净化防腐设备及其组合式滤芯的研发与效果研究

关键词:大气防腐设备；净化滤芯；金属材料；大气腐蚀

净化防腐设备及其组合式滤芯的研发与效果研究

刘起恒

新洋国际电力集团有限公司，河南长垣 453400

摘要：在工业及海洋大气环境中，金属材料易受腐蚀，导致巨大的经济损失。本文针对这一问题，研发了两种净化防腐设备及其配套的组合式滤芯。设备通过创造微正压环境及高效净化腐蚀因子，显著降低了金属材料的腐蚀速率。同时，研发了三种组合式滤芯，利用改性蜂窝活性炭和球形氧化铝的吸附能力，实现了对多种腐蚀性污染物的同时吸附。实验结果表明，滤芯对硫化氢、二氧化硫及氯离子等污染物具有显著吸附效果。将净化防腐设备应用于重污染厂区，有效提升了环境安全等级，验证了设备的实际应用效果。

1. 引言

金属材料在工业及海洋大气环境中易受到腐蚀，主要由湿度、硫化氢、二氧化硫及氯离子等因素引起。传统防腐方法存在成本高、维护复杂等问题，且难以全面解决大气腐蚀问题。因此，开发一种能够从根本上缓解大气环境中金属材料腐蚀速率的净化防腐设备具有重要意义。本文致力于研发净化防腐设备及其组合式滤芯，通过吸附环境中的腐蚀因子，降低金属材料的腐蚀速率。

2. 净化防腐设备的研发

2.1 设备设计思路

净化防腐设备主要包含风机动力装置和大气污染物净化装置。风机动力装置提供空气流通效率，创造微正压环境，防止室外污染物进入室内。大气污染物净化装置则用于吸收环境中的腐蚀性物质。此外，针对高湿度环境，研发了附带冷凝除湿系统的净化防腐设备，进一步提升设备的防腐效果。

2.2 模块式净化防腐设备

模块式净化防腐设备整体外观如图所示，主要由空气净化装置、风机动力装置、进送风装置和箱体组成。空气净化装置包括物理净化和化学净化两部分，物理净化部分采用初效和中效过滤器，化学净化部分则采用组合式滤芯。风机动力装置提供动力，确保室内空气流通。进送风装置设计合理，确保新风引入和室内全方位保护。

2.2.1 物理净化模块

物理净化模块包括初效过滤器和中效过滤器，分别位于箱体的左右两侧，有效拦截空气中的粉尘颗粒污染物，避免对后续化学净化模块造成污染。

2.2.2 化学净化模块

针对复杂腐蚀性环境，本文研发了三种组合式滤芯。第一种为多重吸附组合式净化滤芯，集除盐雾与除酸碱功能于一体，通过壳聚糖改性球形氧化铝吸附氯离子，改性蜂窝活性炭吸附强酸强碱及硫化物，七层子滤芯结构确保高效净化。第二种为蜂窝矩阵与吸附颗粒填充式组合滤芯，采用改性蜂窝活性炭与壳聚糖改性球形氧化铝交替填充，通过错开布设提升吸附效果，同时设置减震密封措施，保证滤芯整体性能。第三种为多种改性组合式带肋密封净化滤芯，结合氢氧化钠与壳聚糖改性技术，针对不同腐蚀因子采用多种改性材料组合，内部设置物理与化学双重吸附层，环形肋带设计提升净化效率，有效防止二次污染，确保室内金属材料免受腐蚀侵害。

2.3 附带冷凝除湿的净化防腐设备

针对高湿度环境，研发了附带冷凝除湿系统的净化防腐设备。该设备在模块式净化防腐设备的基础上，增加了冷凝除湿系统，通过蒸发器吸收空气中热量，使水蒸气冷凝成水排出，有效降低环境湿度。同时，无动力风帽装置提高空气循环流通效率，确保设备持续稳定运行。

3. 组合式滤芯的研发

3.1 滤芯材料选择与改性

组合式滤芯主要采用蜂窝活性炭和球形氧化铝作为吸附材料。蜂窝活性炭具有丰富的孔隙结构和极大的比表面积，通过氢氧化钠和壳聚糖改性后，可显著提升其对强酸强碱和硫化物的吸附能力。球形氧化铝则通过壳聚糖改性，提升其对游离态氯离子的吸附效果。

3.2 多重吸附组合式净化滤芯

多重吸附组合式净化滤芯由除盐雾滤芯构件和除酸碱滤芯构件组成。除盐雾滤芯构件采用壳聚糖改性球形氧化铝，负责吸附游离态氯离子；除酸碱滤芯构件采用改性蜂窝活性炭，负责吸附强酸强碱和硫化物。滤芯内部结构紧凑，吸附效果显著。

