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1、12.4跟踪管道自进清洗1.复杂管路系统的清洗管 道清洗，特别是管道内壁的清洗是工业清洗应用的一个重要领域。对于管道内壁清洗，一般采用固定喷头或旋转喷头利用射流反冲力沿管道前进并清洗内壁的污垢。 对复杂管路系统来说，若其中沉积的污垢比较牢固，利用射流反冲力作为喷头前进的动力，则射流能量的分散使打击力下降、清洗质量下降。另外，管路过长或弯头 多时喷头旋转和进给速度也难于保证。所以，理想的方法是选用软管旋转推进器强制软管进给，装置简图见图12-12。软 管旋转推进器一般由动力车、旋动车和推进器三部分组成，与高压泵机组配合使用。其工作原理为由高压泵机组产生的高压水经软管接到旋动车上的旋转接头固定 端
2、，再从其旋转端沿一根可以转动的高压软管经推进器后进入被清洗管路内孔，从喷头上的三个喷嘴喷出。旋转接头的固定端与旋动车固定在一起，旋转端由液压马 达驱动旋转，带动高压软管转动。推进器是固定的，它把装有喷头的软管的旋转运动转化为边旋转边进给的复合运动。喷头喷出的高压水流沿管路产生螺旋轨迹，该 轨迹可包络整个管道内表面，从而将管道内壁清洗干净。由于高压软管的柔性，在进给作用下能够进入弯曲的管路，软管的动力驱动装置可带动软管对长距离复杂管 路系统进行清洗。动力车由小型内燃机组驱动液压系统，通过液压胶管给旋动车提供动力源。喷头的转速调节通过液压系统的节流阀来实现无级调速。由于工作中对 转速稳定性要求不高
3、，所以利用节流阀双向节流的特点，在液压马达正转时构成进油口节流调速回路，使软管在管道中向前进给；反转时又构成回油口节流调速回 路，使软管向后进给，简化了回路设计。推进器是推动软管进给和牵引旋动车前进的支座，它工作时放置在管路人口附近，工作原理为用三个胶轮夹持住胶管，胶轮 轴线与软管轴线成角。当软管旋转时，胶轮与软管形成一对摩擦传动的螺旋运动副，角即为螺旋升角，其相互作用的机理类似于蜗轮蜗杆传动。为了保持胶轮对 软管适当的正压力，除了合理地选择胶轮材料外，还采用一套调整胶轮位置的装置。工作中调整角，即可方便地改变每转的进给量，以满足不同清洗工况的需要。 每个喷头设计在圆周方向均布三个喷嘴，喷嘴与
4、轴线夹角为30，一个前喷，两个后喷，以保持一个向前的反作用合力，使胶管在管道内拉直。喷嘴采用硬质合金特制，用机械连接方式固定在喷头上，磨损后可方便地进行更换。软管旋转推进器的技术指标为:工作压力100MPa，喷头旋转速度425r/min，清洗管路最大直径1.5m【4】。它主要用来配合高压清洗机清洗管道内壁，能通过弯曲的管路和弯头，管路系统不需拆卸即可进行清洗，有利于缩短设备检修周期，清洗质量好，适用于化工、石油、电站、盐业等部门管路系统的清洗除垢作业。2.城市排水系统的清洗城市排水系统是城市清洁系统的一部分，它充斥着各种污水和液状废弃物。城市排水系统还具有排泄地表雨水、溢流造成的积水的功能。由
5、于各种原因，下水道经常被污泥等堵塞，因此下水道的疏通、维护就成了市政维修部门的一项经常性任务。下 水道的清洗作业条件是较差的，不清洁的下水道内会细菌滋生、产生异味，而且会传播疾病。清理下水道的作业人员不仅要保证下水系统畅通无阻而且还要清除掉那 些对污水处理厂造成不必要负担的固体废物残渣，此外还需将下水道壁面上附着的一层污垢膜也清除掉。因为它不仅是细菌的滋生地，而且还妨碍下水道系统的正常 维护和保养。早 期人们清理下水管道主要有机械疏通法和水力冲刷法，不仅占用路面时间长，妨碍交通和存在安全隐患，而且劳动强度大、施工环境恶劣、工作效率不高，难以保证 清洗质量。高压水射流应用于下水道的清洗则有显著的
