跟蹤管道自進清洗

1、.12.4跟蹤管道自進清洗1.復(fù)雜管路系統(tǒng)的清洗管 道清洗，特別是管道內(nèi)壁的清洗是工業(yè)清洗應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。對于管道內(nèi)壁清洗，一般采用固定噴頭或旋轉(zhuǎn)噴頭利用射流反沖力沿管道前進并清洗內(nèi)壁的污垢。 對復(fù)雜管路系統(tǒng)來說，若其中沉積的污垢比較牢固，利用射流反沖力作為噴頭前進的動力，則射流能量的分散使打擊力下降、清洗質(zhì)量下降。另外，管路過長或彎頭 多時噴頭旋轉(zhuǎn)和進給速度也難于保證。所以，理想的方法是選用軟管旋轉(zhuǎn)推進器強制軟管進給，裝置簡圖見圖12-12。軟 管旋轉(zhuǎn)推進器一般由動力車、旋動車和推進器三部分組成，與高壓泵機組配合使用。其工作原理為由高壓泵機組產(chǎn)生的高壓水經(jīng)軟管接到旋動車上的旋轉(zhuǎn)接頭固定

2、端，再從其旋轉(zhuǎn)端沿一根可以轉(zhuǎn)動的高壓軟管經(jīng)推進器后進入被清洗管路內(nèi)孔，從噴頭上的三個噴嘴噴出。旋轉(zhuǎn)接頭的固定端與旋動車固定在一起，旋轉(zhuǎn)端由液壓馬 達驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，帶動高壓軟管轉(zhuǎn)動。推進器是固定的，它把裝有噴頭的軟管的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為邊旋轉(zhuǎn)邊進給的復(fù)合運動。噴頭噴出的高壓水流沿管路產(chǎn)生螺旋軌跡，該 軌跡可包絡(luò)整個管道內(nèi)表面，從而將管道內(nèi)壁清洗干凈。由于高壓軟管的柔性，在進給作用下能夠進入彎曲的管路，軟管的動力驅(qū)動裝置可帶動軟管對長距離復(fù)雜管 路系統(tǒng)進行清洗。動力車由小型內(nèi)燃機組驅(qū)動液壓系統(tǒng)，通過液壓膠管給旋動車提供動力源。噴頭的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)通過液壓系統(tǒng)的節(jié)流閥來實現(xiàn)無級調(diào)速。由于工作中對 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性要求不

3、高，所以利用節(jié)流閥雙向節(jié)流的特點，在液壓馬達正轉(zhuǎn)時構(gòu)成進油口節(jié)流調(diào)速回路，使軟管在管道中向前進給；反轉(zhuǎn)時又構(gòu)成回油口節(jié)流調(diào)速回 路，使軟管向后進給，簡化了回路設(shè)計。推進器是推動軟管進給和牽引旋動車前進的支座，它工作時放置在管路人口附近，工作原理為用三個膠輪夾持住膠管，膠輪 軸線與軟管軸線成角。當(dāng)軟管旋轉(zhuǎn)時，膠輪與軟管形成一對摩擦傳動的螺旋運動副，角即為螺旋升角，其相互作用的機理類似于蝸輪蝸桿傳動。為了保持膠輪對 軟管適當(dāng)?shù)恼龎毫Γ撕侠淼剡x擇膠輪材料外，還采用一套調(diào)整膠輪位置的裝置。工作中調(diào)整角，即可方便地改變每轉(zhuǎn)的進給量，以滿足不同清洗工況的需要。 每個噴頭設(shè)計在圓周方向均布三個噴嘴，噴嘴

