원료 금속이 어떻게 튜브나 파이프로 만들어지든, 제조 과정에서 표면에 상당한 양의 잔류 물질이 남습니다.압연기에서의 성형 및 용접, 제도 테이블에서의 드로잉, 파일러 또는 압출기를 사용하여 길이에 맞게 절단하는 공정은 파이프 또는 파이프 표면에 그리스가 코팅되어 잔해로 막힐 수 있습니다.내부 및 외부 표면에서 제거해야 하는 일반적인 오염 물질에는 드로잉 및 절단 시 발생하는 유성 및 수성 윤활제, 절단 작업 시 발생하는 금속 파편, 공장 먼지 및 잔해가 포함됩니다.
수용액이나 용제를 사용하여 실내 배관 및 공기 덕트를 청소하는 일반적인 방법은 실외 표면 청소에 사용되는 방법과 유사합니다.여기에는 플러싱, 플러깅 및 초음파 캐비테이션이 포함됩니다.이러한 방법은 모두 효과적이며 수십 년 동안 사용되어 왔습니다.
물론 모든 프로세스에는 한계가 있으며 이러한 정리 방법도 예외는 아닙니다.세척에는 일반적으로 수동 매니폴드가 필요하며 유체가 파이프 표면에 접근함에 따라 세척 유체 속도가 감소하므로(경계층 효과) 효율성이 떨어집니다(그림 1 참조).패킹은 잘 작동하지만 의료 용도(피하 또는 관강 튜브)에 사용되는 것과 같이 매우 작은 직경의 경우 매우 힘들고 비실용적입니다.초음파 에너지는 외부 표면을 청소하는 데 효과적이지만 단단한 표면을 통과할 수 없으며 특히 제품을 묶을 때 파이프 내부에 도달하기 어렵습니다.또 다른 단점은 초음파 에너지가 표면을 손상시킬 수 있다는 것입니다.음포는 캐비테이션에 의해 제거되어 표면 근처에 많은 양의 에너지를 방출합니다.
이러한 공정의 대안은 VCN(진공 순환 핵 생성)으로, 이는 가스 기포가 성장하고 붕괴되어 액체를 이동하게 합니다.기본적으로 초음파 공정과 달리 금속 표면이 손상될 위험이 없습니다.
VCN은 기포를 이용해 배관 내부의 액체를 교반하여 제거합니다.이는 진공에서 작동하는 침지 공정이며 수성 및 용제 기반 유체 모두에 사용할 수 있습니다.
냄비에 물이 끓기 시작하면 거품이 생기는 것과 같은 원리로 작동합니다.첫 번째 거품은 특정 장소, 특히 잘 사용한 화분에서 형성됩니다.이러한 영역을 주의 깊게 검사하면 해당 영역의 거칠기나 기타 표면 결함이 드러나는 경우가 많습니다.팬의 표면이 주어진 양의 액체와 더 많이 접촉하는 곳이 바로 이 부분입니다.또한, 이러한 영역은 자연 대류 냉각의 영향을 받지 않기 때문에 기포가 쉽게 형성될 수 있습니다.
비등 열 전달에서는 열이 액체로 전달되어 온도를 끓는점까지 올립니다.끓는점에 도달하면 온도 상승이 중지됩니다.더 많은 열을 추가하면 처음에는 증기 기포 형태로 증기가 생성됩니다.빠르게 가열하면 표면의 모든 액체가 증기로 변하는데, 이를 필름 비등이라고 합니다.
냄비에 물을 끓일 때 일어나는 일은 다음과 같습니다. 먼저 냄비 표면의 특정 지점에 기포가 형성되고, 물을 휘젓고 휘저으면 물이 표면에서 빠르게 증발합니다.표면 근처에는 보이지 않는 증기가 있습니다.증기가 주변 공기와 접촉하여 냉각되면 수증기로 응축되어 냄비 위에 형성되면서 명확하게 보입니다.
화씨 212도(섭씨 100도)에서 이런 일이 일어날 것이라는 것은 누구나 알고 있지만 그게 다가 아닙니다.이는 이 온도와 평방인치당 14.7파운드(PSI[1bar])인 표준 대기압에서 발생합니다.즉, 해수면의 기압이 14.7psi인 날 해수면의 물의 끓는점은 화씨 212도입니다.같은 날 이 지역 해발 5,000피트의 산에서 대기압은 평방인치당 12.2파운드이며, 그곳에서 물의 끓는점은 화씨 203도입니다.
VCN 공정은 액체의 온도를 끓는점까지 높이는 대신 챔버의 압력을 주변 온도에서 액체의 끓는점까지 낮춥니다.끓는 열 전달과 유사하게 압력이 끓는점에 도달하면 온도와 압력이 일정하게 유지됩니다.이 압력을 증기압이라고 합니다.튜브나 파이프의 내부 표면이 증기로 채워지면 외부 표면은 챔버의 증기압을 유지하는 데 필요한 증기를 보충합니다.
비등 열 전달은 VCN의 원리를 예시하지만 VCN 공정은 비등과 반대로 작동합니다.
선택적 청소 과정.버블 생성은 특정 영역을 클리어하는 것을 목표로 하는 선택적 프로세스입니다.모든 공기를 제거하면 대기압이 증기압인 0psi로 감소하여 표면에 증기가 형성됩니다.성장하는 기포는 튜브나 노즐 표면에서 액체를 대체합니다.진공이 해제되면 챔버는 대기압으로 돌아가고 퍼지되어 다음 진공 사이클을 위해 튜브에 새로운 액체가 채워집니다.진공/압력 주기는 일반적으로 1~3초로 설정되며 작업물의 크기 및 오염도에 따라 원하는 주기 수로 설정할 수 있습니다.
