1 概述

综合性工业气体企业的生存和发展有赖于不断地巩固已有的气体市场和不停地开拓发展新的气体市场。作为面向外销市场的供气单位，不但要在产品质量、数量、服务、价格等方面做文章，还要瞄准新的科技和市场的发展，带动用户对新的气体产品及其衍生产品的认知和需求，不断地向用户介绍和推荐新的使用方法和新的加工工艺，促进用户对新型气体产品的认同，培养潜在市场，通过双赢的方式谋求与用户的共同发展。

为了开拓新的产品，涉足新的市场，太重气体公司新近上了一套二氧化碳贮槽和充灌设备。并且配套上了干冰生产设备，力求将干冰推广到食品行业和冷冻保鲜行业，但鉴于目前的市场状况，销售业绩一直不佳，面对这样的局面，我们选择了新的突破口，把干冰清洗技术介绍给广大的用户。争取未来在干冰颗粒市场占领优势地位。

2 干冰清洗技术介绍

干冰清洗技术源于美国，1945 年美国海军率先将干冰颗粒作为喷射介质用于清理各种顽固的油脂及混合附着物，取得了良好的效果。六七十年代，以美国为首的一批学者就以干冰等“可挥发性”颗粒作为介质的喷砂清洗技术进行了深入的研究和广泛的尝试，奠定了干冰清洗技术的基础。20世纪80 年代，随着干冰生产设备的日趋小型化、低成本化，干冰清洗技术也在不断地取得工业用户的认可，被越来越广泛地应用于各个领域。这一时期也是干冰清洗设备快速发展的时期，喷射载气压

力由开始的1.4 MPa 下降到现在的0.5 MPa，由原来的双管喷射改为单管喷射，新的喷嘴技术使设备迅速小型化，设备的易用性和经济性以及清洗效果明显提高，带给用户实际的利益。高性能的干冰清洗设备正在成为一些行业中不可或缺的重要辅助设备。干冰清洗是清洗行业的一次重大革命。

3 干冰的物理特性，清洗设备和清洗原理

干冰是二氧化碳的固态存在形式，是在- 78℃的低温下二氧化碳凝结成的固态颗粒，这就是我们所说的“干冰”。干冰在常温、常压下可直接气化成二氧化碳气体，没有液化过程。这就使得干冰在清洗时除了被清除的污垢外没有其它废弃物，不会造成任何污染。

干冰清洗设备主要分为两个组成部分。第一是干冰生产设备，第二是干冰喷射清洗机。根据所选用设备的不同它们可以是整体的，也可以是分立的。干冰生产设备通常是以液态二氧化碳为原料，在低温液体泵的驱动下通过节流喷嘴，喷射入收集腔体，一部分液态二氧化碳瞬间气化，另一部分变成雪花状固体微粒，经过成型模具的挤压形成各种不同的块状或颗粒状干冰成品，在干冰清洗中使用的通常是直径3 mm，长度5 ～ 10 mm 的圆柱状干冰颗粒。干冰喷射清洗机，它的工作原理与喷钢砂、喷塑料砂相似，通常它需要压力0.5 MPa 以上，流量为2 m3 / min 以上的洁净压缩空气作为动力气源，通过机械供料系统，将干冰颗粒均匀地输送到空气喷射管道中，通过在管道中与空气混合加速，最终以2 ～ 3 马赫的速度（根据不同设计和供气压力）从喷嘴喷出，冲击工作面以达到清洗的目的。干冰清洗的独特之处不单纯是物理打击，由于干冰是可挥发性的低温固体颗粒（ - 78 ℃），当其以高速喷射到物体表面时，冲击动能瞬间使干冰颗粒气化，并且吸收大量的热，在清洗表面产生剧烈的热交换，迫使附着物骤冷收缩、脆化，而且通常附着物和基底材料具有不同的膨胀系数，表层与内部的温度差将破坏两种材料间的结合，瞬间的快速收缩能够撕开非结构性连接，同时干冰在千分之几秒的气化过程中体积骤增800 倍，这样就在冲击点造成“微型爆炸”，有效击落附着物，气化后干冰变为二氧化碳气体，没有残留，不产生废物。由此可见，干冰清洗具有独特的热学效应和力学效应，特别是当被清洗物体处于在线状态具有较高的温度，或附着物具有明显的冷脆性时效果更佳。国外的应用表明从金属物质上清除非金属污垢时效果最为明显。

