运。”李大庆说,ISO14000系列对含氯清洗剂有严格的限制,企业为了取得ISO14000证书,现在都开始改用碳氢系的清洗剂和水系清洗剂。水系清洗剂虽然环保,但设备投资成本高、不易干燥,清洗后的产品常会生锈迹、斑点,还需考虑排水问题以及中国水资源缺乏的现实。而碳氢清洗剂虽然有可燃性,与含氯系清洗剂相比具有不易干燥的弱点,但这些在清洗设备上得到补偿。

  “精密洗净是中国制造业转型升级的技术组成部分,对提升高质量部件加工水平必不可少。”李大庆说。

  工业清洗离不开缓蚀剂。近30年来,我国缓释技术蓬勃发展,缓释技术研究和工业清洗缓蚀剂开发取得了长足进步。尤其近年来,我国缓蚀剂研究更加深入,人们在追求缓蚀剂的高效、廉价、美观的同时,更加注重绿色缓蚀剂开发。

  据焦庆祝介绍,目前,缓释技术的研究热点主要有4方面。一是绿色缓蚀剂的研究与开发,主要集中在天然产物缓蚀剂、生物膜缓蚀剂和氨基酸类缓蚀剂等;二是缓释协同作用和缓释组装技术研究;三是缓蚀剂作用机理的量子化学研究和分子动力学模拟;四是多功能集成的缓释体系开发,如缓蚀剂的控制释放技术和智能缓释材料等。

  焦庆祝认为,缓释技术从理论研究、表征测试方法到缓蚀剂产品仍然任重道远。首先,缓释理论研究还需进一步深入,包括缓蚀剂分子的吸附理论、HOMO和LUMO的能量计算和系统研究、软硬酸碱理论的应用、吸附过程热力学、分子动力学、电荷分布和电子密度等。

  其次,缓蚀剂性能表征测试手段还需进一步发展。焦庆祝总结了目前常用的33种研究方法后指出,失重法是最原始的化学分析法,提供的信息也极为有限,但仍然是一种最可靠、最基本的方法,也是其他研究方法可靠性的判据。电化学方法目前仍然是缓释作用研究最主要的手段,其原位实时测量的优点是其他方法难以取代的。发展电化学研究方法、丰富测量技术和数据分析手段是深化缓蚀剂研究水平的重要方向。

  最后,高效和绿色成为缓蚀剂开发的两大关键词。达到高效,要根据理论分析,ks凯时官方娱乐。设计合成新型结构缓蚀剂;利用各组分之间的协同作用,开发缓释性能更优良的复合型缓蚀剂。实现绿色,生产过程要无毒无害,不污染环境;缓蚀剂本身要绿色环保;从天然产物和各种副产品中提取缓蚀剂。

  “我国近10年来对缓蚀剂的研究应用发展很快,部分产品性能达到国际领先水平,但总体水平与国外还有差距,部分产品仍需进口。探索从天然植物、海产动植物中提取、分离、加工新型缓蚀剂的有效成分,利用医药、食品、工农业副产品提取缓蚀剂组分,并进行复配或改性处理研制新的缓蚀剂,运用量子化学理论和分子设计等先进科学技术合成高效多功能环保型和低聚型缓蚀剂,仍将是今后缓蚀剂研究的重要方向。”焦庆祝表示。

  或许未来某一天,清洗施工现场会是这样的场景:一群机器人“操作工”爬上爬下、里里外外、不辞辛劳地忙活着,它们时而爬上百层高楼,时而钻进黑漆漆的弥漫着异味的储罐,互相配合,活儿干得精确、高效而有序。而人类操作工只需要喝着茶检查工作进程即可。

  这样的场景并非幻想。工业清洗施工最早几乎全是人工操作,脏乱差的环境、高空作业、接触毒性溶剂、清洗对象为易燃易爆物质等对工人们是家常便饭。后来逐渐实现机械化,这些问题仍然或多或少地存在。智能机器人的出现,使清洗机器人有望登上行业舞台,跟清洗操作员们抢一抢“饭碗”。

  清洗机器人属于一种特殊的智能服务机器人,一般工作在非结构性环境中,作业对象是附着或者粘附在物体表面的污垢。与一般的工业机器人相比,清洗机器人的性能要更好、智能化程度要更高才能胜任工作。

  1966年,日本化工机械技术服务株式会社研制出世界第一台清洗机器人,用于清扫核电站炉心内壁面的附着物。20世纪80年代,多种清洗机器人相继出现并得到初步应用。美国、英国、俄罗斯、德国、以色列等国也开发了多种爬壁清洗机器人。这其中有能清洗飞机和建筑物的“清洗巨人”,有清洗效率达到1000m2/h的清洗高手。时至今日,国外清洗机器人技术已经发展到很高水平。清洗机器人逐渐服务于人们日常生活的方方面面,并带来了巨大的社会效益和经济效益。

  国内清洗机器人起步较晚,但发展很快。从1987年上海大学率先开展爬壁清洗机器人研究至今,上海大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、上海交通大学、中国蓝星化学清洗总公司、深圳市馨园坤实业发展有限公司、北京东方杰晨环保科技有限公司先后研发了多款壁面清洗、管道清洗机器人。

  武警工程大学副教授周利坤指出,清洗机器人研究在满足移动速度快、清洗效率高、清洗效果好、稳定性好、操作简单灵活、能够快速可靠避障的基本前提下,应尽可能做到外型美观、结构紧凑、尺寸适宜、造价低廉和智能化程度高等。这就需要在吸附和移动、清洗技术、传感技术、定位、导航和路径规划等五大关键技术领域取得进一步突破。

  周利坤认为,清洗机器人是目前国内外机器人领域研究和应用的热点,未来清洗机器人有4个研究方向,多机器人系统、多传感器融合系统、变胞机器人、能够完成选择性清洗以及特殊环境(如储油罐等封闭、高危物体)下的清洗任务的机器人。

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