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碳氫真空清洗機在制造行業的應用
“保護環境，拯救地球；降低成本，適應國情”ODS替代技術——碳氫真空清洗機在制造行業的應用。 中國工業清洗行業幾十年來一直用氟利昂、三氯乙烷洗滌劑清洗五金零件造成的大氣層污染問題一直困擾著眾多的生產企業。碳氫化合物清洗技術95年在日本、歐美先進的工業國家得到廣泛應用。由于在中國大陸的日資企業大量使用，使得這一技術在中國形成環保趨勢；中國要盡快掌握利用碳氫化合物技術清洗工業設備，以盡快解決傳統工業清洗技術所造成的環境污染問題，推動中國清楚工藝的技術更新換代。 日本企業在ODS和鹵代烴清洗劑替代過程中形成的主流技術——碳氫清洗，具有洗凈力強、適用面廣、安全環保等諸多優勢。下面詳細介紹了碳氫清洗和真空清洗干燥機的特點和技術，以及碳氫清洗在機械制造行業的運用，對淘汰ODS將將重要作用。 一、碳氫清洗劑在五金零件清洗中的優勢與缺陷 碳氫清洗劑是餾程在140-190℃左右的正構和異構煥烴。一般是石油經粗蒸餾、加氫、精餾、異構化制成。碳氫清洗劑與其他清洗劑相比有許多優勢： {C}1、{C}清洗性能好。碳氫清洗劑與大多數的潤滑油、防銹油、機加工油同為非極性的石油餾分，根據相似相容的原理，碳氫清洗劑清洗這些礦物油的效果要好于鹵代烴和水基清洗劑。 {C}2、{C}蒸發損失小。碳氫清洗劑的沸點一般在150℃以上，在使用保管過程中揮發損失要比沸點在40～80℃的鹵代烴小得多，對包裝五和設備的密封要求很低。 {C}3、{C}無毒。經毒理實驗，碳氫清洗劑的吸入毒性、經口毒性和皮膚接觸毒性均為低毒，且不屬于致癌物質，與鹵代烴相比對清洗操作人員更安全。 {C}4、{C}材料相容性好。碳氫清洗劑中不含水分和氯、硫等腐蝕物，對各種金屬材料不會產生腐蝕和氧化。另外，由于其屬于非極性溶劑，對大部分塑料和橡膠沒有溶解、溶脹和脆化作用，因此應用范圍極廣。 {C}5、{C}可徹底揮發物殘跡。碳氫清洗劑是非常純凈的精制溶劑，在常溫和加溫狀態下均可完全揮發，沒有任何殘留。 {C}6、{C}不破壞環境。碳氫清洗劑可以自然降解，清洗廢液可以放入燃煤或燃油鍋爐中焚燒，焚燒的生成物主要為CO2和水，對空氣沒有污染。碳氫清洗劑中不含氯，對臭氧的破壞系數為零。 {C}7、{C}價格便宜。普通碳氫清洗劑的價格相當于F-113價格的50%以下，是某些ODS替代品價格的二十分之一。（見附表1：常用碳氫清洗劑與鹵代烴清洗劑沸點和閃點比較）為了使經濟適用的碳氫清洗劑得到更好的利用，日本企業將真空技術應用到清洗設備中，開發出一種全新的清洗設備——真空清洗干燥機，徹底克服了碳氫清洗劑的弱點，是碳氫清洗在日本得到廣泛的應用。 {C}二、{C}真空技術在五金零件清洗中的作用 真空清洗干燥機利用液體在真空狀態下的物理變化，改變了碳氫清洗劑和被清洗物的某些特性，從而趨利避害，使碳氫清洗劑的優勢得到更好的發揮。真空技術在清洗中主要作用是： {C}1、{C}脫出清洗劑中的空氣，減少超聲波的衰減。為提高清洗效果，清洗機中一般都采用超聲波技術，利用超聲波振子每秒鐘幾萬次頻率的振動，發出超過人耳可聽見的10萬倍以上的聲壓。在真空狀態下，清洗劑中的氣體會被脫出，從而避免了超聲波的衰減。這一效果可以從鋁箔實驗中得到驗證：在清洗槽中分別加入未經真空脫氣和經過真空脫氣的碳氫清洗劑，使用相同功率的超聲波對鋁箔清洗一分鐘，結果未經脫氣的清洗劑可見輕微的震動，鋁箔基本上無變化。而進過真空脫氣的清洗劑劇烈震動，鋁箔很快出現許多孔洞。 {C}2、{C}排除工件表面和孔隙中的空氣，提高清洗效果。