作者：H. – 集团公司； 美国伊利诺伊州埃尔姆赫斯特

什么是冰喷雾？

喷冰是一种使用干冰 (CO2) 的清洁过程。 它最常用于清洁工业设备，例如热交换器、储罐以及燃气轮机和蒸汽轮机（图 1）。 其主要优点之一是通常不需要大量拆卸组件，而且可以避免火灾或电气风险。

图1.热回收蒸汽发生器组件的干冰喷砂处理

冰喷雾通常用于清洁食品加工设备，以有效净化表面，防止肠炎沙门氏菌、大肠杆菌和李斯特菌等细菌的生长。

事实上，美国环保局建议干冰喷射作为许多溶剂清洁方法的替代方法。 干冰喷射可以同时清洁多个不同复杂形状的物体。

由于喷砂介质完全升华而不会留下任何残留物，因此许多行业使用干冰喷丸作为维护方法，包括：

•车

•食品制造/加工

•发电

•塑料制品生产

•印刷包装

•化学制造

•火灾后重建、霉菌修复和长期储存

•精炼（催化裂化装置）

•饮料灌装

•铸件

工作准则

干冰（CO2）喷丸主要通过三个因素起作用：冰丸的动能、热冲击效应、热动能效应。 优化控制不同的工艺参数，包括以下参数，可以达到最佳的清洗效果：

•压缩空气压力

•喷嘴类型（速度分布）

•冰粒的尺寸和密度

•冰粒质量流量（每秒单位面积喷出的冰粒数）

•冰丸的动能

冰丸的动能

在以极高的撞击速度发生直接正面撞击的情况下，固体二氧化碳颗粒的动能与其他颗粒（例如沙子和玻璃）相比是最小的。 这是因为固体二氧化碳颗粒相对较软，不像其他喷砂颗粒那样致密和坚硬。 而且，冰粒几乎在撞击的瞬间就会从固态转变为气态，使得碰撞公式中的恢复系数几乎不存在。 只有非常少量的动能转移到涂层或基材中，因此干冰喷射被认为是一种无磨损工艺。

热冲击效应

由于升华潜热，二氧化碳颗粒在撞击瞬间升华（从固体变为气体），从表面油漆或碎片的极薄表层吸收大量热量。

热量从油漆表面层极快地传递到冰粒中，在油漆内部连续的微层之间产生巨大的温差。 这种急剧变化的热梯度在微层之间产生高局部剪切应力。 产生的剪切应力还与涂层的导热系数和热膨胀/收缩系数以及底层基材的蓄热有关。 短热膨胀时间内产生的大剪切应力导致微裂纹在层间快速传播，导致基材表面上的碎片和/或油漆最终失去其结合力。

热动能效应

冲击能量耗散和冰粒与部件表面之间的快速热传递相结合，导致固态二氧化碳立即升华成气态。 冰粒体积膨胀近800倍热处理论坛二手设备，并在几毫秒内变成气体，在撞击点有效地产生“微爆炸”现象。

冰粒变成气体的微爆炸效应进一步增强了热破裂的油漆颗粒从基材上的分离。 这是因为冰粒缺乏反弹能量，导致它们在撞击时沿着表面散开。 二氧化碳气体沿着表面向外膨胀，产生“爆炸冲击波”，在表面和热破裂的油漆颗粒之间形成集中的高压区，从而产生非常有效的升力，将颗粒从表面剥离。

图2. 便携式干冰抛丸机

热处理案例分析

德克萨斯州的一家公司拥有一台卧式冷壁真空炉。 它聘请了当地的喷冰服务公司来清洁熔炉内部。 高温区已被移除，以便可以轻松接触到冷壁和前炉门的整个表面。 这些表面覆盖着一层厚厚的焊剂残留物和烟灰沉积物。

清洁过程从低压操作开始，以避免去除内表面的环氧涂层。 清洗过程中发现部分外露部位有涂层损伤（片状脱落、气泡）。

清洁后，去除损坏的油漆，留下干净的表面，可以用环氧漆重新涂漆。 干冰抛丸后，仅在真空炉入口处的地面上产生粉尘状废料，用扫帚和簸箕很容易清理干净。

整个冰喷清洁过程大约需要5个小时，消耗了极少量的二氧化碳，但内部却干净如新。 事实上，清洁效果非常令人满意，以至于该公司决定尝试清洁高温区本身的许多其他内部部件，包括石墨和钢部件，甚至铜馈通件。

所有部件上的大量堆积物均被清除，没有造成任何损坏。 常规高速喷嘴和高冰喷射速度用于清洁铜和钢部件，而破碎喷嘴（使二氧化碳颗粒具有像蔗糖一样的稠度）用于石墨部件。

这项工作又花了 5 到 6 个小时来清除构成高温区的各个部件上的所有碎片。 因此，所有操作均在工作日10小时内完成。

使用干冰抛丸清理的原因

用户给出了以下理由来解释为什么他们认为干冰喷射可以简化日常维护操作并节省时间：

1.需要较少的清洁操作，具有较高的运行效率（减少设备停机）。

2、设备可现场清洗，拆装（如有）工作量最小（减少设备停机）。

3、工艺清洁，无残留（环保效果好）。

4. 比其他选项清理速度更快（减少设备停机时间）。

5、是一种非磨蚀性、不易燃、不导电的方法：干冰喷射不会损坏大多数基材； 只要关闭电源并保持关闭状态直到部件恢复到清洁的室温，就可以安全地在电气部件上使用它。

6、需要清理的二次垃圾量很少（节省人力，且临时占用的区域可快速重复利用）。

7.它可以在许多其他方法难以使用的狭窄空间内进行操作。

8、符合美国农业部、食品药品管理局和环境保护局的规定（环保效果好）。

9. 操作员不会接触化学品或喷砂介质（提高安全性）。

10.不像传统清洁方法那样劳动密集（减少设备停机，降低成本）。

结论

干冰喷射的成本、速度和效率使其成为热处理商节省维修时间的选择。

作者简介：H.，《热处理问题诊断》专栏作家，美国著名热处理专家。 1995年，他在美国伊利诺伊州成立了以自己名字命名的热处理技术咨询公司The GROUP, Inc.。 其主营业务包括热处理技术咨询和教育。 2007年，他被评选为北美热处理行业25位最具影响力人物之一。 公司联系电话：+1-630-834-3017，电子邮件：，网站：。

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