4、與軸線夾角為30°，一個前噴，兩個后噴，以保持一個向前的反作用合力，使膠管在管道內(nèi)拉直。噴嘴采用硬質(zhì)合金特制，用機械連接方式固定在噴頭上，磨損后可方便地進行更換。軟管旋轉(zhuǎn)推進器的技術(shù)指標為:工作壓力100MPa，噴頭旋轉(zhuǎn)速度425r/min，清洗管路最大直徑1.5m【4】。它主要用來配合高壓清洗機清洗管道內(nèi)壁，能通過彎曲的管路和彎頭，管路系統(tǒng)不需拆卸即可進行清洗，有利于縮短設(shè)備檢修周期，清洗質(zhì)量好，適用于化工、石油、電站、鹽業(yè)等部門管路系統(tǒng)的清洗除垢作業(yè)。2.城市排水系統(tǒng)的清洗城市排水系統(tǒng)是城市清潔系統(tǒng)的一部分，它充斥著各種污水和液狀廢棄物。城市排水系統(tǒng)還具有排泄地表雨水、溢流造成的

5、積水的功能。由于各種原因，下水道經(jīng)常被污泥等堵塞，因此下水道的疏通、維護就成了市政維修部門的一項經(jīng)常性任務(wù)。下 水道的清洗作業(yè)條件是較差的，不清潔的下水道內(nèi)會細菌滋生、產(chǎn)生異味，而且會傳播疾病。清理下水道的作業(yè)人員不僅要保證下水系統(tǒng)暢通無阻而且還要清除掉那 些對污水處理廠造成不必要負擔(dān)的固體廢物殘渣，此外還需將下水道壁面上附著的一層污垢膜也清除掉。因為它不僅是細菌的滋生地，而且還妨礙下水道系統(tǒng)的正常 維護和保養(yǎng)。早 期人們清理下水管道主要有機械疏通法和水力沖刷法，不僅占用路面時間長，妨礙交通和存在安全隱患，而且勞動強度大、施工環(huán)境惡劣、工作效率不高，難以保證 清洗質(zhì)量。高壓水射流應(yīng)用于下水道的

6、清洗則有顯著的優(yōu)勢，它不僅比沖刷法優(yōu)越，而且同傳統(tǒng)機械清理方法相比不需要作業(yè)人員進入下水道，還可避免傳統(tǒng)機械清 理工具可能給下水道管壁造成的損害和工具的適應(yīng)性問題。因為一次只需打開一個窨井，工作效率比原來快許多，對交通的妨礙也降到了最低限度。高壓水射流作業(yè) 的效率和質(zhì)量遠高于其它下水道清洗方法，降低了人工費用和時間，也可顯著地降低清洗成本。高壓水射流首次用于城市下水道系統(tǒng)的清洗是在1959年由德國Duisburg市引入的，當(dāng)初用來恢復(fù)和清洗戰(zhàn)爭期間遭受轟炸區(qū)域的下水道系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的位置和方向都是未知的。因為高壓水射流作業(yè)不需要從一個窨井到另一個窨井之間連通作業(yè)，所以在這種情況下是最為可行的。

7、對一些通向湖海和河流的下水道系統(tǒng)就更加適用了。高壓水射流清洗下水道通常采用一輛配備水箱、內(nèi)燃機(或由電動機驅(qū)動)和高壓泵的清洗車或兩輪拖車。如果清洗裝置本身不帶水箱，則可直接從消防栓供水，也可由池塘或其它容器供水。下水道清洗車的結(jié)構(gòu)可參見3.7節(jié)。用 高壓水射流來清洗下水道時，將清洗車尾部對著窨井孔以便放下纏繞在絞盤上的軟管。使噴頭、高壓軟管從絞盤進入窨井，噴頭到達窨井的底部后打開控制閥，噴頭 就借助射流反沖力的作用自行進入下水道。絞盤的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向是可以控制的。如果噴頭到達了下一個窨井，或前進了預(yù)期的一段距離，則可通過改變絞盤的轉(zhuǎn)向來回 收軟管，回收的速度取決于下水道的清潔程度。對日常維護的下