在傳統清洗中，清洗效果不理想常常是因為盲孔、粗糙表面和細小縫隙中的空氣不能排出，影響清洗劑的浸潤，產生清洗盲區。應用真空技術后，可使部件表面、縫隙和盲孔內的空氣全部排出，使清洗劑完全浸入工件的每個部位，使工件的各個部位都達到最好的清洗效果，對于構造復雜、盲孔較深的工件，通過兩次以上的抽真空和排氣過程，也可以將空氣全部排出。所以在真空狀態下，清洗效果要比常壓下更好。 {C}3、{C}如對精密五金零HDD部件的清洗采用以下工藝： {C}4、{C}第一槽：抽氣超聲波清洗（28KHz） 碳氫化合溶劑 拋動/旋轉裝置 35℃ 第二槽：真空超聲波清洗（40KHz） 碳氫化合溶劑 旋轉裝置 35℃ 第三槽：真空超聲波清洗（40KHz） 碳氫化合溶劑 旋轉裝置 35℃ 第四槽：減壓蒸汽清洗+真空干燥 碳氫化合溶劑 旋轉裝置 35℃ 特點：對細孔、盲孔、螺絲等能徹底清除到深孔內。 {C}5、{C}降低沸點使碳氫清洗劑也可以實現氣相清洗。使用鹵代烴清洗劑的超聲波清洗機，利用鹵代烴清洗劑沸點低的特點，在清洗的最后一步，將清洗劑加熱使之產生純凈的清洗劑蒸汽，用溶液蒸汽對工件進行氣相清洗，使溶解在清洗溶液中的油污不會殘留在工件表面。由于碳氫清洗劑的沸點高于閃點，在常壓狀態下不可能對工件進行蒸汽清洗。真空清洗干燥機利用液體在真空狀態下沸點降低的原理，通過對密封的清洗槽抽真空，使碳氫溶劑的沸點大大降低，只需將碳氫清洗劑加熱到80℃左右，就可使其沸騰，實現清洗清洗。 {C}6、{C}利用真空突沸效應，提高干燥速度。由于碳氫清洗劑的沸點都在140℃以上，在常壓下徹底揮發一般需要一小時左右。這樣的干燥速度肯定不能滿足工藝清洗的節拍要求。而用加熱烘干的方法又容易產生火險，這也是碳氫清洗劑在中國未得到廣泛應用的主要原因之一。真空清洗干燥機一般是將蒸汽清洗與真空干燥在一個槽中進行，在對工件進行蒸汽清洗的同時使工件溫度升高，然后使干燥槽迅速進入更高的真空狀態，工件表面的清洗液會突然沸騰（真空突沸效應）而迅速揮發干凈。這樣可以降工件的干燥時間降低到一分鐘以內。 {C}7、{C}真空蒸餾，使碳氫清洗劑再生重復使用。清洗劑的蒸餾再生，就是利用清洗劑與污垢之間的沸點差，將溶有油污的清洗劑加熱到清洗劑的沸點以上而控制在油污的沸點以下，是清洗劑汽化，然后通過冷凝裝置使之重新凝結成純凈的清洗劑，而沸點較高的油污和機械雜質則留在蒸餾罐的底部。鹵代烴清洗劑由于沸點低且不可燃，蒸餾再生相對容易，所以，許多鹵代烴清洗劑都附帶有蒸餾再生裝置。而碳氫清洗劑由于沸點高而閃點低，在常壓下蒸餾再生是不肯能的。真空清洗干燥機的蒸餾再生裝置在高真空下使碳氫清洗劑的沸點降低到80℃，使清洗槽中溶解了油污的清洗溶液不斷地抽入蒸餾裝置，在真空中加熱蒸發，再經過冷凝成為清潔溶劑回到清洗槽中，使清洗液始終保持清潔狀態。油污則留在蒸餾裝置底部，定期排出。 {C}8、{C}隔絕氧氣，是碳氫清洗劑失去燃燒的條件。絕大多數碳氫清洗劑閃點都在50℃左右，在我國《常用危險化學品的分類及標志》（GB13690-92）中屬于高閃點易燃液體。雖然閃點較高，但在高溫或有助燃物（如紙和棉絮）的情況下任有燃燒危險。因此控制火險成為其推廣使用必須解決的問題。燃燒需要可燃物、溫度和氧氣三個必要條件，只要缺少一項，燃燒就不肯能發生。在真空狀態下氧氣含量極低，在清洗、干燥和蒸餾再生的過程中，即使碳氫清洗劑的溫度達到閃點以上，由于沒有氧氣，失去了燃燒的一個必要條件，碳氫清洗劑也不會燃燒，從而保證了使用安全。真空清洗干燥機用一套真空泵同時解決了清洗中的諸多問題，可以說是設備創新和設計的典范。 {C}三、{C}真空清洗干燥機的種類和構造 真空清洗干燥機可以根據用戶的工件形狀、尺寸、材質，油污種類和污染程度，清洗后的潔凈度要求，清洗車間的場地條件等為客戶設計和生產專業機。