洁净压缩空气输送管道的净化与检测

＊董春宏 郭云峰 蔡政 王晓辉

（中国人民解放军63926部队 北京 100000）

在科学实验观测活动中，敏感光学元器件表面的洁净程度对观测结果有重要影响，如光学元器件表面受到迎面沙尘、结露等的污染，就会显著改变探测结果的准确性。为减轻对光学元器件表面的污染，敏感光学元器件在保存和使用过程中需要用低露点洁净空气进行持续吹扫，以保持表面的清洁。洁净空气主要是将空气压缩后通过除去其中的水分、油分、氧化皮、焊渣以及尘埃微粒等而得到，这方面的净化技术由于受到高度重视，不仅发展快，而且较为成熟。对于因输送管道及贮存容器内的油脂、氧化皮或焊渣以及尘埃等造成的洁净空气污染，则关注较少，而这也是洁净空气受到污染的重要途径之一。目前这方面还处于定性处理与检测层面。在缺少规范化处理和标准化检测条件下，根据生活中实际工程经验，本文对洁净空气输送管道的清洁方法和检测手段进行了系统总结。

1.洁净空气输送管道的净化

洁净空气输送管道的净化主要有脱脂、酸洗钝化和微尘清除。

(1)洁净空气输送管道的脱脂

脱脂是洁净空气输送管道净化的首道工序，是酸洗钝化的基础，如不脱脂就进行酸洗钝化，会严重影响酸洗钝化的质量。

①脱脂原理

洁净空气输送管道的脱脂，一种方式是传统的脱脂方式，就是利用有机溶剂的相似相容原理，将管道内的油污、锈斑、黄斑、轧制油等通过溶解于四氯化碳等有机溶剂的方式清洗掉，剩余的四氯化碳有机溶剂再利用易溶于酒精的原理，可用无水乙醇进行清洗，因无水乙醇易蒸发，因此可用氮气或干燥纯净空气吹扫掉酒精。另一种新型环保脱脂方式，就是通过化学反应，将油脂类不溶于水的物质与碱反应生成亲水性的物质然后被清除掉，剩余的碱再通过弱酸进行中和，最后用洁净水冲洗干净；也可用表面活性剂溶液或混合液作为清洗剂进行脱脂处理。具体可根据实际情况，选择手工、机械、超声波或电解等多种清洗方式。

②脱脂工艺

洁净空气输送不锈钢管道的脱脂清洗工艺流程如下：

图1 洁净空气输送管道的脱脂工艺流程示意图

第一步是用洁净水冲洗，目的是用带压洁净水除去管道中的积灰、泥沙颗粒、脱离的金属氧化物及其他疏松污垢。要求冲洗水中的氯离子含量低于25mg/L，色度小于15度，浑浊度不超过1度。冲洗时使用小型高压水清洗设备冲洗，压力不低于0.6MPa，流量不低于10L/min，冲洗出水目视清澈，与冲洗原水无明显差异，如测定色度不超过15度，浑浊度不超过3度，则认为管道内部的杂质已被冲洗干净。

第二步是脱脂，目的是清除管道在加工、储存等环节附着在内壁上的各种油污，既为后续酸洗钝化创造有利条件，也为最终输送洁净空气打下坚实基础。

传统脱脂方式是四氯化碳清洗，将适合管径的洁白海绵球浸泡于四氯化碳（分析纯）液体中，待全部浸透后，用洁净镊子夹出放入管道一端入口处，盖上带孔的堵头，另一头用工具收集，之后用4～5MPa的高压氮气强吹海绵球，直到被吹出管道另一端外为止，观察海绵球四周颜色试验前后变化情况，如表面有黑色污迹，则需更换洁白海绵球后按照上述方法进行同样操作和观测，然后更换新的海绵球进行同样的操作5次为宜。对于6m以下短一些的管道，也可用非损伤性洁净杆绑扎洁白海绵球进行拖洗，直到海绵球无明显变化为止。

新型脱脂方式是含有氢氧化钠、磷酸盐、碳酸盐、硅酸盐等组成的清洗脱脂剂按比例混合后注入清洗槽内，混合均匀后，将待脱脂的不锈钢管放入其中，浸泡一段时间，采取滚动管道及反复擦拭等多种方式使管道内部和外部与脱脂液反复碰撞，如有条件也可采用机械方式进行。在脱脂过程中要观测脱脂清洗液的洁净度，如果脱脂清洗液的颜色变为污浊时需将现有的脱脂液排尽，重新配置脱脂液进行上述操作。之后将管道取出，用洁净水进行冲洗，去除脱脂时残留的油污及碱性物质，然后再用弱酸性物质，如柠檬酸配置成的溶液进行清洗，以去除残留的碱性物质，直到溶液处于弱碱性（pH在7～8）即可。

