超分子膜化技術概述

超分子膜化技術是山東青潔能環保有限公司超分子節能減排技術體系中的重要組成部分，是替代傳統化學清洗預膜和水處理技術。藥劑呈中性至弱堿性，對設備不產生任何腐蝕，清洗成膜一次完成，對環境無任何危害，安全、環保，是安全清潔技術的理想選擇。 

1、超分子膜化技術原理（荷葉膜防腐防污技術）

超分子膜化節能技術是青潔能總工韓泰清高工的節能減排技術系列的重要組成部分，是替代傳統化學清洗預膜和水質穩定處理的新一代技術。超分子膜化劑是韓泰清高工研發的產品，韓泰清高工是HG/T2387-92《工業設備化學清洗質量標準》的起草人和起草組負責人，具有50多年的防腐清洗和工業水處理實踐經驗，韓工帶隊研發的超分子膜化劑，是通過藥劑的超分子識別和選擇性組裝作用，在金屬表面形成優于納米膜的超分子膜，超分子自組裝過程形成穩定、致密的膜層結構—單分子層，該膜層能有效的保護金屬設備不受腐蝕，也能阻止各種污垢的再次附著，類似于荷葉的防腐、防污效果。

該藥劑可以進行系統開車前的清潔預膜，和系統的在線安全清洗除垢，能清除銹垢、碳酸鹽垢、磷酸鹽垢、硅酸鹽垢和硫酸鹽垢等難溶垢及生物黏泥，清洗高效安全，不產生氫脆現象。藥劑呈中性至弱堿性，對設備的金屬本體幾乎不產生腐蝕，對環境友好、無毒、無殘留，安全、環保，是安全清潔技術的理想選擇。

電站鍋爐是生產高壓蒸汽的設備，水的汽化 過程正常是核態沸騰，如果受熱面銹蝕結垢，導致鍋爐的自清洗過程受阻，容易產生膜態沸騰，這是鍋爐爆管的主要原因，也是鍋爐產汽量下降的主要原因。如果采用超分子膜化技術，薄而致密的超分子層表面會確保鍋爐的核態沸騰，從而確保鍋爐的安全和產能。

2、超分子膜化技術特點

2.1、把水質穩定處理變為設備金屬表面處理（荷葉膜技術）。

傳統的水處理技術是通過加藥，降低水的腐蝕、結垢傾向，也就是所謂的水質穩定處理技術。而超分子膜化技術是通過超分子的選擇性自組裝作用，特異性的與金屬進行選擇性組裝，在設備表面形成一層超分子膜。在自組裝過程中，藥劑分子的振動和布朗運動會將金屬表面原有的污垢予以清除，分散到溶液中，從而達到徹底除垢和組裝成膜的目的，形成的超分子膜比傳統的鈍化膜、沉積膜和吸附膜都要均勻、致密，確保金屬具有荷葉表面一樣的防腐、防污能力，使金屬表面處于安全、穩定狀態。

2.2、金屬表面的超分子膜大大增強緩蝕阻垢效果。

設備經過超分子膜化后，形成了穩定、致密的超分子保護膜。該超分子膜由于其微觀結構的尺寸效應，能夠有效的阻止污垢附著，這種效應稱為拒污效應。故超分子膜的阻垢性能是常規水處理藥劑無法比擬的，不僅阻止污垢的附著，還能將老垢清除干凈。

另外，超分子膜化更完全徹底，其緊密的微觀結構，能夠有效對金屬設備表面進行改性，增強金屬本身的抗腐蝕性能。因為超分子膜能拒絕污物的附著，防止循環水中的腐蝕性離子與設備接觸，有效保護設備不受腐蝕。

2.3、設備的換熱能力提高。

超分子膜的形成機理為超分子藥劑與金屬的選擇性組裝，因此決定了超分子膜為極薄的一層單分子膜層。不影響金屬的導熱性能，較之常規的鈍化膜，能有效提高設備的導熱系數，提高換熱效率。