6、优势，它不仅比冲刷法优越，而且同传统机械清理方法相比不需要作业人员进入下水道，还可避免传统机械清 理工具可能给下水道管壁造成的损害和工具的适应性问题。因为一次只需打开一个窨井，工作效率比原来快许多，对交通的妨碍也降到了最低限度。高压水射流作业 的效率和质量远高于其它下水道清洗方法，降低了人工费用和时间，也可显著地降低清洗成本。高压水射流首次用于城市下水道系统的清洗是在1959年由德国Duisburg市引入的，当初用来恢复和清洗战争期间遭受轰炸区域的下水道系统。这些系统的位置和方向都是未知的。因为高压水射流作业不需要从一个窨井到另一个窨井之间连通作业，所以在这种情况下是最为可行的。对一些通向湖海
7、和河流的下水道系统就更加适用了。高压水射流清洗下水道通常采用一辆配备水箱、内燃机(或由电动机驱动)和高压泵的清洗车或两轮拖车。如果清洗装置本身不带水箱，则可直接从消防栓供水，也可由池塘或其它容器供水。下水道清洗车的结构可参见3.7节。用 高压水射流来清洗下水道时，将清洗车尾部对着窨井孔以便放下缠绕在绞盘上的软管。使喷头、高压软管从绞盘进入窨井，喷头到达窨井的底部后打开控制阀，喷头 就借助射流反冲力的作用自行进入下水道。绞盘的转速、转向是可以控制的。如果喷头到达了下一个窨井，或前进了预期的一段距离，则可通过改变绞盘的转向来回 收软管，回收的速度取决于下水道的清洁程度。对日常维护的下水道，回收速度
8、约为1525m/min，以保证清洗质量。这时，应考虑下水道截面所通过的流量，下水道的截面尺寸越大、泥沙沉积物越多，回收软管的速度应越慢。在泥沙沉积严重的区域，建议采用分段清洗法，即首先清洗10m一段，然后20m、30m。 清洗工作完成后，可关闭控制阀，将软管完全回收到绞盘上。然后用手持喷枪冲洗窨井、路面后盖好井盖。如果清洗后留在井孔中的泥沙较多，或在清洗若干段后积 累了大量的泥沙，就需要用真空射流泵或抽吸车将其清除。在采用高压水射流清洗的整个过程中，操作人员并无必要进入窨井，交通安全由安装在清洗车上的信号灯 来保障。3.水井进水管的清洗地 下水含有许多化学元素和离子及离子化合物，在采水区域或含
9、水层中也含有大量的泥沙、粘土、有机或无机物杂质等，会由于沉淀、生物和化学作用而在进水管管壁 形成一层垢层，使水井的产水量下降。水井生产能力下降后采用的清洗方法通常是机械式的，即在抽干水井后，用钢丝刷清理进水管。尽管清理工作是复杂和耗费时 间的，往往还是不能达到所希望的效果。因为用钢丝刷清理，水垢及离子氧化物可被清除，但进水管上的孔槽(沿纵向开设的窄缝8mm40mm到8mm80mm)则不能被清理干净。进水区域由于堵塞使渗透性下降后，也不能采用一般的办法来清除堵塞使其保持畅通来增加水量。在将高压水射流清洗方法引入后，情况就发生了变化，图12-13所示即为用高压水射流清洗水井的例子。图中在水平进水管