真空清洗干燥機按照工件搬運的自動化程度可分為全自動、半自動和手動；按照清洗槽的數量可分為單槽機、雙槽機、多槽機等；按照清洗工件體積可分為大型機、重型機和小型機；按照蒸餾裝置與清洗裝置的結合方式可分為一體式和分離式；按照清洗對象可分為電鍍、熱處理、卷材清洗專業機。根據真空清洗干燥機各部分的作用，可分為清洗系統、干燥系統、蒸餾再生系統、輸送系統、控制系統、安全輔助裝置幾部分。 各生產廠家進過多年的研究開發，使真空清洗干燥機的技術水平逐步提高，功能不斷完善，洗凈力大幅度提高、成本進一步下降、可以滿足更多客戶的清洗要求，從而使碳氫清洗技術日臻成熟，被越來越多的客戶所認同，在替代ODS和有害清洗溶劑中發揮了巨大作用。真空清洗干燥機中運用的技術有： {C}1、{C}多種技術協力，提高洗凈力。 超聲波震蕩。與其他清洗設備一樣，真空清洗干燥機中也有采用超聲波震蕩提高洗凈力。在真空清洗干燥機中由于清洗劑中的空氣粒子被抽出，超聲波的沖擊力較普通清洗機大大提高。一些生產廠家還在真空清洗干燥機中運用雙周波和三周波超聲技術，利用不同功率和波長的超聲波使溶液產生高頻震蕩，以提高洗凈能力。 搖動和滾動清洗。利用搖動機構使清洗籃做上下左右搖動和旋轉滾動，以利于污垢盡快脫離工件表面噴淋清洗和蒸汽清洗。根據清洗對象的形狀和清洗工藝要求，有限真空清洗干燥機中還運用了加壓噴淋和蒸汽清洗技術，以提高清洗力和清潔度。水基清洗和碳氫清洗協同作用。碳氫清洗劑對礦物油的溶解力較強，而對水溶性污垢清洗效果較差。有些真空清洗干燥機針對工件上的特殊污垢先用水基清洗機洗掉水溶性污垢，再用碳氫清洗劑將水基清洗劑置換掉并進一步溶解礦物油污垢，不僅使成分復雜的污垢也可以清洗干凈，還避免了水基清洗造成的金屬銹蝕。清洗液的連續連續循環更新，隨著清洗工作的進行，清洗液不停的從末端的凈洗槽逐級溢流到前段的初洗槽，而初洗槽中的清洗液則不停的被抽入真空蒸餾再生裝置經蒸餾和冷凝變成純凈的清洗液流回到末端的凈洗槽，從而保證清洗機中清洗液始終處于清潔狀態。 {C}2、{C}點滴入手，降低清洗劑消耗。 清洗劑在清洗過程的損耗發生在一下環節：使用和儲存過程的自然揮發損失、通風和干燥過程中的排放損失以及蒸餾再生后排放廢液的帶出損失。由于碳氫清洗劑的沸點都超過150℃，在儲運和使用過程中的揮發損失較沸點為40℃～70℃的鹵代烴清洗劑要小得多。而真空清洗干燥機全封閉的清洗槽和真空系統設計，至清洗劑的揮發損失減少到最低。為減少抽真空和干燥過程中的排放損失，真空清洗干燥機中設計了排氣冷凝回收裝置，可以將真空系統排氣和真空干燥過程中帶出的清洗劑中的絕大部分冷凝回收。真空蒸餾再生過程排放的臟污廢液中必然會夾帶一部分清洗劑。真空清洗干燥機中一般采用多段蒸餾再生和廢液濃縮排放，將廢液中的清洗劑“榨干”后再排放。以上一系列的節省措施，可以使碳氫清洗劑的使用成本降低到三氯乙烷、三氯乙烯、二氯甲烷等方法的五分之一到十分之一。 {C}3、{C}精心設計，節省能源。 在清洗過程中不僅要犒勞清洗劑的消耗，各種能源的消耗也是清洗成本的重要組成部分。碳氫清洗因為增加了真空系統和加熱干燥，較鹵代烴清洗增加了一些電力消耗。但其他部分的精心設計，使得真空清洗干燥機的能耗總消耗與鹵代烴清洗機接近。在鹵代烴清洗機中為使沸點較低的清洗劑減少揮發損失并有效冷凝回收，必須在清洗槽上不設置冷凝區，并配置冷凍機組制冷。由于碳氫清洗劑沸點較高，在真空清洗干燥機中只需采用25℃以下的冷卻水就能保證冷卻效果，從而省去了制冷機組的能源消耗。所有真空清洗干燥機均將氣象清洗與真空干燥設置在一個槽中，利用氣象清洗過程中蒸汽的熱量給工件加熱，使工件在真空干燥過程中利用自身的溫度加速干燥。