8、水道，回收速度約為1525m/min，以保證清洗質(zhì)量。這時，應(yīng)考慮下水道截面所通過的流量，下水道的截面尺寸越大、泥沙沉積物越多，回收軟管的速度應(yīng)越慢。在泥沙沉積嚴重的區(qū)域，建議采用分段清洗法，即首先清洗10m一段，然后20m、30m。 清洗工作完成后，可關(guān)閉控制閥，將軟管完全回收到絞盤上。然后用手持噴槍沖洗窨井、路面后蓋好井蓋。如果清洗后留在井孔中的泥沙較多，或在清洗若干段后積 累了大量的泥沙，就需要用真空射流泵或抽吸車將其清除。在采用高壓水射流清洗的整個過程中，操作人員并無必要進入窨井，交通安全由安裝在清洗車上的信號燈 來保障。3.水井進水管的清洗地 下水含有許多化學(xué)元素和離子及離子化合物，

9、在采水區(qū)域或含水層中也含有大量的泥沙、粘土、有機或無機物雜質(zhì)等，會由于沉淀、生物和化學(xué)作用而在進水管管壁 形成一層垢層，使水井的產(chǎn)水量下降。水井生產(chǎn)能力下降后采用的清洗方法通常是機械式的，即在抽干水井后，用鋼絲刷清理進水管。盡管清理工作是復(fù)雜和耗費時 間的，往往還是不能達到所希望的效果。因為用鋼絲刷清理，水垢及離子氧化物可被清除，但進水管上的孔槽(沿縱向開設(shè)的窄縫8mm×40mm到8mm×80mm)則不能被清理干凈。進水區(qū)域由于堵塞使?jié)B透性下降后，也不能采用一般的辦法來清除堵塞使其保持暢通來增加水量。在將高壓水射流清洗方法引入后，情況就發(fā)生了變化，圖12-13所示即為用高壓

10、水射流清洗水井的例子。圖中在水平進水管的末端是一個閘門，此外連接一個瀉流罩(見“I”細部圖)將帶有噴頭的軟管導(dǎo)人到這個瀉流罩內(nèi)。當(dāng)閘門打開時，帶有噴頭的軟管在射流反沖力的作用下進入進水管。此時水下工作的噴頭要考慮到水下約0.2MPa的壓力。噴頭噴出的射流不僅清除了管壁上和縫隙里的污垢，而且足以攪動進水管周圍的滲水區(qū)，改善了滲水條件，使水井的產(chǎn)量增加。清洗結(jié)束后，水井必須進行消毒，可用次氯酸鈉制成1:10的溶液進行消毒。在用次氯酸鈉消毒后，清洗泵應(yīng)用清水清洗干凈。4.高層建筑垃圾豎井的清洗在實際工作中，高層建筑垃圾豎井的清洗一直是一個難以解決的問題。在法國已經(jīng)成功地將高壓水射流應(yīng)用于這種情況的清

11、洗，并取得了很大的成功。當(dāng)建筑物高達6層(包括地下室)時清洗工作壓力為810MPa，噴頭可利用射流反沖力自行上行而無需拖曳繩和絞盤。垃圾豎井的尺寸在歐共體內(nèi)已經(jīng)標準化了，對6層或7層其尺寸為250mm×300mm，7層以上減小為75mm×100mm。清洗時污水的下瀉可通過一個位于豎井下端開口的導(dǎo)流容器來解決(見圖1214)。當(dāng)然，也可以采用不具有自行能力的噴頭來進行清洗，此時則應(yīng)采用拖曳繩或其它方式進行導(dǎo)向。清洗結(jié)束后，可將消毒劑加入到水中對豎井進行消毒。12.5管道內(nèi)外表面同步清洗許多管道和管路系統(tǒng)的內(nèi)外壁同介質(zhì)接觸后都會產(chǎn)生較嚴重的污垢而影響正常使用，因此就需對管道內(nèi)外