10、的末端是一个闸门，此外连接一个泻流罩(见“I”细部图)将带有喷头的软管导人到这个泻流罩内。当闸门打开时，带有喷头的软管在射流反冲力的作用下进入进水管。此时水下工作的喷头要考虑到水下约0.2MPa的压力。喷头喷出的射流不仅清除了管壁上和缝隙里的污垢，而且足以搅动进水管周围的渗水区，改善了渗水条件，使水井的产量增加。清洗结束后，水井必须进行消毒，可用次氯酸钠制成1:10的溶液进行消毒。在用次氯酸钠消毒后，清洗泵应用清水清洗干净。4.高层建筑垃圾竖井的清洗在实际工作中，高层建筑垃圾竖井的清洗一直是一个难以解决的问题。在法国已经成功地将高压水射流应用于这种情况的清洗，并取得了很大的成功。当建筑物高达6
11、层(包括地下室)时清洗工作压力为810MPa，喷头可利用射流反冲力自行上行而无需拖曳绳和绞盘。垃圾竖井的尺寸在欧共体内已经标准化了，对6层或7层其尺寸为250mm300mm，7层以上减小为75mm100mm。清洗时污水的下泻可通过一个位于竖井下端开口的导流容器来解决(见图1214)。当然，也可以采用不具有自行能力的喷头来进行清洗，此时则应采用拖曳绳或其它方式进行导向。清洗结束后，可将消毒剂加入到水中对竖井进行消毒。12.5管道内外表面同步清洗许多管道和管路系统的内外壁同介质接触后都会产生较严重的污垢而影响正常使用，因此就需对管道内外壁进行清洗。管道内外表面的同步清洗装置可大幅度地提高清洗效率和
12、质量，其中一个典型的例子就是应用于油田采油油管的同步清洗装置。油管经过一段时间的采油使用后，因原油中杂质含量高，就会在管内外壁结垢，严重影响了原油开采作业，必须取出清洗。油管垢层通常含有沥青、白蜡和其它有机物等，粘附于管壁，难以清除。为此，油田都设有专门的油管厂来应付常年累月拆换下来的油管的清洗。传 统的油管清洗方法不外乎沸煮，即首先将油管在露天干化，然后放人注满酸液、碱液或清洗液的大池中沸煮，煮后的油管内壁可直接磷化或再用机械清理。尽管如 此，这样处理的油管仍难于达到内外壁完全干净的要求。原因在于垢层厚薄不一，大块垢层看似干化，实际仍粘附于壁面，很难溶化或整体脱离，管扣部分则更难洗 净；清洗
13、液的配比难以理想化，并且随着清洗液浓度越来越稀其作用也越来越弱。但是，因为没有更理想的工艺取而代之，这种传统的化学清洗方法仍在各油田沿 用。另 外，化学清洗油管作业存在许多难以克服的实际问题。首先是清洗液煮沸后会挥发出有毒气体，严重影响工人的身体健康；周围环境浓雾弥漫、可视度低，要靠工人 将沸煮后的油管捞出，进入下一道工序，有的油田则采用机械钻垢工序，劳动强度极大，且钻杆易损伤管的内壁。除此之外，作业现场到处积垢，清洗池换清洗液时 沉积的油垢也难以排出。油管清洗工艺的改造已得到油田的广泛重视，到了非进行不可的地步。用高压水射流清洗油管的难点是结垢粘稠、附着力强；但它又有容易作业的一面，这就是标
14、准化的油管尺寸便于设计专用清洗流水线。油管的具体尺寸为(内径62mm、外径73mm、接箍外径93mm)、3(内径76mm、外径89mm、接箍外径114mm)，长度均为9.7m。在70MPa射流压力下，分别以55kW和110KW清洗机组进行油管清洗试验。试验表明，对垢层不厚但附着力很强、表面很硬的垢层，采用70MPa、55kW高压水射流机组便能较好地清洗内外壁。具体结果是，内壁呈现均匀的本底发黑色，外壁附着力极强的白色油漆标识被剥除，管扣全部沟槽发白锃亮，但除漆速度较慢。采用70MPa、110kW高压水射流机组试验，速度明显加快。内壁清洗分别采用旋转喷头和固定多喷嘴喷头，结果旋转喷头能均匀洗净，
