工业清洗剂及清洗技术

在现代化生产中，设备、管线、厂房、建筑物以及原材料、产品和半成品，几乎时刻都在与大气、环境、生产原料、介质和机械油等接触。日积月累，各种污垢便会在这些表面上残留、沉积乃至生成，不仅影响生产运行与产品质量，还可能增加能耗成本、诱发事故，甚至危及人身健康。可以说，能否科学地识别污垢、合理地选用清洗剂与清洗工艺、安全环保地完成清洗作业，直接关系到企业的生产效率、设备寿命与综合效益。本文将从工业污垢的基本概念入手，系统梳理常用化学清洗剂的种类与特性，介绍物理与化学清洗方法、清洗剂的技术要求，并结合化工生产设备的典型清洗案例，说明清洗过程中“三废”的处理方法与安全作业守则，为企业合理开展工业清洗提供参考。

一、工业污垢及其清洗

所谓工业污垢，是指设备、管线、厂房、建筑物、原材料、产品或半成品在与大气、环境、生产原料、介质、产品、机械油等接触时，因物理、化学、电化学或生物学作用而在其表面残留、沉积并生成的、对生产运行、产品质量或人身健康有害的物质。它的形成贯穿于工业生产的各个环节，来源十分广泛：大气中的二氧化硫、硫化氢、二氧化碳和氧气等气体，冷却介质中的钙离子、镁离子、碳酸氢根离子等，生产原料与产品本身，润滑油、防锈油、液压油及各种添加剂等机械油，微生物，以及旧电镀层、漆皮、树脂层、搪瓷层等表面加工产物和锈垢等腐蚀产物，都可能成为污垢的来源。

从化学组成看，工业污垢可分为无机污垢和有机污垢两大类。无机污垢包括金属氧化物垢、水垢、泥沙等，有机污垢则包括油垢、聚合物垢、碳水化合物垢和蛋白质等。不同成分的污垢性质各异，所适用的清除方法也因此不同，这正是工业清洗需要“对症下药”的原因所在。

工业污垢的危害不容小觑。材料、生产设备与管线、车间厂房、建筑物、生产原材料与产品一旦受到污染形成污垢，便会直接影响生产的正常运行，增加生产能耗和成本，降低产品质量，引发各类事故，并损害材料性能与设备寿命。若不及时清除，被污染物的外观会受损，材质被侵蚀破坏，生产无法正常进行，原材料与能源消耗攀升，生产事故也将频频发生。因此，必须采取技术措施消除污垢。采用物理、化学或生物学方法，定期或不定期地消除污垢的过程，被统称为工业污垢清洗。

工业清洗的目的在不同工业部门不尽相同，所采用的方法也随之不同。总体来看，工业清洗旨在改善设备外观、净化和美化环境，维持正常生产、延长设备寿命，提高生产能力、改善产品质量，并减少生产事故。

被清洗的对象涵盖多种材料。常用金属材料包括碳钢和普通碳钢、耐蚀碳钢（即在铸铁中加入某些合金元素、使其在某些介质中具有较高耐蚀性的耐蚀合金铸铁，如高硅铸铁、高镍铸铁、铝铸铁等）、低合金钢、不锈钢、铜和铜的合金、铝和铝合金、钛和钛合金、铅和铅合金等。有机非金属材料则兼具金属所不具备的优点，如耐蚀性良好、原材料来源丰富、价格相对便宜，但缺点是机械强度较低、刚性较小，长时间承受载荷时容易发生形变与破坏，除石墨外导热性不良，耐热性和热稳定性也较低。常用无机非金属材料包括陶瓷、水泥、玻璃、搪瓷、铸石、混凝土、天然硅酸盐材料和石墨等。此外还有复合材料，即由两种或两种以上不同化学性质或不同组织相的物体以微观或宏观形式组合而成的材料。

二、常用化学清洗剂

工业化学清洗剂种类繁多，按其作用原理和用途，大致可分为水和非水溶剂、酸洗溶液、碱洗溶液、表面活性剂、金属螯合剂、污垢吸附剂、杀生剂与污泥剥离剂、酶制剂、缓蚀剂以及发泡与消泡调节剂等几大类。正确认识各类清洗剂的特性，是科学选用清洗工艺的基础。

水是最重要的溶剂。水在自然界中广泛存在，在工业清洗中，它既是多数化学清洗剂的溶剂，也是许多污垢的溶剂。非水溶剂则主要用于溶解有机垢，它对高聚物、油垢等的溶解，既包括使被溶解物质转变为分子状态的溶解过程，也包括使其溶胀并分散为更小颗粒的过程。常见的非水溶剂有烃与卤化烃、醇、醚、酮、酯、酚等及其混合物。

