機(jī)器人 未來工業(yè)清洗生力軍

    今年是中國(guó)工業(yè)清洗行業(yè)的“而立”之年。隨著國(guó)家化學(xué)清洗技術(shù)研究推廣中心的成立，尤其是中國(guó)工業(yè)清洗協(xié)會(huì)的成立，中國(guó)工業(yè)清洗行業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)制定、科技創(chuàng)新、交流合作等方面獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前，行業(yè)內(nèi)還有哪些新領(lǐng)域須引起重視、出現(xiàn)了哪些新的技術(shù)發(fā)展方向、技術(shù)合作交流中存在什么問題，日前在廣州召開的第十四屆全國(guó)清洗行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與清潔產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上，中國(guó)化工報(bào)記者就此進(jìn)行了采訪。

　　特殊設(shè)備清洗 不該遺忘的角落

　　隨著工業(yè)清洗應(yīng)用范圍越來越廣，常用的特殊設(shè)備的化學(xué)清洗和緩釋技術(shù)需要業(yè)內(nèi)不斷關(guān)注與實(shí)踐。遼寧師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院院長(zhǎng)焦慶祝對(duì)中國(guó)化工報(bào)記者表示。

　　焦慶祝舉了這樣一個(gè)例子：某化工廠兩臺(tái)工業(yè)鋁換熱器在大檢修期間由于操作失誤，使鋁受到強(qiáng)堿腐蝕，產(chǎn)生約1mm厚的α氧化鋁垢。α氧化鋁垢導(dǎo)熱系數(shù)很低，使換熱器無(wú)法滿足工藝要求。α氧化鋁不溶于堿，也不溶于絕大部分酸，只能溶于氫氟酸。如果使用氫氟酸，設(shè)備材質(zhì)鋁會(huì)受到嚴(yán)重腐蝕。怎么辦?

　　“如果使用一種新研制的鋁抗氫氟酸腐蝕的高效緩蝕劑，問題就可以輕松解決。”這種藥劑對(duì)鋁的腐蝕速率僅為0.01365g/m2·h。該廠應(yīng)用該技術(shù)后，現(xiàn)場(chǎng)清洗效果顯示，α氧化鋁清除率達(dá)100%，且鋁設(shè)備未見任何腐蝕現(xiàn)象。

　　除α氧化鋁之外，石油化工廠的不銹鋼換熱器(連接管路為碳鋼)中硅鐵氧化物垢的清洗也需要引起重視。在處理較好的循環(huán)水中，鹽類含量極低，但水中中性二氧化硅和微量氧難以清除，在較高溫度和壓力下常在設(shè)備表面結(jié)成二氧化硅和氧化鐵混合垢。焦慶祝介紹說，清除硅鐵氧化物垢的最佳方法是采用氫氟酸高溫清洗技術(shù)，不但溶垢速度快，而且溶垢量大。

　　聚合物-催化劑粉塵復(fù)合垢的清洗也令人煩惱。“某石油化工廠丙烯腈單體合成過程中會(huì)產(chǎn)生乙腈、丙烯醛、氫氰酸等副反應(yīng)產(chǎn)物，在后續(xù)處理過程中發(fā)生聚合，并與催化劑粉塵共同沉積于換熱設(shè)備表面，嚴(yán)重影響換熱效率，甚至使換熱設(shè)備堵塞，無(wú)法正常運(yùn)行。垢樣有黃、黑兩種顏色且組分不同，無(wú)法確定其準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)。”焦慶祝又舉了一個(gè)現(xiàn)實(shí)案例。分析表明，該垢樣主要成分為多種有機(jī)質(zhì)共聚體，有機(jī)質(zhì)含量80%~92%，其余為體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包雜的二氧化硅、鉬酸鹽、磷酸鹽、鉍鹽等無(wú)機(jī)物。

　　“對(duì)于這種聚合物-催化劑粉塵復(fù)合垢的清洗，清洗劑配套緩蝕劑新技術(shù)相當(dāng)有效。除垢率可達(dá)100%，緩釋效率高，無(wú)任何非均勻腐蝕現(xiàn)象。”他表示，采取超強(qiáng)酸作用下強(qiáng)氧化斷鏈的方式使聚合物變成小分子化合物揮發(fā)或溶于清洗劑中，二氧化硅等無(wú)機(jī)物從聚合物中脫落成粉塵或溶于清洗劑中。“只是該技術(shù)對(duì)緩蝕劑要求較高。因?yàn)榉磻?yīng)在90℃~100℃下進(jìn)行，這要求緩蝕劑不但具有良好的抗酸和抗氧化性能，還要耐高溫。”

　　此外，焦慶祝還介紹了鋁翅片空冷器鹽酸清洗技術(shù)、白銅換熱器在線清洗技術(shù)、鍍鋅蒸發(fā)冷卻器清洗技術(shù)等，受到了與會(huì)企業(yè)代表的歡迎。“對(duì)于常用特殊設(shè)備的清洗，企業(yè)需要找對(duì)方法，才能收到事半功倍的效果。”一位企業(yè)代表對(duì)中國(guó)化工報(bào)記者說，“不能小看這些‘鞋里的沙子’。”

