Reinigung von Rohren und Rohren von innen nach außen

Unabhängig davon, wie Rohmetall zu einem Rohr oder einer Röhre verarbeitet wird, kann es bei der Herstellung zu erheblichen Rückständen an der Oberfläche kommen. Das Formen und Schweißen auf einem Walzwerk, das Ziehen auf einer Ziehbank oder die Verwendung eines Pilgerwalzwerks oder einer Extrusionspresse mit anschließendem Ablängen kann dazu führen, dass ein Rohr oder eine Leitungsoberfläche mit Schmiermittel verschmutzt und möglicherweise mit Ablagerungen übersät ist. Zu den üblichen Verunreinigungen, die von Innen- und Außenflächen entfernt werden müssen, gehören Zieh- und Schneidschmierstoffe auf Öl- und Wasserbasis; Metallspäne aus Schneidarbeiten; und Staub und Schmutz aus der Werkstatt.

Typische Innenreinigungsmethoden für Rohre und Leitungen, egal ob mit Wasser oder Lösungsmittel, sind die gleichen wie für die Reinigung von Außenflächen. Dazu gehören Spülen, Abwischen und Ultraschallkavitation. Alle diese Methoden sind wirksam und werden seit Jahrzehnten eingesetzt.

Natürlich hat jeder Prozess seine Grenzen und diese Reinigungsmethoden sind keine Ausnahme von dieser Regel. Das Spülen erfordert häufig manuelles Verteilen und verliert seine Wirksamkeit, da die Geschwindigkeit der Spülflüssigkeit abnimmt, wenn sich die Flüssigkeit der Rohroberfläche nähert, was den Grenzschichteffekt darstellt (sieheAbbildung 1 ). Das Abwischen kann gut funktionieren, ist aber sehr arbeitsintensiv und bei sehr kleinen Durchmessern, wie zum Beispiel bei Produkten für medizinische Anwendungen (Injektions- oder Lumenschläuche), unpraktisch. Ultraschallenergie ist für die Reinigung von Außenflächen wirksam, dringt jedoch nicht in feste Oberflächen ein und erreicht nur schwer die Innenbereiche des Rohrs, insbesondere wenn das Produkt gebündelt ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Ultraschallenergie Oberflächenschäden verursachen kann. Schallblasen reinigen sich durch Kavitation und setzen große Energiemengen in der Nähe der Oberfläche frei.

Eine Alternative zu diesen Prozessen, die Vacuum Cycling Nucleation (VCN), führt dazu, dass Blasen wachsen und kollabieren, um Flüssigkeit zu bewegen. Im Gegensatz zum Ultraschallverfahren besteht keine Gefahr, dass die Metalloberfläche beschädigt wird.

VCN verwendet Dampfblasen, um Flüssigkeit aus dem Inneren von Rohren und Leitungen zu bewegen und auszuspülen. Es handelt sich um einen Tauchprozess, der unter Vakuum arbeitet und mit wässrigen und lösungsmittelhaltigen Flüssigkeiten verwendet werden kann.

Es funktioniert nach dem gleichen Prinzip, das zur Bildung von Dampfblasen führt, wenn Wasser in einer Pfanne zu kochen beginnt. Die ersten Blasen bilden sich an bestimmten Stellen, insbesondere in stark beanspruchten Pfannen. Eine genaue Betrachtung dieser Stellen zeigt in der Regel, dass diese Bereiche raue Stellen oder andere Oberflächenfehler aufweisen. In diesen Bereichen hat die Pfannenoberfläche mehr Kontakt mit einem bestimmten Flüssigkeitsvolumen. Da diese Bereiche außerdem vor der natürlichen Konvektionskühlung geschützt sind, kommt es leicht zur Blasenbildung.

Bei der Siedewärmeübertragung wird Wärme auf die Flüssigkeit übertragen, um deren Temperatur bis zum Siedepunkt zu erhöhen. Wenn es den Siedepunkt erreicht, steigt die Temperatur nicht mehr an; Bei weiterer Wärmezufuhr bildet sich Dampf, zunächst in Form von Dampfblasen. Bei schneller Wärmezufuhr wird die gesamte Flüssigkeit an der Oberfläche zu Dampf, was als Filmsieden bezeichnet wird.

