潔凈壓縮空氣輸送管道的凈化與檢測

＊董春宏 郭云峰 蔡政 王曉輝

（中國人民解放軍63926部隊 北京 100000）

在科學(xué)實驗觀測活動中，敏感光學(xué)元器件表面的潔凈程度對觀測結(jié)果有重要影響，如光學(xué)元器件表面受到迎面沙塵、結(jié)露等的污染，就會顯著改變探測結(jié)果的準確性。為減輕對光學(xué)元器件表面的污染，敏感光學(xué)元器件在保存和使用過程中需要用低露點潔凈空氣進行持續(xù)吹掃，以保持表面的清潔。潔凈空氣主要是將空氣壓縮后通過除去其中的水分、油分、氧化皮、焊渣以及塵埃微粒等而得到，這方面的凈化技術(shù)由于受到高度重視，不僅發(fā)展快，而且較為成熟。對于因輸送管道及貯存容器內(nèi)的油脂、氧化皮或焊渣以及塵埃等造成的潔凈空氣污染，則關(guān)注較少，而這也是潔凈空氣受到污染的重要途徑之一。目前這方面還處于定性處理與檢測層面。在缺少規(guī)范化處理和標準化檢測條件下，根據(jù)生活中實際工程經(jīng)驗，本文對潔凈空氣輸送管道的清潔方法和檢測手段進行了系統(tǒng)總結(jié)。

1.潔凈空氣輸送管道的凈化

潔凈空氣輸送管道的凈化主要有脫脂、酸洗鈍化和微塵清除。

(1)潔凈空氣輸送管道的脫脂

脫脂是潔凈空氣輸送管道凈化的首道工序，是酸洗鈍化的基礎(chǔ)，如不脫脂就進行酸洗鈍化，會嚴重影響酸洗鈍化的質(zhì)量。

①脫脂原理

潔凈空氣輸送管道的脫脂，一種方式是傳統(tǒng)的脫脂方式，就是利用有機溶劑的相似相容原理，將管道內(nèi)的油污、銹斑、黃斑、軋制油等通過溶解于四氯化碳等有機溶劑的方式清洗掉，剩余的四氯化碳有機溶劑再利用易溶于酒精的原理，可用無水乙醇進行清洗，因無水乙醇易蒸發(fā)，因此可用氮氣或干燥純凈空氣吹掃掉酒精。另一種新型環(huán)保脫脂方式，就是通過化學(xué)反應(yīng)，將油脂類不溶于水的物質(zhì)與堿反應(yīng)生成親水性的物質(zhì)然后被清除掉，剩余的堿再通過弱酸進行中和，最后用潔凈水沖洗干凈；也可用表面活性劑溶液或混合液作為清洗劑進行脫脂處理。具體可根據(jù)實際情況，選擇手工、機械、超聲波或電解等多種清洗方式。

②脫脂工藝

潔凈空氣輸送不銹鋼管道的脫脂清洗工藝流程如下：

圖1 潔凈空氣輸送管道的脫脂工藝流程示意圖

第一步是用潔凈水沖洗，目的是用帶壓潔凈水除去管道中的積灰、泥沙顆粒、脫離的金屬氧化物及其他疏松污垢。要求沖洗水中的氯離子含量低于25mg/L，色度小于15度，渾濁度不超過1度。沖洗時使用小型高壓水清洗設(shè)備沖洗，壓力不低于0.6MPa，流量不低于10L/min，沖洗出水目視清澈，與沖洗原水無明顯差異，如測定色度不超過15度，渾濁度不超過3度，則認為管道內(nèi)部的雜質(zhì)已被沖洗干凈。