　　精益洗凈 清洗技術(shù)新模式

　　在加工制造業(yè)中，清洗技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)的對(duì)接十分重要，高效率、高質(zhì)量、低成本的環(huán)保清洗技術(shù)一直備受關(guān)注。對(duì)精密部件加工而言，精密洗凈是必不可少的工藝流程，其技術(shù)核心是高質(zhì)量的精密洗凈與精益生產(chǎn)的整合。

　　“精益生產(chǎn)思想的本質(zhì)是準(zhǔn)確生產(chǎn)，消除浪費(fèi)。”天津科技大學(xué)副教授李大慶說，從精益管理的視角上，精益洗凈技術(shù)包含了精益設(shè)計(jì)原則、準(zhǔn)時(shí)化和技法3方面內(nèi)容。該技術(shù)模式構(gòu)想洗凈系統(tǒng)與自動(dòng)化生產(chǎn)線對(duì)接，在生產(chǎn)節(jié)拍、質(zhì)量、效率上實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)化洗凈，在洗凈種類上實(shí)現(xiàn)柔性，顆粒度等洗凈質(zhì)量指標(biāo)可實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)檢測(cè)。

　　天津普羅米化工有限公司開發(fā)的碳?xì)湟灰合磧艏夹g(shù)就是其中的佼佼者，他把傳統(tǒng)的單一洗凈轉(zhuǎn)換為一液洗凈，提高了效率與質(zhì)量。該技術(shù)減少了洗凈中的質(zhì)量波動(dòng)，保證了洗凈質(zhì)量的穩(wěn)定性，降低了成本并且減輕了環(huán)境負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)水化、近零排放。

　　一方面，碳?xì)淝逑磩┦莻鹘y(tǒng)含氯清洗劑的優(yōu)秀替代品。“企業(yè)往往關(guān)注高效而又簡(jiǎn)單的清洗方式，傳統(tǒng)的含氯清洗劑的確能夠做到這一點(diǎn)，但其毒性決定了其被逐步淘汰的命運(yùn)。”李大慶說，ISO14000系列對(duì)含氯清洗劑有嚴(yán)格的限制，企業(yè)為了取得ISO14000證書，現(xiàn)在都開始改用碳?xì)湎档那逑磩┖退登逑磩?。水系清洗劑雖然環(huán)保，但設(shè)備投資成本高、不易干燥，清洗后的產(chǎn)品常會(huì)生銹跡、斑點(diǎn)，還需考慮排水問題以及中國(guó)水資源缺乏的現(xiàn)實(shí)。而碳?xì)淝逑磩╇m然有可燃性，與含氯系清洗劑相比具有不易干燥的弱點(diǎn)，但這些在清洗設(shè)備上得到補(bǔ)償。

　　“精密洗凈是中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的技術(shù)組成部分，對(duì)提升高質(zhì)量部件加工水平必不可少。”李大慶說。

　　清洗緩蝕劑 任重道也遠(yuǎn)

　　工業(yè)清洗離不開緩蝕劑。近30年來，我國(guó)緩釋技術(shù)蓬勃發(fā)展，緩釋技術(shù)研究和工業(yè)清洗緩蝕劑開發(fā)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。尤其近年來，我國(guó)緩蝕劑研究更加深入，人們?cè)谧非缶徫g劑的高效、廉價(jià)、美觀的同時(shí)，更加注重綠色緩蝕劑開發(fā)。

　　據(jù)焦慶祝介紹，目前，緩釋技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要有4方面。一是綠色緩蝕劑的研究與開發(fā)，主要集中在天然產(chǎn)物緩蝕劑、生物膜緩蝕劑和氨基酸類緩蝕劑等;二是緩釋協(xié)同作用和緩釋組裝技術(shù)研究;三是緩蝕劑作用機(jī)理的量子化學(xué)研究和分子動(dòng)力學(xué)模擬;四是多功能集成的緩釋體系開發(fā)，如緩蝕劑的控制釋放技術(shù)和智能緩釋材料等。

　　焦慶祝認(rèn)為，緩釋技術(shù)從理論研究、表征測(cè)試方法到緩蝕劑產(chǎn)品仍然任重道遠(yuǎn)。首先，緩釋理論研究還需進(jìn)一步深入，包括緩蝕劑分子的吸附理論、HOMO和LUMO的能量計(jì)算和系統(tǒng)研究、軟硬酸堿理論的應(yīng)用、吸附過程熱力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)、電荷分布和電子密度等。

　　其次，緩蝕劑性能表征測(cè)試手段還需進(jìn)一步發(fā)展。焦慶?？偨Y(jié)了目前常用的33種研究方法后指出，失重法是最原始的化學(xué)分析法，提供的信息也極為有限，但仍然是一種最可靠、最基本的方法，也是其他研究方法可靠性的判據(jù)。電化學(xué)方法目前仍然是緩釋作用研究最主要的手段，其原位實(shí)時(shí)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是其他方法難以取代的。發(fā)展電化學(xué)研究方法、豐富測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)分析手段是深化緩蝕劑研究水平的重要方向。