酸洗溶液主要以盐酸为主，其基本组成中需要添加必要的缓蚀剂、湿润剂、消泡剂和增厚剂。缓蚀剂是在低浓度下既能阻止或减缓金属在环境介质中腐蚀的物质；湿润剂是能排斥固体表面所吸附的气体、加快或均匀地与液体接触的物质，本质上属于表面活性剂，如平平加、OP乳化剂、吐温-80、曲通X-100等；消泡剂能降低液体表面张力，抑制泡沫生成，或使原有泡沫消失或减少；增厚剂则通过增加酸洗介质的粘稠度，延长酸洗介质在被清洗表面的停留和作用时间。酸洗清除金属氧化物垢的基本过程为：碱洗除油垢、热水漂洗、酸洗、冷水漂洗、中和、冷水漂洗、后处理（根据需要进行钝化、磷化、干燥、涂层等处理），最后进行废液处理；清除加热面上无机盐垢的基本过程则为：热碱清洗（使无机盐垢变疏松）、水漂洗、酸洗、水漂洗、钝化处理，最后进行废液处理。

碱洗溶液主要用于清除油脂垢、蛋白质等。与酸洗溶液相比，它的优点是不会造成金属腐蚀，不会引起工件尺寸明显改变，也不会快速返锈；缺点是成本较高，除锈、除垢速度较慢。

表面活性剂又称界面活性剂，是在两种物质的界面上聚集、并能显著改变液体表面张力和两相间界面性质的一类物质。它能够改变体系的界面状态，从而产生湿润或反湿润、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶等一系列作用。日常生活中使用的肥皂、洗衣粉、香波、人造奶油、沙拉酱等都属于表面活性剂。表面活性剂水溶液具有湿润性、乳化与分散性、清洗性、起泡性和发泡性等性质。任何一种表面活性剂都由非极性的亲油（疏水）碳氢链基团和极性的亲水（疏油）基团组成，其分子是一种既亲油又亲水的两亲分子。在化工生产中，利用表面活性剂的分散能力和湿润性可以改变许多工艺过程，例如乳化作用可提高含有不溶物的混合体系的反应速度，表面活性剂还可提高某些萃取过程的收率。

表面活性剂按其离子类型可分为阴离子、阳离子、两性和非离子表面活性剂等。阴离子表面活性剂的清洗性随温度升高而改善，加碱有利于增加清洗力，除烷基苯硫酸钠外，清洗后的织物手感好，价格也相对较低。阳离子与两性表面活性剂共同的特点是表面活性良好，去污、湿润、乳化、分散性强，同时具有杀菌、抗静电、柔软等特性，性能温和、刺激性小，对皮肤有滋润作用，配伍性好、易于降解，易溶于水、耐硬水、发泡性强，且在酸性溶液中显示阳离子性、在碱性溶液中显示阴离子性；缺点是两性表面活性剂价格较高，清洗能力不及非离子和阴离子表面活性剂。非离子表面活性剂主要有聚乙二醇型和多元醇型两类。此外还有高分子表面活性剂、生物表面活性剂、含硅含氟表面活性剂等特殊类型。在实际使用中，应根据表面活性剂的种类与特性加以选择，并综合考虑表面的吸着残留、安全性、使用浓度、溶解性、发泡性、使用温度和浊点、对硬水的稳定性、不同原料的正确配伍以及经济性等因素。

金属螯合剂是清洗过程中重要的一类化合物。在清洗金属时，它可去除金属表面的水垢和锈垢；在锅炉用水和循环冷却水中加入螯合剂可防止水垢生成，在已结垢的系统中加入螯合剂则可借助其螯合作用使水垢松散而去除。无机金属螯合剂中，氨是清洗铜垢的清洗剂，此外还有聚合磷酸盐；有机金属螯合剂则包括柠檬酸、乙二胺四乙酸、次氮基三乙酸、聚丙烯酸等。

污垢吸附剂利用污垢对不同物质表面亲和力的差别，在气体或流体介质中将污垢从原来附着的物体表面转移到另一物质表面，从而实现去除污垢的目的，这种清洗过程称为吸附清洗，用于此目的的物质叫吸附剂，被吸附的物质叫吸附物。吸附按作用力性质可分为物理吸附和化学吸附：物理吸附发生在固体表面的质点所有化学结合力已被相邻质点所饱和的情形下，吸附剂与吸附物之间只能依靠分子间作用力（范德华力）相互吸引；化学吸附则发生在固体表面原子尚有剩余形成化学键能力的情形下，吸附剂与吸附物之间可发生电子转移、形成化学键。常用的污垢吸附剂有活性炭、沸石、硅藻土（硅藻死亡后的硅酸盐）、膨润土等。例如汽车擦洗光亮剂的配方即为三乙醇胺240克、油酸600克、硅藻土450克、白油6.15克、水22.51克：先将三乙醇胺溶于水，将白油和油酸的混合物加入水中，搅拌后加入硅藻土并完全混匀，使用时用棉布蘸取涂于车体表面，待干燥后擦拭，即可清除车体表面的油污。