2.4、循環水的導熱能力提高。

被分散到溶液中的設備垢質，在溶液中均勻分散后，能顯著提高循環水的比熱，單位流量的循環水能夠吸收更多的熱量，對換熱效率有很大的提高。

銅的導熱系統為401W/m•K，鋼的導熱系統為54W/m•K，而水垢的導熱系統僅為1.3～3.1W/m•K，鐵銹的導熱系數為0.116-0.232 W/m•K。銹垢、水垢等附著在金屬表面，因為其熱阻是金屬的幾十倍甚至上百倍，會嚴重影響熱交換；但是，通過超分子的分散溶解作用，均勻分布到循環水里，因為循環水運行工況下，40℃左右水的導熱系數一般為0.64W/m•K，20℃時水的導熱系數為0.60 W/m•K，很小，加進鐵、鈣、鎂等鹽類，會提高水的導熱速度，有利于熱交換，將金屬表面的污垢變成了水的導熱促進劑，化害為利。

2.5、提高循環水的流速。

超分子膜類似荷葉膜，水在其表面流動順暢，與金屬表面有銹垢和有水垢的表面比，水在表面的流動阻力大大減弱，滯流層的厚度減薄，可以提高循環水的流動速度和熱交換速度。 

另外，超分子藥劑為大分子物質，在加入循環水中后，能與水分子及循環水中的無機鹽分子進行橋連，通過氫鍵等弱分子間作用力形成空間網狀分子集團。這種結構的形成，能夠大大減少水中的渦流和靠近管壁的滯流層厚度，使循環水處于類層流狀態，從而提高流速，單位時間流經換熱設備的循環水量增加，換熱效率進一步提高。

渦流的存在會使水分子及其他分子、離子摩擦，泵的機械能一部分轉化為水的內能，使水的溫度升高，吸熱能力下降，降低了循環水的換熱效率。因此，投加超分子藥劑，減少渦流，阻止了循環水將泵的動能轉換成熱能，有效提高泵的效率。實驗證明，投加0.03%的超分子藥劑，通過消除渦流的摩擦，可以使循環水泵節電。

2.7、減少循環水的風吹損失和蒸發損失。

水的比熱很大，是4.2×103焦/(千克×℃)；水的汽化潛熱也很大，為40.8千焦/摩爾，相當于2260千焦/千克，水的蒸發是循環水降溫的重要途徑，所以水是質優價廉的熱媒介，號稱工業的血液，工業用水的80%用于循環冷卻水，循環水的節能減排是工業節能減排的關鍵。

超分子藥劑與水分子及循環水中的無機鹽分子進行橋連，形成空間網狀分子集團，能夠大大降低水中的渦流和滯流層厚度，從而提高流速，循環水量增加，導熱能力提高，綜合換熱效率提高，在保證換熱效果的前提下，這種橋連作用也減少了水分子的逃逸和蒸發，同時也減少了循環水的風吹損失。實驗證明，投加0.03%的JN-366超分子緩蝕阻垢劑，在保證循環水換熱效率的前提下，可將循環水的風吹損失和蒸發量降低5～17%。

2.8、避免了系統的停車清洗。

傳統的水質穩定處理，需要定期停車對系統進行化學清洗，通過清洗劑與污垢之間發生化學反應而達到清洗的目的，而所使用的清洗劑一般為小分子的酸或堿。傳統清洗劑在與裝置內的垢發生反應時，由于垢層的厚度不一，所以，在傳統化學清洗（尤其是酸洗）過程中不可避免的存在著過洗腐蝕的現象。因此，傳統化學清洗和鈍化處理技術難度較高，風險不易控制。

        銹蝕嚴重的金屬表面             加藥2個月后形成的超分子膜

另外，由于傳統清洗劑的分子體積較小，很容易擴散到設備金屬本體內部，造成金屬內部的晶格畸變，形成金屬內部微觀晶體結構的缺陷。晶體缺陷的出現，會大大影響金屬本身的性能，其抗壓強度、抗拉伸強度、蠕變性、延展性以及耐腐蝕性等各項性能指標都會大大降低，嚴重危害設備的運行安全和使用壽命。

與傳統化學清洗和鈍化處理相比，超分子膜化技術更加安全可靠，簡單易行，而且對環境友好，不會造成二次污染，保護系統設備與操作人員的安全。循環水系統使用超分子緩蝕阻垢劑，可確保系統不結垢，無需停車清洗。對于有污垢的系統，可以多投加藥劑，或者在線膜化，實現在線清潔預膜，避免了傳統的停車清洗。