Dies geschieht jedes Mal, wenn ein Topf mit Wasser zum Kochen gebracht wird. An bestimmten Stellen der Pfannenoberfläche bilden sich zunächst Blasen. Später, wenn das Wasser brodelt und brodelt, verdunstet das Wasser schnell von der Oberfläche. Nahe der Oberfläche ist es Dampf, der unsichtbar ist; Wenn der Dampf durch den Kontakt mit der Umgebungsluft abkühlt, kondensiert er zu Wasserdampf, der leicht zu erkennen ist, wenn er sich über der Pfanne bildet.

Jeder weiß, dass dies bei 212 Grad F (100 Grad C) geschieht, aber das ist nicht vollständig. Dies geschieht bei dieser Temperatur bei normalem Atmosphärendruck, der 14,7 Pfund pro Quadratzoll (PSI [1 bar]) beträgt. Mit anderen Worten: An einem Tag, an dem der Luftdruck auf Meereshöhe 14,7 PSI beträgt, kocht Wasser bei 212 Grad F auf Meereshöhe; Am selben Tag würde in dieser Region, an einem bergigen Ort 5.000 Fuß über dem Meeresspiegel, der Luftdruck 12,2 PSI betragen und das Wasser dort bei 203 Grad F kochen.

Mit anderen Worten: Sie können den Siedepunkt senken, indem Sie den Atmosphärendruck verringern.

Vakuumverarbeitungssysteme

Anstatt die Flüssigkeitstemperatur auf den Siedepunkt zu erhöhen, senkt der VCN-Prozess den Kammerdruck auf den Siedepunkt der Flüssigkeit bei Umgebungstemperatur. Genau wie bei der Siedewärmeübertragung bleiben Temperatur und Druck konstant, sobald der Druck den Siedepunkt erreicht. Dieser Druck wird als Dampfdruck bezeichnet. Wenn sich die Innenflächen des Rohrs oder Rohrs mit Dampf gefüllt haben, ergänzen die Außenflächen den Dampf, der erforderlich ist, um die Kammer auf dem Dampfdruck zu halten.

Obwohl die Siedewärmeübertragung die Prinzipien von VCN veranschaulicht, funktioniert der VCN-Prozess umgekehrt zum Sieden.

Ein selektiver Reinigungsprozess. Die Blasenkeimbildung ist ein selektiver Prozess, der auf bestimmte Bereiche zur Reinigung abzielt. Durch das Entfernen der gesamten Luft wird der atmosphärische Druck auf 0 PSI gesenkt, was dem Dampfdruck entspricht, wodurch sich Dampf auf den Oberflächen bildet. Die wachsenden Dampfblasen verdrängen Flüssigkeit von der Rohr- oder Rohroberfläche. Wenn das Vakuum aufhört, wird die Kammer wieder auf Atmosphärendruck gebracht und gespült; Neue Flüssigkeit füllt den Schlauch für den nächsten Vakuumzyklus wieder auf. Der Vakuum-/Druckzyklus ist im Allgemeinen auf 1 bis 3 Sekunden eingestellt und kann je nach Werkstückgröße und Verunreinigung auf eine beliebige Anzahl von Zyklen eingestellt werden.

Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es die Oberfläche des Rohrs reinigt, indem es an der verunreinigten Stelle beginnt. Wenn der Dampf wächst, wird die Flüssigkeit entlang der Rohroberfläche gedrückt und beschleunigt, wodurch eine intensive Bewegung an der Rohrwand entsteht. Die stärkste Bewegung findet in der Nähe der Wand statt, wo der Dampf wächst. Im Wesentlichen zerstört der Prozess die Grenzschicht, so dass die an die Oberfläche angrenzende Flüssigkeit ein hohes chemisches Potenzial behält.Figur 2zeigt zwei Stufen des Prozesses unter Verwendung eines Tensids in einer 0,1-prozentigen wässrigen Lösung.

Um Dampf zu bilden, müssen sich die Blasen auf einer festen Oberfläche bilden. Das bedeutet, dass der Reinigungsprozess von der Oberfläche bis zur Flüssigkeit erfolgt. Ebenso wichtig ist, dass die Blasenkeimbildung mit mikroskopisch kleinen Blasen beginnt, die an der Oberfläche verschmelzen und schließlich eine stabile Blase bilden. Die Keimbildung bevorzugt daher Bereiche mit einem hohen Verhältnis von Oberfläche zu Flüssigkeit, wie z. B. Innendurchmesser von Rohren und Leitungen.

