结垢致年经济损失超700亿元 远超世界平均水平

　　我国每年由于结垢造成的经济损失有多少？

　　说出来你可能不信，答案是超过700亿元。

　　污垢看似不起眼，但据估算，全世界每年因污垢造成的经济损失约占GDP的0.25%。而在我国，虽然缺乏具体统计资料，但专家普遍估计，应远超过世界平均水平。

　　7月6日，厦门大学化学化工学院化学工程与生物工程系主任、国家“千人计划”特聘教授陈晓东在接受《科学时报》记者采访时表示：“0.25%是个保守的数字，根据我们对国内企业的实际观查，应该高于0.25%。”

　　然而，即使按0.25%计算，每年的经济损失也相当惊人——按我国GDP为4.6万亿美元计算，结垢导致的经济损失高达600多亿元人民币。

　　不过，这一问题在国内并未引起广泛关注。记者通过网络搜索引擎搜索发现，目前我国抗垢产品主要集中在热水器、饮水机等民用水处理领域。而通过学术期刊数据库检索发现，近期我国抗垢方向的论文并不多，且应用面相对集中，以石化行业的抗垢技术居多，其他工业行业涉及较少。而相关的新闻报道几乎为零。

　　在节能减排任务重、时间紧的当下，结垢问题成为被遗漏的一个死角。而这个死角存在于各行各业之中。

　　“抗垢对中国这样一个能耗大国影响很大。”陈晓东指出，“生物、医药、食品、能源等各个行业都存在结垢的问题。”

　　陈晓东在这个领域已经从事了十多年的研究工作。在新西兰和澳大利亚的食品加工行业，他的科研成果已大规模使用。

　　陈晓东同时也是澳大利亚工程院院士、新西兰皇家科学院院士。此次携技术回国，他踌躇满志：“国际上做抗垢的也不是很多，我们很有希望走到前面！”

　　中国尤其需要抗垢技术

　　结垢过程即污垢物质在换热表面上积聚的过程，它存在于自然界、日常生活和各种工程生产过程，特别是各种传热过程中。据调查，90%以上的传热换热设备存在着不同程度的结垢问题，严重影响了换热设备的正常运行，造成了巨大的经济损失和能源浪费。

　　专家介绍，污垢对工业生产造成的不利影响主要包括几个方面。第一，污垢导热系数很低，降低了设备的传热效率，严重时只有原来的20%；第二，污垢的积聚增加了热阻和流动阻力，妨碍设备正常运行；第三，污垢的积聚导致腐蚀，缩短设备寿命；第四，增加了设备清洗的时间和费用，使用化学药品清洗还存在污染问题；第五，污垢积聚会导致设备性能下降，增加企业运行风险。

　　据陈晓东介绍，有些类型的垢一旦结上很难清洗，设备很快就报废了。

　　北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室的一篇论文指出，据不完全统计，我国每年因腐蚀、结垢报废的换热器达万台左右，仅钢材就消耗5万吨以上，直接经济损失2亿元以上。而据国家有关部门统计，每年因水垢引起的机件报废直接损失高达10多亿元。

　　据山东大学能源与动力过程学院的一篇论文介绍，污垢的导热性差，其热导率一般只有换热面主要用材碳钢的1/50~1/30，与钢等热的良导体相比，差别更大。

　　陈晓东打比方说，结垢之后相当于在金属表面长了一层“水泥”，就像人穿一件厚衣服一样，热传递很差。

　　结垢也是困扰石油炼化行业的一大难题。中国石油大学2010年的一篇论文指出，随着采油工业的发展，原油性质趋于恶化，杂质含量较高，在原油加工过程中，换热设备内的结垢问题日益严峻，给炼化企业造成了巨大的能源浪费和经济损失。

　　1995年，据国外科学家估计，每年仅西方国家的原油蒸馏装置由结垢所耗费的费用就高达约45亿美元。从能源消耗、产量降低和维护费用三方面评估，美国炼油工业与结垢有关的损失每年达13亿美元。

　　这篇论文还介绍道，在美国常减压蒸馏装置加工能力在10万桶/天的炼油厂，原油进入加热炉时的温度每降低1℃，每年就要增加400万美元的燃料费，并增加750吨二氧化碳排放。因此换热设备的传热效率对节能减排起到重要作用。

　　我国齐鲁石化公司胜利炼油厂也曾有类似遭遇。他们引进美国的重油处理装置自开工以来，高压换热器的结垢问题成为制约生产正常运行的重要因素。在随后的检修中发现，换后温度比检修开工初期下降了7℃~10℃，导致加热炉管表面温度经常超标，加之其他因素的影响，使进料量大大减少到不足设计值的一半，造成了极大的经济损失。