另外，根据研究和实践对比在使用干冰喷射清洗时，即使干冰在很高的速度下直接冲击清洗物表面，其冲击动能也是很小的，干冰在冲击瞬间气化消失，不会对被清洗物体造成冲击和磨损，因此可以用于清洗精密零件和模具。

4 应用范围

干冰清洗的应用范围非常广泛，而且还在不断地开拓新的应用领域。传统的应用行业是模具、食品、航空和其它特种清洗行业。

4.1 模具制品行业

模具制品行业是干冰清洗的传统应用领域。模具在多次使用后会在模具内残留部分加工原料，这样会极大地影响加工件的表面光洁度甚至降低产品品质，停机清理会极大地影响生产进度，增加备用模具又会造成重复投资，使用干冰清洗是最佳选择，用干冰去除脱模层和模具上的残留材料，不但热态在线清洗可以取得良好的效果，而且无残留、不磨损，特别适合清理复杂、精密的模具纹理。根据轮胎橡胶工业统计，可减少停机时间80% ～90% 。目前国际著名的轮胎橡胶企业如：米其林、

固特异等都在广泛地使用干冰来清洗模具；通用、福特、本田等汽车公司也在发动机铸造等模具上使用干冰清洗技术，并且取得了良好的效果。另外，聚乙烯、PET、泡沫塑料等行业也是干冰清洗技术的用户。

4.2 食品行业

在食品加工中，糖分、油脂、面粉和其它混合原料在拌和设备、烘烤炉具、托盘以及模具和输送带上留下难以清除的积碳和附着层，不但影响食品品质还会不断地滋生细菌，对人体健康造成严重的危害，传统的水加洗涤剂的清洗方法通常需要停机清理，不但大量占用劳动力还会显著提高工作现场湿度，不利于抑制细菌的繁殖，化学洗涤剂的残留也会造成污染。干冰清洗完全解决了上述问题，它高效、快速，可以在线清洗基本不需要停机，清洗过程不产生化学残留，不会提高湿度，对环境和卫生不造成影响。同样的干冰清洗还可以用于餐饮、酒店、饭店等企业的厨具、灶具和排油烟管道的清理，彻底解决油垢的困扰，显著改善卫生状况，提高饭店的档次。

4.3 印刷、涂装行业

各类油墨、油漆和涂料都具有很强的附着力，它们耐水、耐磨、耐化学清洗、抗老化，在保证印刷品质量和涂装品质的同时也造成了清洗困难的问第2 期左华：二氧化碳干冰清洗技术综述13题，印刷机导轨、齿轮和其它零件上的积墨会显著降低印刷品品质，必须定期清理。油漆和涂料的沾染和脱漆也是一件让人头痛的事。目前根据国际经验，干冰清洗是最佳的选择，它在有效除污的同时不会对印刷机械造成伤害，波音、空客等著名航空制造公司以及美国空军也在使用干冰清洗技术为飞机脱漆，干冰清洗在上述顽固污渍的清洗中表现出良好的性能。

4.4 各类设备在线清洗

干冰清洗也可以被广泛地应用于各类设备的在线清洗，例如：大型锅炉、电厂汽轮机、各类富含焦油结渣的烟道，复杂或难于拆卸的机械结构和其内部的油污、积垢，原料输送带、容器和搅拌设备，以及无法用水或其它溶剂清洗的物体等。这也是干冰清洗技术亟待推广的领域。

5 干冰清洗的优势

综合干冰清洗的特性，以及干冰清洗技术在各个领域的应用情况，我们不难看出干冰清洗具有以下显著的优势。

5.1 可在线清洗，节约费用

干冰清洗显著的特点就是可在线清洗，特别是热态清洗效果更加显著。在线清洗可以极大地缩短设备停机时间，减少清洗过程对生产的影响，对于连续生产的企业可以带来显著的经济效益，而且节水，节约洗涤剂，降低工人劳动强度。