為了實現能源的再利用，真空清洗干燥機將各工作步驟排出的熱風重新回到需要加熱的部分循環利用，不僅節約了加熱中的能源消耗，而且減輕了環境壓力。 在一下真空清洗干燥機的各個真空部分之間，抽真空和恢復常壓的過程也被精心設計，使高真空部分在恢復常壓之前先與即將進入真空的部分進行壓力平衡，使“真空能”得到最大限度的利用。 {C}4、{C}防患未然，保證安全。 使用碳氫清洗劑替代鹵代烴清洗劑，人們最擔心的是碳氫清洗劑閃點較低易燃的問題。真空清洗機除了用真空技術使碳氫清洗劑在清洗機中失去燃燒條件外，還通過使用防爆電機、防火閘門、導熱油間接加熱、溫度自動控制、可燃氣體濃度報警、機門自動封板、電源自動切斷及自動滅火等裝置確保使用安全。 {C}四、{C}碳氫清洗在最適應機械五金行業 近年來，中國逐步向世界加工中心的方向發展，大批國外和港、澳、臺企業在中國建立工廠，生產機械、電子零部件，清洗劑和清洗機的需要量迅速增長。這些企業在中國設廠的原因除了廉價的勞動力外，環保方面管理的相對寬松也是重要因素。近兩年隨著中國淘汰ODS進程的加快，以及政府對環境保護和勞動者人身健康的重視，企業目前任大量使用的ODS和其他鹵代烴清洗劑面臨淘汰的巨大壓力，許多企業局域尋找適合的替代方法。中國企業對碳氫清洗設備已有較強的購買欲望，汽車零部件、HDD部品、五金沖壓件、軸承行業的上市公司、集團公司、港資企業已開在進行這方面洽談購買。真空清洗干燥機和碳氫清洗劑已經在中國使用多年。 今后，碳氫清洗必然以其高效、低毒、經濟、環保的諸多優勢成為中國清洗行業的主流，碳氫真空清洗干燥機將得到迅速推廣。 {C}五、{C}碳氫清洗的替代方式和經濟效益分析 由于碳氫清洗劑必須借助于真空清洗干燥機才能徹底發揮其優勢，而真空清洗干燥機較其他的清洗設備結構復雜，目前又都是日本進口，因此用碳氫清洗劑替代ODS的最大障礙就是初期的設備投資較大。在日本生產的真空清洗干燥機，因清洗槽數量、被清洗物尺寸、自動化程度、選配裝置的不同，以一臺手動三槽式碳氫機在日本折合人民幣價格在80萬元，在中國生產后可降低到55萬元。全自動五槽碳氫真空清洗干燥機在日本折合人民幣價格在160-200萬元，在中國生產后可降低到120萬元左右。這樣的設備投資對于外資企業容易接受，而對國內企業，特別是中小型企業和勞動密集型企業任顯得昂貴。因此可以根據企業條件采用不同的替代方案，采用減壓抽氣盡量利用原有設備，降低一次性投資。但不論采用任何方案，用碳氫清洗代替ODS和其他鹵代烴清洗劑都會給企業帶來長久的經濟利益。根據中國企業產品類型、工藝要求、原有設備狀況和資金實力，用碳氫清洗替代原有的清洗工藝可以采用三種方法： {C}1、{C}全面更換設備。對于清洗工作量大、原有設備比較陳舊、不能滿足清洗要求而資金允許的企業，可以淘汰原有設備，按企業工藝要求設計制造真空清洗干燥機，雖然設備投資較大，但日常清洗劑的消耗量僅為鹵代烴清洗劑的1/5甚至更少，投入的設備資金約在3年多收回，實現設備國產化是當務之急。 {C}2、{C}局部更換設備。對于清洗工作量大、原有設備完好的企業，可以降原有設備的氣象清洗、干燥和蒸餾再生部分更換為真空蒸餾再生裝置內置的真空干燥機。設備投資較小，而日常清洗劑的消耗量約為鹵代烴清洗劑的40%，投入的設備資金約在1年多收回。 {C}3、{C}局部改造設備。對于資金條件較差、原有清洗設備尚可使用的企業，可以降原有設備自然干燥部分改裝成帶循環水冷凝的熱風干燥裝置，再另配一臺真空蒸餾再生機，這樣設備投資較少，日常清洗劑的消耗量約為鹵代烴清洗劑的1/2，投入的設備資金約在10月收回。
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