第二步是脫脂，目的是清除管道在加工、儲存等環(huán)節(jié)附著在內(nèi)壁上的各種油污，既為后續(xù)酸洗鈍化創(chuàng)造有利條件，也為最終輸送潔凈空氣打下堅實基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)脫脂方式是四氯化碳清洗，將適合管徑的潔白海綿球浸泡于四氯化碳（分析純）液體中，待全部浸透后，用潔凈鑷子夾出放入管道一端入口處，蓋上帶孔的堵頭，另一頭用工具收集，之后用4～5MPa的高壓氮氣強吹海綿球，直到被吹出管道另一端外為止，觀察海綿球四周顏色試驗前后變化情況，如表面有黑色污跡，則需更換潔白海綿球后按照上述方法進行同樣操作和觀測，然后更換新的海綿球進行同樣的操作5次為宜。對于6m以下短一些的管道，也可用非損傷性潔凈桿綁扎潔白海綿球進行拖洗，直到海綿球無明顯變化為止。

新型脫脂方式是含有氫氧化鈉、磷酸鹽、碳酸鹽、硅酸鹽等組成的清洗脫脂劑按比例混合后注入清洗槽內(nèi)，混合均勻后，將待脫脂的不銹鋼管放入其中，浸泡一段時間，采取滾動管道及反復(fù)擦拭等多種方式使管道內(nèi)部和外部與脫脂液反復(fù)碰撞，如有條件也可采用機械方式進行。在脫脂過程中要觀測脫脂清洗液的潔凈度，如果脫脂清洗液的顏色變?yōu)槲蹪釙r需將現(xiàn)有的脫脂液排盡，重新配置脫脂液進行上述操作。之后將管道取出，用潔凈水進行沖洗，去除脫脂時殘留的油污及堿性物質(zhì)，然后再用弱酸性物質(zhì)，如檸檬酸配置成的溶液進行清洗，以去除殘留的堿性物質(zhì)，直到溶液處于弱堿性（pH在7～8）即可。

第三步是清洗，目的是將脫脂清洗液清洗干凈。對于傳統(tǒng)脫脂方式，就是脫除四氯化碳，即是將適合管徑的海綿球浸泡于無水乙醇（分析純）液體中，待全部濕透后，用鑷子取出放入管道一端入口處，蓋上帶孔的堵頭，另一頭用工具收集，然后用4～5MPa的高壓氮氣吹海綿球直到被吹出管道另一端外為止。然后更換新的海綿球進行同樣的操作4～5次為宜。對于新型脫脂方式，在用弱酸液去除堿性物質(zhì)后，還需用大量潔凈水進行沖洗，直到管道內(nèi)流出的沖洗水表觀潔凈，顏色與初始狀態(tài)沒有明顯變化時，渾濁度≤3度時，即可結(jié)束水沖洗。

第四步是干燥，目的是將脫完脂的管道進行晾干處理，從而保證管道內(nèi)部的清潔，避免二次污染。對于用無水乙醇浸泡清洗的管道，可直接將不銹鋼管放入潔凈環(huán)境中，進行自然通風(fēng)晾干處理，也可用壓縮空氣或高純度氮氣吹掃，吹掃干后用潔凈的塑料布或潔凈堵頭對兩端管口進行包扎后，直接送入庫房進行封存或直接送入下一步酸洗鈍化處理。

(2)供氣輸送管道的酸洗鈍化

①酸洗鈍化的原理

潔凈空氣輸送管道的酸洗鈍化，主要是在化學(xué)置換反應(yīng)及強氧化還原反應(yīng)作用下，通過溶解氧化附著物，同時在奧氏體不銹鋼表面形成致密的氧化鉻保護層，使管道內(nèi)外壁表面覆蓋一層具有一定厚度的致密鈍化膜，起到隔斷和遲滯奧氏體不銹鋼金屬表面的電化學(xué)腐蝕，從而增強潔凈供氣管道的耐腐蝕能力。