　　此外，发电厂的冷却塔往往是抽取河水冷却，因此也存在严重的结垢问题。美国数据表明，仅美国发电厂每年因冷却塔水垢问题造成的电能损失达1.85GWh，由此导致的经济损失高达100万美元。

　　除了这些大型工业应用，结垢的问题也影响着人们的普通生活。例如，水垢不但会造成阀门泄漏，严重时甚至会影响其正常工作。如何克服水垢对阀门使用的影响也成为工程师亟待解决的问题。

　　此外，在食品工业中同样存在结垢问题。陈晓东指出，污垢分为结晶垢、颗粒垢、化学反应垢、凝固垢、腐蚀垢和生物垢6类。其中对食品安全影响最大的是生物垢——一旦设备结垢，很容易滋生细菌，影响食品安全。

　　“中国尤其需要抗垢技术。”陈晓东强调。

　　跨学科研究亟待加强

　　早在10年前，“973”重大项目“先进节能的基础科学问题”中就包括了抗垢问题。但该项目参与人、北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室主任马重芳告诉《科学时报》记者，由于中国水质较硬，尤其是三北地区，该项目主要为解决水垢（碳酸盐），并未考虑其他类型的污垢。

　　目前，国内也有一些科研人员在研究抗垢问题，但未成规模，也并未获得国家相应支持，因此总体来说发展缓慢。

　　陈晓东指出，造成结垢问题在我国未受重视的第一个原因是学术原因，“这是个交叉学科，涉及热物理、化学工程、生物工程、环境科学等多个学科，是个系统工程，过去各学科对此关注不够”。

　　据悉，抗垢研究主要有三个方面：形成机理、在线检测技术和对策研究。陈晓东表示，这三个环节都很重要，例如，细菌的生长周期是1个小时，如果没有实时检测技术，按照目前6个小时检查一次的标准，并不能完全保证食品质量。

　　此外，对生物垢清洁到何种程度才算合格也需要制定相应的标准。“这是一个很大的系统和产业。”陈晓东说。

　　国内对抗垢关注不多的第二个原因在于工业界的需求不够强烈。

　　陈晓东说：“过去的大环境一直是拼命生产，设备结垢后只要还能生产就凑合。当然，也没有合适的解决办法。但是再往后，就影响经济效益了，在初始阶段结垢可能只影响百分之几的效益，还能赚钱，但是随着结垢的问题越来越严重，到一定水平就没有效益了。就需要从技术环节来解决。”

　　“这个问题在小规模生产的时候还不是很突出，但是今后只要提高生产量，这个问题会立刻成为制约企业发展的关键因素。”陈晓东强调，“尤其对中国这样的能源大国来说，节能减排压力巨大，今后必须考虑抗垢。”

　　中国市场有待开发

　　作为国际换热器结垢与清洗会议的召集人之一，陈晓东表示，实际上国际学术界研究抗垢技术的也不多，只有屈指可数的几个研究小组。比如，参加顶级国际会议的也只有几十人，而且这些人还来自物理、化学、生物、医学等各个学科。

　　据悉，欧洲在抗垢研究方面较为积极，试图从根本上解决这个问题。例如，德国科学家提出了一套高技术解决方案，对设备的金属表面进行处理。理论上说，如果金属表明非常光滑、低能量就不会结垢，类似不粘锅原理。不过，该方法的实际效果还有待证实。

　　而陈晓东提出的技术路线却另辟蹊径，是一套“低技术”解决方案。经验表明，做到完全不结垢非常难，因此陈晓东提出在金属表面做一层薄膜，使得垢很容易剥落，从而降低了清洗的难度和费用，使设备能够运行更长时间，为工厂带来效益。

　　陈晓东指出，抗垢要想大规模推广必须走价值高但成本低的道路，他认为应该综合治理——研究结垢的机理、过程、抗垢方法、清洗方法，多管齐下。

　　目前，陈晓东在新西兰和澳大利亚应用的技术已经取得了很好效果，主要采用过程优化的方法。例如通过为一家大型工厂改进清洗过程，一年就节省了400万美元。

　　陈晓东介绍道，改进这家工厂的清洗过程并不复杂，关键在于弄清用氢氧化钠清洗蛋白质的化学机理。因此他指出，国内要开发抗垢技术，必须从基础的机理研究开始。

　　马重芳也表示，对于结垢的性质、特点等问题，我国缺乏较为系统的实验研究，以前获得的数据也很少，不利于抗垢技术的发展。

　　从澳大利亚回国的陈晓东非常看好国内市场。目前，他正在同一些企业合作，准备申请专利，开发装置。

　　“过去国际抗垢技术的发展重心始终没往中国移，如果中国能够充分重视，把各项研究做透，我们很有希望建立比欧洲还强大的科研团队并发展一些原创的有效的技术！”陈晓东说。