Aufgrund der konkaven Krümmung des Rohrs bildet sich im Inneren des Rohrs leichter Dampf. Da sich am Innendurchmesser leicht Blasen bilden, bildet sich dort zuerst Dampf, und zwar schnell genug, um typischerweise 70 bis 80 Prozent der Flüssigkeit zu evakuieren. Die Flüssigkeit nahe der Oberfläche besteht auf dem Höhepunkt der Vakuumstufe zu nahezu 100 Prozent aus Dampf, was das Filmsieden bei der Siedewärmeübertragung simuliert.

Der Keimbildungsprozess funktioniert gut bei geraden, gebogenen oder gewickelten Produkten in praktisch jeder Länge und Konfiguration.

Versteckte Einsparungen finden. Wässrige Systeme mit VCN können erhebliche Kosteneinsparungen ermöglichen. Da der Prozess aufgrund der stärkeren Bewegung in der Nähe der Rohroberfläche höhere Chemikalienkonzentrationen aufrechterhält (siehe Abbildung 1), sind keine hohen Chemikalienkonzentrationen erforderlich, um die chemische Diffusion zu fördern. Die schnellere Handhabung und Reinigung führt auch zu höheren Durchsätzen einer bestimmten Maschine und steigert somit den Wert der Ausrüstung.

Schließlich steigert das VCN-Verfahren, ob wasser- oder lösungsmittelbasiert, die Produktivität durch Vakuumtrocknung. Dafür ist keine zusätzliche Ausrüstung erforderlich; Es ist einfach Teil des Prozesses.

Aufgrund der geschlossenen Bauweise der Kammer und der Temperaturflexibilität kann ein VCN-System auf viele Arten konfiguriert werden.

Der Vakuum-Zyklus-Keimbildungsprozess wird zur Reinigung röhrenförmiger Komponenten in so unterschiedlichen Größen und Anwendungen wie medizinischen Produkten mit kleinem Durchmesser (links) und Wellenleitern mit großem Durchmesser für die Funksignalübertragung (rechts) eingesetzt.

Für Lösungsmittelsysteme können neben VCN auch andere Reinigungstechniken wie Dampf und Spray verwendet werden. In einigen einzigartigen Anwendungen kann ein Ultraschallsystem hinzugefügt werden, um VCN zu verbessern. Bei der Verwendung von Lösungsmitteln wird das VCN-Verfahren durch das Vakuum-zu-Vakuum-Verfahren (oder Airless-Verfahren) unterstützt, das erstmals 1991 patentiert wurde. Das Verfahren begrenzt die Lösungsmittelemissionen und den Lösungsmittelverbrauch auf 97 Prozent oder mehr. Das Verfahren wird sowohl von der Environmental Protection Agency als auch vom South Coast Air Quality Management District in Kalifornien für seine Wirksamkeit bei der Begrenzung der Exposition und Nutzung anerkannt.

Lösungsmittelsysteme mit VCN sind kosteneffektiv, da jedes System zur Vakuumdestillation geeignet ist, was die Lösungsmittelrückgewinnung maximiert. Dies reduziert den Einkauf von Lösungsmitteln und die Abfallentsorgung. Der Prozess selbst verlängert die Standzeit des Lösungsmittels; Die Geschwindigkeit des Lösungsmittelabbaus nimmt mit sinkender Betriebstemperatur ab.

Bei Bedarf können diese Systeme an zusätzliche Behandlungen wie Passivierung mit sauren Lösungen oder Sterilisation mit Wasserstoffperoxid oder anderen Chemikalien angepasst werden. Die Oberflächenaktivität des VCN-Verfahrens macht diese Behandlungen schnell und kostengünstig und kann in einem einzigen Gerätedesign kombiniert werden.

Bisher haben VCN-Einheiten vor Ort Rohre mit einem Durchmesser von nur 0,25 Millimetern und Rohre mit einem Verhältnis von Durchmesser zu Wandstärke von mehr als 1.000 zu 1 behandelt. In Laborstudien hat sich VCN bei der visuellen Entfernung interner Verunreinigungen als wirksam erwiesen in gewickelten Rohren von 1 Meter Länge und 0,08 mm Durchmesser; In tatsächlichen Anwendungen können Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von nur 0,15 mm gereinigt werden.

Informationen zum Chemieverbrauch erhalten Sie auf Anfrage.

Donald Gray, Ph.D., ist Präsident und JP Schuttert überwacht den Vertrieb für Vacuum Processing Systems, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, [email protected].