②酸洗鈍化方法

酸洗鈍化方法有多種，如浸漬法、涂刷法、膏劑法、循環(huán)法以及電化學(xué)法等，其中浸漬法就是將輸送管道放入由25%～36%的硝酸和0.5%～8%的氫氟酸配置而成的酸洗液中，并保持溫度在21～60℃，靜置處理一定時間。然后從中取出放入20%～50%的硝酸鈍化液中，保持溫度在49～71℃，再保持10～30min，就得到表面鈍化膜較為均勻的強防腐蝕能力。浸漬法具有效率高、成本低等顯著特點，已在潔凈空氣輸送管道的酸洗鈍化過程中得到廣泛應(yīng)用。

通常酸洗鈍化采用在槽內(nèi)浸泡的方式，酸洗槽宜用鋼板制作，內(nèi)壁鋪PVC或聚乙烯座襯墊。當(dāng)使用使用12%～15%的硝酸（按體積）進行酸洗處理時，溫度宜保持在40～60℃，浸泡時間6～8h，直至鋼管表面無明顯雜質(zhì)時停止浸泡。鋼管在槽內(nèi)浸泡時，應(yīng)注意放置的位置，避免管內(nèi)存留空氣。奧氏體不銹鋼管在浸泡過程中應(yīng)上下前后移動或翻動，使管道內(nèi)腔溶液不斷更換，以提高浸泡效果。必要時需取出鋼管，用水氣沖洗后再進行浸泡。

酸洗鈍化結(jié)束后，需將不銹鋼管從酸洗槽內(nèi)取出，然后放置在在40～60℃左右的熱水槽內(nèi)漂洗，時間5～20min。熱水槽用鋼板制作，內(nèi)壁鋪PVC或聚乙烯。漂洗所用熱水中氯離子濃度不易大于25mg/L。熱水漂洗完后，再將不銹鋼鋼管取出，潔凈壓力水（壓力P≥0.1MPa）進行動態(tài)沖洗，包括噴淋清洗和循環(huán)清洗等。大直徑管道可以采用噴頭噴淋清洗，人員進入管道手持高壓噴淋頭進行噴射清洗；一般不銹鋼管道更加適合采用循環(huán)清洗。

清洗完后進行自檢和互檢檢測，合格后提交質(zhì)檢員進行驗收，然后再用高純氮氣或空氣進行吹掃，之后封存管理或出廠運輸。

(3)微塵去除

如發(fā)現(xiàn)管道里有細小微塵，則采用拉洗法、水洗法、吹掃法或精密過濾法進行清除。通常拉洗法和水洗法適合管道連接前，吹掃法和精密過濾適合管道安裝完成后前期試運行。

①拉洗法

拉洗法適合清洗管道內(nèi)附著力不強的灰塵等污物，方法就是將潔凈的白綢布用繩子或鋼絲綁扎成一團一團的，共許多團，然后將繩子一端送入管道入口，從另一端也就是出口抽出，直到綢團全部位于管內(nèi)，然后兩端拉，5min左右，換綢團后再進行同樣拉洗，直到3～5次為止，也即是管道干凈為止。

在采用拉洗法清洗管道的過程中，需注意繩子可采用潔凈綢布包裹密實的金屬絲，而不能直接采用金屬絲或線，否則容易將管道碰傷。如采用普通棉繩，則需注意強度，否則容易被拉斷。

圖2 包裹金屬絲拉洗法清洗管道

②水洗法

采用水洗法進行清洗管道時，需要注意水中氯離子含量不得超過25mg/L，沖洗時宜采用大流量，如高壓水槍等，流速不得低于1.5m/s，而且沖洗過程應(yīng)連續(xù)進行，直到出水口水色與入水口水色一致為止，即視為沖洗干凈。