在敞开式循环冷却水系统中，冷却水温度通常处于32~42摄氏度，冷却水在冷却塔中与空气充分接触，空气和补充水中的微生物不断进入系统，这些条件极为适合微生物繁殖，因此需要用杀生剂和污泥剥离剂加以控制。常用的无机杀生剂有氯、次氯酸钠、二氧化氯、臭氧以及溴的化合物（新型杀生剂）等。有机杀生剂则包括氯酚类（易污染环境、不易被生物降解，很少使用）、季铵盐类（如新洁尔灭，有时也用作消泡剂），以及有机锡化合物、有机硫化合物、有机溴化合物、有机氯化合物等。常用的有机氯杀生剂为二氯异氰尿酸钠，商品名优氯净，具备药效高、药效持久、毒性低、贮存稳定、相对危害小、易于投加等特点。部分杀生剂如洁尔灭、新洁尔灭等本身还具有一定的污泥剥离作用。

酶制剂是存在于有机体内、能加速反应的生物催化剂。酶作为生物催化剂，具有一般化学催化剂的特性，也有其自身的专一性等特点。清洗用的酶制剂主要有脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等。酶在水中的应用十分广泛，可用于植物油脂、蛋白质、纤维素等污垢的清洗，也可用于纺织品脱浆、生丝脱胶（用碱性蛋白质脱胶）、管道清淤、感光废胶片清洗与回收（碱洗蛋白质）、农产品加工与食品机械清洗以及隐形眼镜清洗等。

在清洗金属材料及其产品（如零部件、机器、设备、建筑物等）时，清洗剂可能会对各种金属材料造成腐蚀，必须充分考虑腐蚀可能造成的损害，并采取必要的技术措施。清洗过程中常见的金属腐蚀包括酸性清洗介质中的腐蚀、碱性清洗介质中的腐蚀、中性清洗介质中的腐蚀以及大气中的腐蚀等。为抑制腐蚀，需要借助缓蚀剂——即在低浓度下就能阻止或减缓金属在环境介质中腐蚀的物质。按电极过程的抑制作用，缓蚀剂可分为阴极型、阳极型和混合型。常用的缓蚀剂包括酸性介质缓蚀剂（如乌洛托品、若丁、沈1-D、蓝-5、蓝-826）、中碱性介质缓蚀剂（如亚硝酸钠、酪酸钠和重铬酸钾等）、油溶性缓蚀剂以及气相缓蚀剂等。

清洗过程中的发泡与消泡也是需要关注的环节。泡沫的产生需满足三个条件：气泡和液体连续充分接触，这是气体在液体分散体系中形成泡沫的必要条件；泡沫有一定寿命，即破泡速度低于发泡速度；气体在该分散体系的液体中不溶解。泡沫在清洗中也有其有益作用，例如它能吸附和携带油滴及固体污垢，能指示清洗操作的有效性，对工件的漂洗过程也有指示作用。但在采用强力机械搅拌、喷洗、超声波清洗时，大量泡沫会使工作溶液溢出槽外，造成原材料损失、延误清洗作业并污染环境，因此必须进行消泡处理。消泡的方法包括：采用低发泡性原料配制清洗液，通过改变温度减少泡沫，往泡沫上喷雾状冷水，避免空气带入，避免清洗液体撞击，以及添加适当的消泡剂或抑制剂等。常用的泡沫调节剂有发泡剂、稳泡剂和消泡剂。

综合来看，没有哪一种清洗剂能够“通吃”所有污垢。清洗剂的选用需要结合污垢成分、被清洗材料的性质、工艺条件以及环保要求统筹判断：无机垢多依赖酸洗、螯合与机械作用，有机垢则离不开溶剂溶解、碱洗和表面活性剂的乳化分散，生物性污垢往往需要借助酶制剂或杀生剂，而金属材料的清洗还必须兼顾缓蚀与安全。只有把污垢类型、清洗剂特性和工艺参数三者匹配起来，才能达到理想的清洗效果。

三、工业污垢的清洗方法与技术要求

工业污垢的清洗从原理上可分为物理方法和化学方法。物理方法借助机械力、声波、热力、光等以及单纯的物理溶解作用；化学方法则包括酸碱反应、氧化还原反应、配合反应等去除污垢的方法，也包括借助电化学、酶及微生物等作用清洗污垢的方法。实际生产中，往往需要将两者配合使用，才能兼顾效率与效果。