이 공정의 장점은 오염된 부분부터 배관 표면을 깨끗하게 청소한다는 점이다.증기가 성장함에 따라 액체는 튜브 표면으로 밀리고 가속되어 튜브 벽에 강한 파문을 만듭니다.가장 큰 흥분은 증기가 자라는 벽에서 발생합니다.본질적으로 이 프로세스는 경계층을 분해하여 액체를 높은 화학적 전위 표면에 가깝게 유지합니다.그림에.도 2는 0.1% 계면활성제 수용액을 사용하는 두 가지 공정 단계를 보여줍니다.
증기가 형성되려면 단단한 표면에 기포가 형성되어야 합니다.이는 세척 과정이 표면에서 액체로 진행됨을 의미합니다.마찬가지로 중요한 점은 기포 핵형성이 표면에서 합쳐지는 작은 기포로 시작되어 결국 안정적인 기포를 형성한다는 것입니다.따라서 핵 생성은 파이프 및 파이프 내경과 같이 액체 부피보다 표면적이 높은 영역을 선호합니다.
파이프의 오목한 곡률로 인해 파이프 내부에 증기가 형성될 가능성이 더 높습니다.내부 직경에는 기포가 쉽게 형성되기 때문에 일반적으로 액체의 70% ~ 80%를 대체할 수 있을 만큼 빠르게 증기가 그곳에서 먼저 형성됩니다.진공 단계의 최고점에 있는 표면의 액체는 거의 100% 증기이며, 이는 비등 열 전달에서 필름 비등을 모방합니다.
핵생성 공정은 거의 모든 길이나 구성의 직선, 곡선 또는 꼬인 제품에 적용 가능합니다.
숨겨진 저축을 찾아보세요.VCN을 사용하는 물 시스템은 비용을 크게 절감할 수 있습니다.이 공정에서는 튜브 표면 근처에서 더 강한 혼합으로 인해 고농도의 화학물질이 유지되므로(그림 1 참조), 화학물질 확산을 촉진하기 위해 고농도의 화학물질이 필요하지 않습니다.처리 및 세척 속도가 빨라지면 특정 기계의 생산성이 높아져 장비 비용이 증가합니다.
마지막으로 수성 및 용제 기반 VCN 공정 모두 진공 건조를 통해 생산성을 높일 수 있습니다.이는 추가 장비가 필요하지 않으며 프로세스의 일부일 뿐입니다.
폐쇄형 챔버 설계와 열적 유연성으로 인해 VCN 시스템은 다양한 방식으로 구성될 수 있습니다.
진공 사이클 핵생성 공정은 작은 직경의 의료 장치(왼쪽) 및 큰 직경의 전파 도파관(오른쪽)과 같은 다양한 크기와 응용 분야의 관형 구성 요소를 청소하는 데 사용됩니다.
용제 기반 시스템의 경우 VCN 외에도 스팀 및 스프레이와 같은 다른 세척 방법을 사용할 수 있습니다.일부 고유한 응용 분야에서는 VCN을 개선하기 위해 초음파 시스템을 추가할 수 있습니다.용제를 사용할 때 VCN 공정은 1991년에 처음으로 특허를 받은 진공 대 진공(또는 에어리스) 공정으로 지원됩니다. 이 공정은 배출 및 용제 사용을 97% 이상으로 제한합니다.이 프로세스는 환경 보호국과 캘리포니아 남부 해안 대기 질 관리 지역에서 노출 및 사용을 제한하는 효율성을 인정받았습니다.
VCN을 사용하는 용매 시스템은 각 시스템이 진공 증류가 가능하여 용매 회수를 극대화하므로 비용 효율적입니다.이를 통해 용제 구매 및 폐기물 처리가 줄어듭니다.이 과정 자체는 용매의 수명을 연장시킵니다.작동 온도가 감소함에 따라 용매 분해 속도가 감소합니다.
이러한 시스템은 산성 용액을 사용한 부동태화, 필요한 경우 과산화수소 또는 기타 화학물질을 사용한 멸균과 같은 후처리에 적합합니다.VCN 공정의 표면 활성으로 인해 이러한 처리가 빠르고 비용 효율적으로 이루어지며 동일한 장비 설계에 결합될 수 있습니다.
현재까지 VCN 기계는 직경이 0.25mm만큼 작은 파이프와 직경 대 벽 두께 비율이 1000:1보다 큰 파이프를 현장에서 처리해 왔습니다.실험실 연구에서 VCN은 최대 길이 1m, 직경 0.08mm의 내부 오염 코일을 제거하는 데 효과적이었습니다.실제로는 최대 직경 0.15mm의 관통 구멍을 청소할 수 있었습니다.
Dr. Donald Gray is President of Vacuum Processing Systems and JP Schuttert oversees sales, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, contact@vacuumprocessingsystems.com.
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Tube & Pipe Journal은 1990년 금속파이프 산업을 전문으로 다루는 최초의 잡지로 창간되었습니다.오늘날 이 책은 북미 지역 유일의 업계 간행물로 남아 있으며 튜브 전문가에게 가장 신뢰할 수 있는 정보 소스가 되었습니다.
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게시 시간: 2023년 1월 13일