5.2 优越的清洗效果，和无损的清洗过程

干冰清洗具有独特的热学效应和力学效应，使其具有优越的清洗效果，特别对精密模具上细腻的纹理和密集的细孔清理效果更佳。它不会损伤模具和精密的零件，不改变公差，不影响物体表面光洁度。但是，干冰清洗过程中也具有一定的冲击性，

而且相对较低的清洗温度也存在一定的适用性，在清洗时也要根据具体情况合理使用。

5.3 安全环保无污染

由于干冰清洗后只留下清洗下来的污垢，干冰颗粒已经气化成二氧化碳气体，没有其它的化学残留，对环境不造成污染，而传统的洗涤剂清洗对水体和环境会造成二次污染，还会增加城市水处理的负担。在国外干冰清洗技术得到一系列的安全认可，符合美国农业部（USDA），食品与药物管理局（FDA）、环境保护局（EPA）的安全要求。可以用于食品、卫生行业，而且不会对从业人员造成化学侵害，它是化学清洗剂的理想替代品。由于二氧化碳气体比重大于空气，会在室内或其它密闭空间下部不断聚集，操作人员应该保持工作现场良好的通风，注意使用安全。

5.4 无水清洗，应用广泛

干冰清洗过程无水和其它液体产生，所以可用于电力线路和设备、电器控制元件、绝缘材料以及其它需要防水的清洗场合，同时这也是干冰清洗用于食品行业的突出优点之一。

6 市场状况

干冰清洗的应用市场十分广泛，但就目前国内的市场状况来看，还不能被用户广泛地认可和接受，其主要原因有两点。干冰清洗对于国内广大用户还是新鲜事物，缺乏良好的示范效应，亟待取得用户的认可。与国外多年来成熟的市场和良好的使用成绩不同，国内用户对这项技术还缺乏认识，好多行业对此还是“只闻其名，不见其实”。只有像轮胎橡胶工业和汽车工业等少数几个与国际接轨较早联系较密切的行业对干冰清洗有所认识，据报道：上海汽车在其发动机铸造中应用了干冰清洗技术。天津一家轮胎企业在其8000 条轮胎因为模具维护不当，产品表面标识模糊造成退货后，采用了干冰清洗技术。同时，国内企业缺乏精品意识和成本意识，没有很好地分析应用干冰清洗技术所能够带来的品质提高和在线维护节省的停机损失。换言之就是中国的干冰清洗市场还缺乏良好示范效应，没有明显的效益对比很难让用户欣然接受。目前，如何打开干冰清洗市场，就需要我们广泛的介绍和推荐，并且切实地帮助用户采用该项技术，并取得效益，促进用户自觉地对比和分析优缺点，人为地推动市场尽快成熟。鉴于干冰清洗市场的前景和其可观的干冰需求量，这也许是气体行业一个新兴的利润增长点。

干冰清洗的市场还没有打开，相关设备和干冰颗粒没有稳定廉价的供应渠道和供货保障。当前国内干冰清洗市场还处于起步阶段，主要的干冰清洗设备还是以国外公司产品为主，价格偏高，设备维修和备品备件供应相对比较困难，制约了用户的选择和使用；另一方面，国内干冰颗粒的生产和储运也都不成熟，很多地区即使有清洗机也未必买得到颗粒。综合以上两个方面，国内干冰清洗市场启动还很困难。我们认为主要问题还是在一定意义上，已成为半导体工业的国际性语言。然而，SEMI 气体标准系列中没有相关的设备标准，比如电子工业用气体的包装容器、阀门、管道等标准，而这些方面又是我们的弱项和最需要重点解决的方面。