12、壁進行清洗。管道內(nèi)外表面的同步清洗裝置可大幅度地提高清洗效率和質(zhì)量，其中一個典型的例子就是應(yīng)用于油田采油油管的同步清洗裝置。油管經(jīng)過一段時間的采油使用后，因原油中雜質(zhì)含量高，就會在管內(nèi)外壁結(jié)垢，嚴重影響了原油開采作業(yè)，必須取出清洗。油管垢層通常含有瀝青、白蠟和其它有機物等，粘附于管壁，難以清除。為此，油田都設(shè)有專門的油管廠來應(yīng)付常年累月拆換下來的油管的清洗。傳 統(tǒng)的油管清洗方法不外乎沸煮，即首先將油管在露天干化，然后放人注滿酸液、堿液或清洗液的大池中沸煮，煮后的油管內(nèi)壁可直接磷化或再用機械清理。盡管如 此，這樣處理的油管仍難于達到內(nèi)外壁完全干凈的要求。原因在于垢層厚薄不一，大塊垢層看似干化，實

13、際仍粘附于壁面，很難溶化或整體脫離，管扣部分則更難洗 凈；清洗液的配比難以理想化，并且隨著清洗液濃度越來越稀其作用也越來越弱。但是，因為沒有更理想的工藝取而代之，這種傳統(tǒng)的化學(xué)清洗方法仍在各油田沿 用。另 外，化學(xué)清洗油管作業(yè)存在許多難以克服的實際問題。首先是清洗液煮沸后會揮發(fā)出有毒氣體，嚴重影響工人的身體健康；周圍環(huán)境濃霧彌漫、可視度低，要靠工人 將沸煮后的油管撈出，進入下一道工序，有的油田則采用機械鉆垢工序，勞動強度極大，且鉆桿易損傷管的內(nèi)壁。除此之外，作業(yè)現(xiàn)場到處積垢，清洗池換清洗液時 沉積的油垢也難以排出。油管清洗工藝的改造已得到油田的廣泛重視，到了非進行不可的地步。用高壓水射流清洗油

14、管的難點是結(jié)垢粘稠、附著力強；但它又有容易作業(yè)的一面，這就是標準化的油管尺寸便于設(shè)計專用清洗流水線。油管的具體尺寸為(內(nèi)徑62mm、外徑73mm、接箍外徑93mm)、3(內(nèi)徑76mm、外徑89mm、接箍外徑114mm)，長度均為9.7m。在70MPa射流壓力下，分別以55kW和110KW清洗機組進行油管清洗試驗。試驗表明，對垢層不厚但附著力很強、表面很硬的垢層，采用70MPa、55kW高壓水射流機組便能較好地清洗內(nèi)外壁。具體結(jié)果是，內(nèi)壁呈現(xiàn)均勻的本底發(fā)黑色，外壁附著力極強的白色油漆標識被剝除，管扣全部溝槽發(fā)白锃亮，但除漆速度較慢。采用70MPa、110kW高壓水射流機組試驗，速度明顯加快。內(nèi)壁

15、清洗分別采用旋轉(zhuǎn)噴頭和固定多噴嘴噴頭，結(jié)果旋轉(zhuǎn)噴頭能均勻洗凈，不留垢跡，但噴頭本身會因偶而的外界作用(如碰壁、污垢粘附等)停止旋轉(zhuǎn)；而固定多噴嘴噴頭在內(nèi)壁往往打出可見溝槽，即留有垢跡。試驗還顯示出一個重要結(jié)果:射流以一個人射角接觸壁面比垂直接觸壁面清洗效果好得多。這就說明射流的切向作用至關(guān)重要，也就是說讓射流旋轉(zhuǎn)起來模仿鉆桿作業(yè)是個有效的方式。油管清洗裝置的設(shè)計原則是:形成兩束高壓旋轉(zhuǎn)射流，以旋轉(zhuǎn)噴頭清洗內(nèi)壁，以環(huán)形旋轉(zhuǎn)噴頭清洗外壁，噴頭相對油管轉(zhuǎn)動，而油管相對噴頭一個往復(fù)運動便完成全部清洗。圖12-15所示為油管內(nèi)外壁同步清洗裝置原理圖。裝置包括兩臺70MPa、110kW高壓往復(fù)泵，控制臺、