2.9、顯著提高循環水的濃縮倍數，節約工業用水。

超分子膜具有荷葉的防腐、防污性能，在提高換熱效率的同時，可以耐受較差的水質，從而顯著提高循環水的濃縮倍數，這是工業用水能夠節約用水的最主要有效途徑。

下表反應了濃縮倍數的提高直接帶來的節水效果：

采用超分子膜化技術和配套的排污裝置及藥劑，可以做到循環水系統的零排放，請參看本方案的第三章的第四款內容。

2.10、超分子膜化劑兼具廣譜殺菌滅藻功能。

傳統的水質穩定處理，一般投加緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑兩種藥劑，而且殺菌劑還要把氧化性和非氧化性藥劑交替使用，加藥、檢測等操作繁瑣。一旦操作失誤，菌藻滋生很快，產生大量粘泥影響熱交換，腐蝕設備，甚至堵塞冷卻塔填料，造成停產事故，需要停車對系統進行化學清洗。氧化性殺菌劑一般都是氯及其衍生物，部分非氧化性殺菌劑也含有氯離子，這樣就把大量的腐蝕性氯離子加入循環水系統，氯離子是腐蝕性最強，半徑最小的活潑離子，極易滲入金相缺陷處富集，特別是對不銹鋼設備，很容易造成氯離子應力腐蝕破裂，對設備危害極大。

超分子膜化劑具有高效的滲透和分散作用，可以破壞蛋白質結構，抑制、殺滅菌藻的滋生，具有廣譜、高效的殺菌滅藻作用。一般的循環水系統只投加超分子膜化劑一種藥劑就可以啦。對于菌藻嚴重的系統，我公司有專門的高效無氯殺菌滅藻劑JN-421。

3.超分子膜化技術在工業清洗領域的應用：

傳統的化學清洗均是通過清洗劑與污垢之間發生化學反應而達到清洗的目的，而所使用的清洗劑一般為小分子的酸或堿。傳統清洗劑在與裝置內的垢發生反應時，由于垢層的厚度不一，所以，在傳統化學清洗（尤其是酸洗）過程中不可避免的存在著過洗腐蝕的現象。

另外，由于傳統清洗劑的分子體積較小，很容易擴散到設備金屬本體內部，造成金屬內部的晶格畸變，形成金屬內部微觀晶體結構的缺陷。晶體缺陷的出現，會大大影響金屬本身的性能，其抗壓強度、抗拉伸強度、蠕變性、延展性以及耐腐蝕性等各項性能指標都會大大降低，嚴重危害設備的運行安全和使用壽命。

超分子膜化技術中所使用的藥劑，本身分子尺寸超出了金屬原子間距，并且具有外層空電子軌道，能夠與金屬表面的活潑電子形成共用體系，特異性的結合，穩定的在金屬表面形成致密的超分子膜層。故藥劑分子無法向金屬內部滲透擴散，不會造成晶體缺陷影響設備的性能，對設備是極其安全的。其除垢清潔是在成膜過程同步完成的，膜化更完全，除垢更徹底。且膜化后的廢水中無任何顆粒雜質，中性無毒，對環境友好。

通過下面兩圖的對比，我們可以更直觀地認識這個概念，即使看起來很光潔的金屬表面實際是很粗糙的，而使用超分子膜化技術后就能在金屬表面形成這樣一個平整光滑的超分子膜—單分子層。

  微觀下的20＃碳鋼表面銹層 （粗糙）              超分子膜化后的效果（精細磨砂面）

除了在工業循環水系統中的優異表現，超分子膜化節能技術在工業設備管道的清洗除垢領域也表現出了優異特性，常溫中性超分子膜化節能技術，就是利用超分子膜化原理進行化學清洗和鈍化防腐的新技術，該方法對系統安全、高效，下圖為管內加熱臥式鍋爐爐管采用超分子膜化前后同一系統的對比。

          超分子膜化前                  超分子膜化后

金屬設備表面鈍化成膜是金屬改性的一種處理方式，金屬表面的成膜通常分為氧化膜、沉積膜和吸附膜三種。氧化膜最穩定的，但一般在特定的條件下才能形成，沉積膜和吸附膜的穩定性較差，在高濃縮倍數下，所形成的膜會迅速被水中的腐蝕性離子破壞，失去其保護作用。而且需單獨清洗之后才能膜化，一來工藝復雜成本較高，二來清洗不徹底的話將會嚴重影響成膜效果。

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