3.3 蜂窝矩阵与吸附颗粒填充式组合滤芯

蜂窝矩阵与吸附颗粒填充式组合滤芯采用改性蜂窝活性炭和壳聚糖改性球形氧化铝组合而成。滤芯内部设置多层子滤芯构件，通过错开布设蜂窝活性炭和球形氧化铝，提升整体吸附效果。同时，滤芯内部设置减震密封措施，确保吸附材料的利用率和滤芯整体的吸附效果。

3.4 多种改性组合式带肋密封净化滤芯

多种改性组合式带肋密封净化滤芯采用多种改性材料组合而成，包括壳聚糖改性蜂窝活性炭、硝酸汞改性壳聚糖球形氧化铝和高锰酸钾改性球形氧化铝。滤芯内部设置物理吸附构件和化学吸附构件，物理吸附构件负责过滤粉尘颗粒，化学吸附构件则针对不同腐蚀因子进行高效吸附。滤芯箱体内侧设有环形肋带，提升滤芯整体的净化效率。

4. 滤芯吸附效果试验

4.1 试验材料与设备

试验材料包括水溶性壳聚糖、蜂窝活性炭和球形氧化铝。仪器设备包括电热鼓风干燥箱、电子天平、电磁搅拌器等。化学试剂包括氢氧化钠、无水硫酸钠、稀硫酸等。

4.2 滤芯制做与试验方法

滤芯制做过程中，根据改性方式的不同，将蜂窝活性炭和球形氧化铝进行组合，制做四种不同类型的滤芯。试验方法包括容器密封性检验和滤芯吸附试验。通过监测滤芯吸附过程中污染物浓度的变化，评估滤芯的吸附效果。

4.3 硫化氢和二氧化硫的吸附试验

为评估滤芯对二氧化硫的吸附性能，进行了系列试验。试验采用壳聚糖与氢氧化钠改性的蜂窝活性炭，以及它们的组合结构作为吸附材料，分别命名为KS1、NS1、KAS2和NAS2。在密闭容器中生成二氧化硫气体，通过气体流量计和二氧化硫检测仪监测吸附过程中气体浓度的变化。试验结果显示，KS1和NS1滤芯对二氧化硫具有稳定的吸附效果，前中期浓度下降约34%～35%。组合滤芯KAS2和NAS2表现出更优的吸附性能，但风阻相对较大，其中KAS2相较于KS1平均瞬时流量下降3.82%，NAS2相较于NS1下降6.8%。所有滤芯在累计流量达到容器容积2.25倍时，均能完全吸附二氧化硫。这表明改性蜂窝活性炭及其组合结构对二氧化硫具有良好的吸附能力，适用于工业大气环境的净化。

4.4 盐雾环境中氯离子的吸附试验

针对盐雾环境中的氯离子吸附，进行了专项试验。采用壳聚糖改性的蜂窝活性炭和球形氧化铝，以及它们的组合结构作为滤芯材料，分别命名为KL1、NL1、KAL2和NAL2。在动态盐雾环境中，通过氯离子计监测滤芯吸附前后氯离子浓度的变化。试验结果显示，四种滤芯对氯离子均具有显著的吸附效果，平均吸收率均达到99.94%以上。其中，组合滤芯KAL2和NAL2表现出更高的吸收率和吸附容量，KAL2的平均吸收率为99.97%，NAL2更是高达99.985%。在试验过程中，滤芯通过物理吸湿和化学吸附双重机制，有效去除了盐雾中的氯离子。这表明改性后的蜂窝活性炭和球形氧化铝组合结构，能够高效应对盐雾环境中的氯离子污染，为海洋及工业大气环境中的金属材料提供可靠的防腐保护。

5. 厂区实际工况下设备防腐效果研究

5.1 污染环境分级方法

根据国际自动化协会颁布的标准，通过在环境中放置空气质量检测片，测评环境中气态污染物的严重程度并进行分级。分级标准包括G1（安全）、G2（初步可见腐蚀）、G3（极有可能发生腐蚀）和GX（严重腐蚀）。

5.2 厂区内防腐设备的应用效果

在某重污染厂区内四条生产线的相关区域安装净化防腐设备，并对各区域进行环境检测和污染等级划分。检测结果表明，安装了净化防腐设备的区域环境污染等级均维持在较安全的G1等级，而未安装设备的区域污染等级则达到G2甚至GX等级。这表明净化防腐设备有效降低了环境中腐蚀因子的浓度，对金属材料起到了良好的防腐保护作用。

6. 结论

本文研发了两种净化防腐设备及其配套的三种组合式滤芯，通过实验验证了滤芯对硫化氢、二氧化硫及氯离子等污染物的显著吸附效果。将净化防腐设备应用于重污染厂区，有效提升了环境安全等级，验证了设备的实际应用效果。未来研究可结合现代科技实现智能化防腐，进一步提高设备的净化效率和材料利用率。