16、執(zhí)行機構(gòu)和油管進給機構(gòu)【5】。油管進給裝置基本借用油田現(xiàn)有裝置，即由滾輪的轉(zhuǎn)動帶動油管的往復(fù)進給，進給速度由調(diào)速電動機保證。一根油管的清洗周期設(shè)計在2.5min左右。每一個滾輪由端部的皮帶聯(lián)動，油管的上、下線則由液壓操作。整套裝置自動控制作業(yè)。為了保證內(nèi)外壁同步清洗，將內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)噴頭嵌套在同一位置，內(nèi)、外壁旋轉(zhuǎn)噴頭的轉(zhuǎn)速應(yīng)與油管進給速度一致，保證清洗無遺漏。兩個旋轉(zhuǎn)噴頭是本裝置的技術(shù)關(guān)鍵，也是這一新工藝的成功所在。旋轉(zhuǎn)噴頭一直是水射流的攻關(guān)技術(shù)，壓力越高，技術(shù)性也就越強。圖12-16所示為內(nèi)表面旋轉(zhuǎn)噴頭。它采用偏置一對噴嘴形成噴頭旋轉(zhuǎn)水力扭矩，這也是自轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)噴頭的特點；間隙節(jié)流無接觸密封可靠地

17、保證了水射流70MPa高壓力工況。噴頭旋轉(zhuǎn)后，由于水力扭矩沒有降低，轉(zhuǎn)速會越來越快，高達約2000r/min， 這樣水射流就會產(chǎn)生嚴重霧化，破壞了應(yīng)有的射流打擊力。為此，在噴頭內(nèi)設(shè)計了粘性流體減速機構(gòu)，噴頭轉(zhuǎn)動要克服粘液剪切應(yīng)力，從而使轉(zhuǎn)速下降，保證了良好 的射流形狀。內(nèi)表面旋轉(zhuǎn)噴頭在油管中的對中性非常重要，否則噴頭轉(zhuǎn)動就會因外力而停滯。為此，必須在噴頭后的噴桿上設(shè)置相應(yīng)支撐機構(gòu)，采用塑料滾輪使噴頭 相對于油管對中。外表面旋轉(zhuǎn)噴頭專為油管外壁清洗設(shè)計成環(huán)狀，噴頭與油管進給相匹配的低速擺動依靠齒輪傳遞動力控制，實現(xiàn)高壓環(huán)形擺動水射流。環(huán)形噴頭沿周向均勻布置6個噴嘴，擺幅略大于90°。主

18、要用于清洗63mm(2.5in)、76mm(3in)油管和鉆桿。裝置采用專用扇形噴嘴，目的是形成一個具有一定寬度的窄扁水射流，作業(yè)時掃出一個寬帶，以提高清洗效率。該噴頭的最大優(yōu)點是擺動旋轉(zhuǎn)避免了大直徑高壓旋轉(zhuǎn)密封，提高了運行可靠性，但它對高壓軟管的柔韌性要求較高，且平穩(wěn)性不如大直徑高壓旋轉(zhuǎn)噴頭?？紤]兩臺110kW機組耗水量在9m3/h，而油管廠均須連續(xù)作業(yè)，可在清洗現(xiàn)場配置污水池。用過的水首先流入污水池，沉淀并刮去表層浮油污物，再經(jīng)過濾后進入清水池供泵循環(huán)使用，達到循環(huán)用水的目的。油管內(nèi)外壁同步清洗裝置的應(yīng)用從根本上實現(xiàn)了高壓常溫清水同步清洗油管內(nèi)外壁新工藝，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。12.6