第三步是清洗，目的是将脱脂清洗液清洗干净。对于传统脱脂方式，就是脱除四氯化碳，即是将适合管径的海绵球浸泡于无水乙醇（分析纯）液体中，待全部湿透后，用镊子取出放入管道一端入口处，盖上带孔的堵头，另一头用工具收集，然后用4～5MPa的高压氮气吹海绵球直到被吹出管道另一端外为止。然后更换新的海绵球进行同样的操作4～5次为宜。对于新型脱脂方式，在用弱酸液去除碱性物质后，还需用大量洁净水进行冲洗，直到管道内流出的冲洗水表观洁净，颜色与初始状态没有明显变化时，浑浊度≤3度时，即可结束水冲洗。

第四步是干燥，目的是将脱完脂的管道进行晾干处理，从而保证管道内部的清洁，避免二次污染。对于用无水乙醇浸泡清洗的管道，可直接将不锈钢管放入洁净环境中，进行自然通风晾干处理，也可用压缩空气或高纯度氮气吹扫，吹扫干后用洁净的塑料布或洁净堵头对两端管口进行包扎后，直接送入库房进行封存或直接送入下一步酸洗钝化处理。

(2)供气输送管道的酸洗钝化

①酸洗钝化的原理

洁净空气输送管道的酸洗钝化，主要是在化学置换反应及强氧化还原反应作用下，通过溶解氧化附着物，同时在奥氏体不锈钢表面形成致密的氧化铬保护层，使管道内外壁表面覆盖一层具有一定厚度的致密钝化膜，起到隔断和迟滞奥氏体不锈钢金属表面的电化学腐蚀，从而增强洁净供气管道的耐腐蚀能力。

②酸洗钝化方法

酸洗钝化方法有多种，如浸渍法、涂刷法、膏剂法、循环法以及电化学法等，其中浸渍法就是将输送管道放入由25%～36%的硝酸和0.5%～8%的氢氟酸配置而成的酸洗液中，并保持温度在21～60℃，静置处理一定时间。然后从中取出放入20%～50%的硝酸钝化液中，保持温度在49～71℃，再保持10～30min，就得到表面钝化膜较为均匀的强防腐蚀能力。浸渍法具有效率高、成本低等显著特点，已在洁净空气输送管道的酸洗钝化过程中得到广泛应用。

通常酸洗钝化采用在槽内浸泡的方式，酸洗槽宜用钢板制作，内壁铺PVC或聚乙烯座衬垫。当使用使用12%～15%的硝酸（按体积）进行酸洗处理时，温度宜保持在40～60℃，浸泡时间6～8h，直至钢管表面无明显杂质时停止浸泡。钢管在槽内浸泡时，应注意放置的位置，避免管内存留空气。奥氏体不锈钢管在浸泡过程中应上下前后移动或翻动，使管道内腔溶液不断更换，以提高浸泡效果。必要时需取出钢管，用水气冲洗后再进行浸泡。

酸洗钝化结束后，需将不锈钢管从酸洗槽内取出，然后放置在在40～60℃左右的热水槽内漂洗，时间5～20min。热水槽用钢板制作，内壁铺PVC或聚乙烯。漂洗所用热水中氯离子浓度不易大于25mg/L。热水漂洗完后，再将不锈钢钢管取出，洁净压力水（压力P≥0.1MPa）进行动态冲洗，包括喷淋清洗和循环清洗等。大直径管道可以采用喷头喷淋清洗，人员进入管道手持高压喷淋头进行喷射清洗；一般不锈钢管道更加适合采用循环清洗。

清洗完后进行自检和互检检测，合格后提交质检员进行验收，然后再用高纯氮气或空气进行吹扫，之后封存管理或出厂运输。

(3)微尘去除

如发现管道里有细小微尘，则采用拉洗法、水洗法、吹扫法或精密过滤法进行清除。通常拉洗法和水洗法适合管道连接前，吹扫法和精密过滤适合管道安装完成后前期试运行。

①拉洗法

拉洗法适合清洗管道内附着力不强的灰尘等污物，方法就是将洁净的白绸布用绳子或钢丝绑扎成一团一团的，共许多团，然后将绳子一端送入管道入口，从另一端也就是出口抽出，直到绸团全部位于管内，然后两端拉，5min左右，换绸团后再进行同样拉洗，直到3～5次为止，也即是管道干净为止。