15、不留垢迹，但喷头本身会因偶而的外界作用(如碰壁、污垢粘附等)停止旋转；而固定多喷嘴喷头在内壁往往打出可见沟槽，即留有垢迹。试验还显示出一个重要结果:射流以一个人射角接触壁面比垂直接触壁面清洗效果好得多。这就说明射流的切向作用至关重要，也就是说让射流旋转起来模仿钻杆作业是个有效的方式。油管清洗装置的设计原则是:形成两束高压旋转射流，以旋转喷头清洗内壁，以环形旋转喷头清洗外壁，喷头相对油管转动，而油管相对喷头一个往复运动便完成全部清洗。图12-15所示为油管内外壁同步清洗装置原理图。装置包括两台70MPa、110kW高压往复泵，控制台、执行机构和油管进给机构【5】。油管进给装置基本借用油田现有装置
16、，即由滚轮的转动带动油管的往复进给，进给速度由调速电动机保证。一根油管的清洗周期设计在2.5min左右。每一个滚轮由端部的皮带联动，油管的上、下线则由液压操作。整套装置自动控制作业。为了保证内外壁同步清洗，将内、外旋转喷头嵌套在同一位置，内、外壁旋转喷头的转速应与油管进给速度一致，保证清洗无遗漏。两个旋转喷头是本装置的技术关键，也是这一新工艺的成功所在。旋转喷头一直是水射流的攻关技术，压力越高，技术性也就越强。图12-16所示为内表面旋转喷头。它采用偏置一对喷嘴形成喷头旋转水力扭矩，这也是自转旋转喷头的特点；间隙节流无接触密封可靠地保证了水射流70MPa高压力工况。喷头旋转后，由于水力扭矩没有
17、降低，转速会越来越快，高达约2000r/min， 这样水射流就会产生严重雾化，破坏了应有的射流打击力。为此，在喷头内设计了粘性流体减速机构，喷头转动要克服粘液剪切应力，从而使转速下降，保证了良好 的射流形状。内表面旋转喷头在油管中的对中性非常重要，否则喷头转动就会因外力而停滞。为此，必须在喷头后的喷杆上设置相应支撑机构，采用塑料滚轮使喷头 相对于油管对中。外表面旋转喷头专为油管外壁清洗设计成环状，喷头与油管进给相匹配的低速摆动依靠齿轮传递动力控制，实现高压环形摆动水射流。环形喷头沿周向均匀布置6个喷嘴，摆幅略大于90。主要用于清洗63mm(2.5in)、76mm(3in)油管和钻杆。装置采用专
18、用扇形喷嘴，目的是形成一个具有一定宽度的窄扁水射流，作业时扫出一个宽带，以提高清洗效率。该喷头的最大优点是摆动旋转避免了大直径高压旋转密封，提高了运行可靠性，但它对高压软管的柔韧性要求较高，且平稳性不如大直径高压旋转喷头。考虑两台110kW机组耗水量在9m3/h，而油管厂均须连续作业，可在清洗现场配置污水池。用过的水首先流入污水池，沉淀并刮去表层浮油污物，再经过滤后进入清水池供泵循环使用，达到循环用水的目的。油管内外壁同步清洗装置的应用从根本上实现了高压常温清水同步清洗油管内外壁新工艺，具有良好的经济和社会效益。12.6容器的清洗容器(包括塔、釜、罐、槽、舱等)的 内外壁除垢、清洗对容器的制造
19、、检验、安全评定与使用维护极为重要。多年来，容器的清洗除垢技术和工艺有手工刮铲除、机械清除、气体喷砂、涂刷化学清洗剂 等，但都不同程度地存在着工作环境恶劣、劳动强度大、作业作率低下、清洗效果不尽人意等弊病。将高压水射流技术引入到这一领域则在一定程度上解决了上述问 题。1.大型容器内壁清洗装置对大型容器内壁清洗装置的主要要求是室外控制，并保证3570MPa的高压水射流能冲洗到容器内壁的每一点。该装置为在通用高压清洗机的基础上配备专门的进给机构和三维旋转喷头而成。三维旋转喷头工作时其水射流喷头可沿两个互相垂直的轴旋转，转速可在5100r/min之间调节，通常工作最佳转速为2040r/min。喷嘴的