19、容器的清洗容器(包括塔、釜、罐、槽、艙等)的 內(nèi)外壁除垢、清洗對容器的制造、檢驗、安全評定與使用維護極為重要。多年來，容器的清洗除垢技術(shù)和工藝有手工刮鏟除、機械清除、氣體噴砂、涂刷化學(xué)清洗劑 等，但都不同程度地存在著工作環(huán)境惡劣、勞動強度大、作業(yè)作率低下、清洗效果不盡人意等弊病。將高壓水射流技術(shù)引入到這一領(lǐng)域則在一定程度上解決了上述問 題。1.大型容器內(nèi)壁清洗裝置對大型容器內(nèi)壁清洗裝置的主要要求是室外控制，并保證3570MPa的高壓水射流能沖洗到容器內(nèi)壁的每一點。該裝置為在通用高壓清洗機的基礎(chǔ)上配備專門的進給機構(gòu)和三維旋轉(zhuǎn)噴頭而成。三維旋轉(zhuǎn)噴頭工作時其水射流噴頭可沿兩個互相垂直的軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可

20、在5100r/min之間調(diào)節(jié)，通常工作最佳轉(zhuǎn)速為2040r/min。噴嘴的旋轉(zhuǎn)可利用水射流反沖力通過噴嘴的偏心配置所產(chǎn)生的水力旋轉(zhuǎn)力矩，并通過一對傘齒輪實現(xiàn)噴嘴自身的自轉(zhuǎn)和噴頭體對主軸的公轉(zhuǎn)，也可以通過氣動、液動的方式使噴嘴產(chǎn)生所需要的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。重要的是噴嘴的轉(zhuǎn)速不能過高，以免射流霧化影響清洗效果。立式容器和臥式容器的進給裝置不同。圖12-17所示為幾種常見立式容器進給裝置。圖a進給機構(gòu)具有四項功能:(1)垂直進給:通過三層矩形管內(nèi)置高壓軟管同三維旋轉(zhuǎn)噴頭相連接，依靠自身重力自上而下進給，同時蝸輪蝸桿聯(lián)動絞盤牽引鋼絲繩控制進給的方向和速度。該機構(gòu)進給深度可達812m，垂直進給動作可使噴頭停在

21、任一高度位置進行清洗作業(yè)；(2)傾斜:在外層矩形管與底座之間設(shè)置轉(zhuǎn)動支點，通過傾斜機構(gòu)3的螺距調(diào)節(jié)，使伸縮機構(gòu)4相對于鉛垂軸線最大傾斜達40°，以保證噴頭貼近容器內(nèi)壁。(3)旋轉(zhuǎn):整個進給機構(gòu)4的質(zhì)量通過推力軸承和滾動軸承組合支承在底座2上，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5使一組蝸輪蝸桿帶動一組鏈輪，被動鏈輪固定在外管上，由此實現(xiàn)整個機構(gòu)相對于容器內(nèi)壁的轉(zhuǎn)動，使三維旋轉(zhuǎn)噴頭在自轉(zhuǎn)的同時又能隨裝置做360°的公轉(zhuǎn)，保證水射流的復(fù)合旋轉(zhuǎn)并能在任意角度停止且作業(yè)；(4)曲臂:曲臂機構(gòu)6與 矩形管端面有一個旋轉(zhuǎn)接頭，其動力來自進給機構(gòu)的蝸輪蝸桿箱，同樣以鋼絲繩牽引。該箱兩軸輸出，分別驅(qū)動進給和曲臂機構(gòu)。在軸端設(shè)計有一離合器，保證兩種 動作可分可合。曲臂的目的在于使用列式噴頭進行大面積清洗和內(nèi)壁的上部進行清洗，這個功能對于矩形艙室尤其很有意義。它的曲臂角接近180°。上述四種功能均可在高壓下獨立動作，也可復(fù)合動作，能夠滿足各種釜、罐、艙的內(nèi)壁清洗需要【6】。圖b機構(gòu)將噴頭直接聯(lián)接于高壓軟管，軟管的伸縮控制噴頭進給深度，而軟管外套管的擺角則控制著噴頭