选择合适的工业清洗剂，应满足一定的技术要求：清洗污垢要速度快且彻底；对清洗对象的损伤应在生产许可范围内，对金属可能造成的腐蚀应有相应的抑制措施；所用清洗药剂应便宜且容易获取，并立足于国产化，清洗成本低、不造成过多资源消耗；清洗剂对生物与环境应无毒或低毒，产生的废气、废液与废渣应能处理到符合国家相关法规的要求；清洗条件应温和，尽量不依赖附加的强化条件（如对温度、压力、机械能等要求不过高）；清洗过程不应在清洗表面残留不溶物、不产生新污渍、不形成对后续工序有害的覆盖层，不影响产品质量；同时不应产生会影响清洗过程及现场卫生的泡沫和异味。

四、典型的工业清洗案例

化工生产设备的清洗是工业清洗的典型应用，可分为开车前清洗和开车后清洗两个阶段，两者针对的污垢与处理思路有所不同。

开车前的清洗包括清洗前的准备和化学清洗程序。清洗前的准备包括三个方面：一是清洗对象的改造，即将被清洗对象中易受清洗液腐蚀损害的部件（如调节阀、流量计、压力表、各种传感器探头、过滤器芯网及单向阀的阀芯）拆除，并对拆下的部件按要求分别清洗，以备安装复位；二是公用工程条件，即按要求准备好水、电、蒸汽、压缩空气、氮气及工程用料；三是临时清洗系统，包括清洗泵站的选型、清洗循环回路的连接等。化学清洗程序及工艺条件一般为：系统水压检漏及水冲洗、脱脂、水冲洗、酸洗、水冲洗、漂洗、中和钝化、检查及人工处理。其中，脱脂的目的是除去系统内的机械油、石墨脂、油涂层及防锈油等油污，以保证酸洗均匀；漂洗的目的是除去系统内在用水冲洗过程中形成的浮锈，降低系统总铁离子浓度，以保证钝化效果；中和钝化则用于防止二次浮锈。

开车后的清洗主要针对已运行一至两年以上的化工装置，其表面常常粘有硫化亚铁、铁的氧化物、铜的氧化物垢屑及油垢等。对于铁锈和铜垢，大多采用酸洗；对于硫化亚铁垢，则常以每小时40~60摄氏度的速度急剧升温，达到300摄氏度并保持1~2小时，再使温度下降，然后进行敲击作业——升温的目的是使垢屑脆化，同时烧掉残油以提高敲击造成的裂解效果，但升温过程中要注意防止加热管过热，敲击完毕后再用表面活性剂清洗；对于油垢，石油化工设备表面的碳氢化合物油垢一般用溶剂油、热水循环清洗。

五、化学清洗“三废”的处理

化学清洗会产生废液、固体废物和废气，必须分别加以妥善处理，避免造成二次污染。废液处理可以采用物理、化学、物理化学以及生物等方法。碱性废液的处理包括：将碱性废液与酸洗废液相互中和使pH值达到6~7，采用投药中和，或采用烟道气中和碱性废液；油分处理采用破乳、油水分离、水质净化的流程；此外还需进行化学耗氧量（COD）的处理。酸性废液的处理则包括酸性处理以及化学耗氧量（COD）的处理。固体废物的处理可采用预处理技术、化学处理技术、焚烧处理技术、热解处理技术和微生物分解技术。废气处理方面，国内对气体污染物的处理方法主要有吸收法、吸附法、催化法和燃烧法，处理方法的选择取决于有害气体的化学和物理性质、浓度、排放量及排放标准。

六、清洗作业的一般安全守则

清洗作业往往涉及强酸、强碱、有机溶剂和高温等条件，作业环境复杂、风险较高，必须严格遵守安全守则，包括现场采样安全守则、防止中毒的安全守则、防止燃烧和爆炸的安全守则、防止化学灼伤烫伤与割伤的安全守则、使用电器设备的安全守则，以及防火和灭火的一般方法等，从源头防范风险，确保人员与设备安全。

结语

工业清洗是保障生产连续稳定、提升产品质量和延长设备寿命的基础性技术。从污垢的识别与分类，到化学清洗剂的合理选用，再到物理与化学方法的科学配合，以及对“三废”的安全处理和作业规范，环环相扣，共同构成一个完整的系统工程。面对日益严格的环保要求与不断提高的自动化、智能化水平，工业清洗正朝着绿色化、低排放、高效率和精准化的方向发展：以水基清洗剂和可生物降解药剂逐步替代高污染溶剂，借助自动化清洗设备和在线监测手段减少人为干预，通过源头减量与循环利用降低清洗废物的排放。对企业而言，只有立足实际的污垢特点，坚持科学选型、规范作业、安全环保并重，才能真正实现工业清洗的经济效益、安全效益与环保效益的统一，为生产的稳定高效运行保驾护航。