　　最后，高效和綠色成為緩蝕劑開發(fā)的兩大關(guān)鍵詞。達(dá)到高效，要根據(jù)理論分析，設(shè)計(jì)合成新型結(jié)構(gòu)緩蝕劑;利用各組分之間的協(xié)同作用，開發(fā)緩釋性能更優(yōu)良的復(fù)合型緩蝕劑。實(shí)現(xiàn)綠色，生產(chǎn)過程要無(wú)毒無(wú)害，不污染環(huán)境;緩蝕劑本身要綠色環(huán)保;從天然產(chǎn)物和各種副產(chǎn)品中提取緩蝕劑。

　　“我國(guó)近10年來對(duì)緩蝕劑的研究應(yīng)用發(fā)展很快，部分產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，但總體水平與國(guó)外還有差距，部分產(chǎn)品仍需進(jìn)口。探索從天然植物、海產(chǎn)動(dòng)植物中提取、分離、加工新型緩蝕劑的有效成分，利用醫(yī)藥、食品、工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品提取緩蝕劑組分，并進(jìn)行復(fù)配或改性處理研制新的緩蝕劑，運(yùn)用量子化學(xué)理論和分子設(shè)計(jì)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)合成高效多功能環(huán)保型和低聚型緩蝕劑，仍將是今后緩蝕劑研究的重要方向。”焦慶祝表示。

　　清洗機(jī)器人 未來生力軍

　　或許未來某一天，清洗施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)是這樣的場(chǎng)景：一群機(jī)器人“操作工”爬上爬下、里里外外、不辭辛勞地忙活著，它們時(shí)而爬上百層高樓，時(shí)而鉆進(jìn)黑漆漆的彌漫著異味的儲(chǔ)罐，互相配合，活兒干得精確、高效而有序。而人類操作工只需要喝著茶檢查工作進(jìn)程即可。

　　這樣的場(chǎng)景并非幻想。工業(yè)清洗施工最早幾乎全是人工操作，臟亂差的環(huán)境、高空作業(yè)、接觸毒性溶劑、清洗對(duì)象為易燃易爆物質(zhì)等對(duì)工人們是家常便飯。后來逐漸實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，這些問題仍然或多或少地存在。智能機(jī)器人的出現(xiàn)，使清洗機(jī)器人有望登上行業(yè)舞臺(tái)，跟清洗操作員們搶一搶“飯碗”。

　　清洗機(jī)器人屬于一種特殊的智能服務(wù)機(jī)器人，一般工作在非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中，作業(yè)對(duì)象是附著或者粘附在物體表面的污垢。與一般的工業(yè)機(jī)器人相比，清洗機(jī)器人的性能要更好、智能化程度要更高才能勝任工作。

　　1966年，日本化工機(jī)械技術(shù)服務(wù)株式會(huì)社研制出世界第一臺(tái)清洗機(jī)器人，用于清掃核電站爐心內(nèi)壁面的附著物。20世紀(jì)80年代，多種清洗機(jī)器人相繼出現(xiàn)并得到初步應(yīng)用。美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、以色列等國(guó)也開發(fā)了多種爬壁清洗機(jī)器人。這其中有能清洗飛機(jī)和建筑物的“清洗巨人”，有清洗效率達(dá)到1000m2/h的清洗高手。時(shí)至今日，國(guó)外清洗機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到很高水平。清洗機(jī)器人逐漸服務(wù)于人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，并帶來了巨大的社?huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　國(guó)內(nèi)清洗機(jī)器人起步較晚，但發(fā)展很快。從1987年上海大學(xué)率先開展爬壁清洗機(jī)器人研究至今，上海大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)藍(lán)星化學(xué)清洗總公司、深圳市馨園坤實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司、北京東方杰晨環(huán)?？萍加邢薰鞠群笱邪l(fā)了多款壁面清洗、管道清洗機(jī)器人。

　　武警工程大學(xué)副教授周利坤指出，清洗機(jī)器人研究在滿足移動(dòng)速度快、清洗效率高、清洗效果好、穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單靈活、能夠快速可靠避障的基本前提下，應(yīng)盡可能做到外型美觀、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸適宜、造價(jià)低廉和智能化程度高等。這就需要在吸附和移動(dòng)、清洗技術(shù)、傳感技術(shù)、定位、導(dǎo)航和路徑規(guī)劃等五大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得進(jìn)一步突破。

　　周利坤認(rèn)為，清洗機(jī)器人是目前國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，未來清洗機(jī)器人有4個(gè)研究方向，多機(jī)器人系統(tǒng)、多傳感器融合系統(tǒng)、變胞機(jī)器人、能夠完成選擇性清洗以及特殊環(huán)境(如儲(chǔ)油罐等封閉、高危物體)下的清洗任務(wù)的機(jī)器人。

　　圖為國(guó)外先進(jìn)清洗設(shè)備演示現(xiàn)場(chǎng)。 (本報(bào)記者 李東周 攝）