截至2004 年，SEMI 的气体分会共制定了55 项标准。我国现行的电子工业用气体标准共14 项，其中的13 项是非等效采用SEMI 标准。在转化为国家标准的过程中，我们在技术指标上等同采用了SEMI 的技术指标，在分析方法上修改采用了SEMI的实验方法；同时在标准内容上增加了一些诸如包装储运等一些规定。过去，这些国家标准在包装储运上的规定不够科学和严格。已经制定的这14 项标准在我国都有不同程度的应用，但与传统的工业气体产品标准相比，这些标准的应用范围均较小。SEMI 的气体标准内容涉及气体产品标准、方法标准、通用标准，这些标准组成了一个比较完整的体系。而我国的电子工业用气体标准体系中仅有产品标准。

在标准体系的建立和完善过程中，由于我国在电子工业用气体的包装、充装、贮运以及输送方面存在诸多不足，因此我们应当在这些方面加快规范和标准的制定，其次是应当加快方法标准的转化。

综上所述，如果说国际先进的电子工业用气体的供应商已经是一个成年人，那么我国的电子工业用气体的生产商还处在幼儿期，我们还需要在各个方面努力向国际先进水平学习。同时，我们也需要快速的成长，否则只能继续被排斥在电子工业用气体的高端市场之外。

以上提到的六个方面的发展趋势都是要尽快和国际先进水平接轨。在以后的发展趋势中，首先应当是技术标准与国际接轨。电子工业用气体的包装、充装、贮运、输送以及售后服务，皆是发展趋势中的难点和重点。相对而言，电子工业用气体的

检测手段在与国际接轨的过程中发展要快一些。随着国产电子工业用气体在微电子工业高端用户的突破，将带动我国电子工业用气体生产的快速发展。市场需求，只有当广大相关行业对干冰清洗技术有了持续的需求，才能刺激国内清洗设备生产厂商加快产品的开发和供应，并且数量决定价格，有了需求设备价格不成问题。干冰颗粒生产也存在这样的局面。在实际的干冰生产和供应中我们认为关键问题在于干冰的储存，由于干冰温度较低（ - 78℃），主要通过热传导的方式吸热，在常温下挥发极快，通常的保冷方法效果不明显，用保温瓶虽可获得较好的效果，但是储存和运输都非常不便。国外现在广泛使用一种塑料保冷箱，表面是一次成型的塑料压模壳体，内部填充发泡材料，由于采用特殊材料在低温条件下壳体仍能保持良好的弹性和韧性，目前我国还没有类似产品供应。现在国际普遍认可的经济储存标准为每日损耗8% ～ 10%，损耗过大或过小将意味着干冰储存消耗量太大不够经济，或者保冷设备的造价和运输成本过高。根据这一指标我们咨询相关行业专家，经过测算，最简单易行的方法是使用100 mm 左右的一次成型泡沫塑料容器，在尽量装满的情况下，严格控制开启次数，基本可以满足10%左右的日损耗率。以汽车运输，供货半径能够达到200 km 左右，也就是说一个干冰颗粒生产企业可以辐射半径200 km 的广阔市场，通过汽车运输专业的干冰清洗工程公司可以承揽200 ～ 300 km 内的特种清洗工程。基本上可以满足一个区域性中心城市及其周边的需求。这样的市场前景对于任何一个气体生产企业都是具有吸引力的。当前我们的任务就是大力推动干冰清洗市场的成熟，把握原料供应的制高点。

7 未来的发展和市场前景

随着中国改革开放的不断深入和发展，经过多年的努力，中国的工业实力正在不断的加强，国际大型跨国公司对华投资不断增多，中国已经开始成为世界制造业基地。在中国干冰清洗的市场将非常的广阔。在外资企业、合资企业的示范和带动下，国有、民营企业也认识到新技术带来的巨大利益，干冰清洗技术正顺应了这一形势，市场对产品品质要求的不断提升和企业对生产过程连续、高效、清洁、无害化的要求，势必会不断促进干冰清洗技术的发展和普及。未来的几年内国家的各项环保政策将不断出台，更加严格的工业环境法律、法规将会对传统的清洗行业带来巨大的冲击。及早地进入这一优势行业并迅速占领市场是综合性气体供应企业未来发展的重要一步，也是顺应工业产业发展的必由之路。

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