20、旋转可利用水射流反冲力通过喷嘴的偏心配置所产生的水力旋转力矩，并通过一对伞齿轮实现喷嘴自身的自转和喷头体对主轴的公转，也可以通过气动、液动的方式使喷嘴产生所需要的自转和公转。重要的是喷嘴的转速不能过高，以免射流雾化影响清洗效果。立式容器和卧式容器的进给装置不同。图12-17所示为几种常见立式容器进给装置。图a进给机构具有四项功能:(1)垂直进给:通过三层矩形管内置高压软管同三维旋转喷头相连接，依靠自身重力自上而下进给，同时蜗轮蜗杆联动绞盘牵引钢丝绳控制进给的方向和速度。该机构进给深度可达812m，垂直进给动作可使喷头停在任一高度位置进行清洗作业；(2)倾斜:在外层矩形管与底座之间设置转动支点，
21、通过倾斜机构3的螺距调节，使伸缩机构4相对于铅垂轴线最大倾斜达40，以保证喷头贴近容器内壁。(3)旋转:整个进给机构4的质量通过推力轴承和滚动轴承组合支承在底座2上，旋转机构5使一组蜗轮蜗杆带动一组链轮，被动链轮固定在外管上，由此实现整个机构相对于容器内壁的转动，使三维旋转喷头在自转的同时又能随装置做360的公转，保证水射流的复合旋转并能在任意角度停止且作业；(4)曲臂:曲臂机构6与 矩形管端面有一个旋转接头，其动力来自进给机构的蜗轮蜗杆箱，同样以钢丝绳牵引。该箱两轴输出，分别驱动进给和曲臂机构。在轴端设计有一离合器，保证两种 动作可分可合。曲臂的目的在于使用列式喷头进行大面积清洗和内壁的上部
22、进行清洗，这个功能对于矩形舱室尤其很有意义。它的曲臂角接近180。上述四种功能均可在高压下独立动作，也可复合动作，能够满足各种釜、罐、舱的内壁清洗需要【6】。图b机构将喷头直接联接于高压软管，软管的伸缩控制喷头进给深度，而软管外套管的摆角则控制着喷头与容器壁的距离。图c机构最为简单，绞盘转动带动软管伸缩控制着喷头的进给深度。图12-18所示为几种卧式容器内壁清洗装置。图a为通过可伸缩套管使喷头进给到所需清洗位置上；图b为通过液压装置使安装有喷头的套管张开到所需角度和长度，对壁面进行清洗；图c为通过桁架的伸缩推进喷头进行清洗。清洗卧式容器同样使用三维旋转喷头，它的进给装置较为简单，且容器尺寸越小
23、就越简单。容器内壁清洗的关键在于性能良好的三维旋转喷头，由于动作速度较慢，一般采用手动控制。此外，与三维旋转喷头匹配的高压泵机组性能参数(压力、流量、功率)范围很广，对不同的清洗对象只需相应更换喷嘴即可。2.小直径容器的清洗小 直径容器和大口径管道的清洗大多采用二维旋转喷头，其外形尺寸与所清洗内壁直径相适应。同三维旋转喷头一样，二维旋转喷头的旋转动力可以来自于射流反冲 力，也可采用气动或液动。旋转密封的结构也与三维旋转喷头相似。二维旋转喷头清洗作业的进给方式一般有喷杆直接递进与绳索牵引两种。前者用于较短的容器(如气瓶)与管道的清洗，后者则用于较长的容器(如塔器)与管道(烟囱、输送管等)的清洗。图12-19所示即为二维旋转喷头装置用于清洗塔器类较长容器及管道时常见的作业方式。小型容器和管道的清洗也常采用固定喷头。固定喷头具有结构简单、性能可靠、进给方式简便(一般直接采用喷杆或软管递进)等优点，但为了清洗得尽可能彻底、均匀，固定喷头上的喷嘴数必须尽可能多，一般均在45个以上，这样就分散了射流功率，降低了射流打击力。为了确保全面彻底的清洗效果，作业时往往需要进行多次反复进给清洗。因此，就同样功率的机组设备而言，采用固定喷头清洗作业，其速度与效果均不及采用旋转喷头作业理想。 感谢