水沖洗后還需進行高壓氮氣吹掃，吹掃氮氣壓力不得低于3MPa，直到將管內(nèi)水分吹掃干凈為止。

③空氣吹掃法

適用于分支較少的管道，總的原則是逐段吹掃，逐段凈化主管路和設(shè)備，氣體進入后續(xù)設(shè)備和管路前，應(yīng)得到凈化，凈化后的空氣再對后續(xù)設(shè)備和管路進行吹掃，因吹掃所產(chǎn)生的廢氣，應(yīng)及時從次要管路或排氣管排出。每吹掃一段管路，都應(yīng)做適當(dāng)檢測，待符合要求后再進入下一段管路的吹掃，直到把管路上所有設(shè)備、設(shè)施都吹掃干凈后，再按照設(shè)計標準要求進行全管路的試運行，直到滿足工藝要求為止。

④精密過濾法

為達到潔凈要求，考慮潔凈空氣普遍具有露點低、不易結(jié)露等特點，還可以在供氣末端安裝Y型過濾器，同時將濾芯換成符合微粒要求的不銹鋼濾芯，如需要微塵粒徑小于5μm時，可將濾芯換成3000目的不銹鋼絲網(wǎng)；如需要微塵粒徑小于3μm，可將濾芯換成5000目的不銹鋼絲網(wǎng)。使用一段時間后，再將鋼絲網(wǎng)上攔截的微塵進行清掃后再安裝使用，或者更換新的滿足要求的潔凈過濾網(wǎng)。

2.潔凈空氣輸送管道的凈化檢測

目前潔凈空氣輸送管道的潔凈度檢測沒有標準方法，主要是靠目測和照相以及紫外光等三種方法進行檢測。

(1)打海綿彈法檢測

打海綿彈法檢測潔凈空氣輸送管道最為常用，也是檢測的主要手段。就是用鑷子將新購置的適合管徑的海綿球，放于待測管道的一端，另一端用帶金屬網(wǎng)狀籃子，然后用5～6MPa的潔凈高壓氮氣快速沖擊海綿球，直到海綿球被吹到另一端出口籃子里為止，然后用鑷子取出海綿球用肉眼進行觀察，如此反復(fù)2～3次，每次都沒有發(fā)現(xiàn)海綿球上有污物，則視為干凈。

(2)內(nèi)窺鏡法檢測

此法為輔助手段，就是將帶攝像頭的一端放入管道內(nèi)，然后開啟攝像頭，慢慢將攝像頭端往管道內(nèi)伸入，從另一端屏幕處仔細觀察畫面變化，如圖3所示，如果沒有觀察到明顯變化，質(zhì)地均勻，則視為合格。

圖3 內(nèi)窺鏡檢測示意圖

(3)紫外光法檢測

脂類物質(zhì)或其他種類的材料遇到紫外光后會顯示熒光色，開啟紫外燈，對著待測物體照明，仔細觀察結(jié)果。如果沒有顏色變化，表明物質(zhì)潔凈，如果出現(xiàn)亮藍色或和亮黃色（如圖4），越多污染越重。紫外光法主要適合對管口內(nèi)部附近的檢測。

圖4 紫外光檢測不清潔管道

(4)通流試驗檢測

通流試驗就是先用5～6MPa的氮氣從管道一端吹20～30min左右，另一端用收集工裝，工裝里裝入網(wǎng)狀墊片或由3層以上白綢布構(gòu)成的收集層，吹掃完后，將其中雜質(zhì)吹出去，然后用肉眼觀察白綢布上是否有污點，若無則可以進入下一個流程。通流試驗檢測一般可以作為潔凈氣體使用前的最后檢測，如肉眼觀察到白綢布上沒有任何污點或黑點，則認為合格，可以投入使用；如肉眼觀察到白綢布上有任何污點或黑點，則認為不合格，則需繼續(xù)吹掃直至沒有污點或黑點為止。

3.結(jié)語

隨著潔凈空氣使用需求的不斷增長，尤其是為滿足光學(xué)敏感元器件防結(jié)露的需要，對潔凈空氣輸送管道的潔凈要求也將越來越高，凈化手段及檢測方法將不斷增多，這將為建立潔凈空氣輸送管道的清洗和檢測標準規(guī)范提供重要依據(jù)。