在采用拉洗法清洗管道的过程中，需注意绳子可采用洁净绸布包裹密实的金属丝，而不能直接采用金属丝或线，否则容易将管道碰伤。如采用普通棉绳，则需注意强度，否则容易被拉断。

图2 包裹金属丝拉洗法清洗管道

②水洗法

采用水洗法进行清洗管道时，需要注意水中氯离子含量不得超过25mg/L，冲洗时宜采用大流量，如高压水枪等，流速不得低于1.5m/s，而且冲洗过程应连续进行，直到出水口水色与入水口水色一致为止，即视为冲洗干净。

水冲洗后还需进行高压氮气吹扫，吹扫氮气压力不得低于3MPa，直到将管内水分吹扫干净为止。

③空气吹扫法

适用于分支较少的管道，总的原则是逐段吹扫，逐段净化主管路和设备，气体进入后续设备和管路前，应得到净化，净化后的空气再对后续设备和管路进行吹扫，因吹扫所产生的废气，应及时从次要管路或排气管排出。每吹扫一段管路，都应做适当检测，待符合要求后再进入下一段管路的吹扫，直到把管路上所有设备、设施都吹扫干净后，再按照设计标准要求进行全管路的试运行，直到满足工艺要求为止。

④精密过滤法

为达到洁净要求，考虑洁净空气普遍具有露点低、不易结露等特点，还可以在供气末端安装Y型过滤器，同时将滤芯换成符合微粒要求的不锈钢滤芯，如需要微尘粒径小于5μm时，可将滤芯换成3000目的不锈钢丝网；如需要微尘粒径小于3μm，可将滤芯换成5000目的不锈钢丝网。使用一段时间后，再将钢丝网上拦截的微尘进行清扫后再安装使用，或者更换新的满足要求的洁净过滤网。

2.洁净空气输送管道的净化检测

目前洁净空气输送管道的洁净度检测没有标准方法，主要是靠目测和照相以及紫外光等三种方法进行检测。

(1)打海绵弹法检测

打海绵弹法检测洁净空气输送管道最为常用，也是检测的主要手段。就是用镊子将新购置的适合管径的海绵球，放于待测管道的一端，另一端用带金属网状篮子，然后用5～6MPa的洁净高压氮气快速冲击海绵球，直到海绵球被吹到另一端出口篮子里为止，然后用镊子取出海绵球用肉眼进行观察，如此反复2～3次，每次都没有发现海绵球上有污物，则视为干净。

(2)内窥镜法检测

此法为辅助手段，就是将带摄像头的一端放入管道内，然后开启摄像头，慢慢将摄像头端往管道内伸入，从另一端屏幕处仔细观察画面变化，如图3所示，如果没有观察到明显变化，质地均匀，则视为合格。

图3 内窥镜检测示意图

(3)紫外光法检测

脂类物质或其他种类的材料遇到紫外光后会显示荧光色，开启紫外灯，对着待测物体照明，仔细观察结果。如果没有颜色变化，表明物质洁净，如果出现亮蓝色或和亮黄色（如图4），越多污染越重。紫外光法主要适合对管口内部附近的检测。

图4 紫外光检测不清洁管道

(4)通流试验检测

通流试验就是先用5～6MPa的氮气从管道一端吹20～30min左右，另一端用收集工装，工装里装入网状垫片或由3层以上白绸布构成的收集层，吹扫完后，将其中杂质吹出去，然后用肉眼观察白绸布上是否有污点，若无则可以进入下一个流程。通流试验检测一般可以作为洁净气体使用前的最后检测，如肉眼观察到白绸布上没有任何污点或黑点，则认为合格，可以投入使用；如肉眼观察到白绸布上有任何污点或黑点，则认为不合格，则需继续吹扫直至没有污点或黑点为止。

3.结语

随着洁净空气使用需求的不断增长，尤其是为满足光学敏感元器件防结露的需要，对洁净空气输送管道的洁净要求也将越来越高，净化手段及检测方法将不断增多，这将为建立洁净空气输送管道的清洗和检测标准规范提供重要依据。