提高管道清洗效率的方法

【資料簡(jiǎn)介】

   高壓清洗機(jī)之提高清洗管道效率的方法 在使用管道過(guò)程中，由于被輸送物質(zhì)的物理化學(xué)作用，會(huì)在管道內(nèi)壁產(chǎn)生高溫聚合物、水垢、結(jié)焦、沉積物等，使生產(chǎn)能耗物耗增加、土藝流程中斷、設(shè)備不能正常使用，甚至發(fā)生惡性事故。所以定期清理管道就成為生產(chǎn)中的必要土序。 目前，企業(yè)主要使用的清洗方法有:人力清洗、機(jī)械清洗、化學(xué)清洗、高壓水射流清洗。其中高壓水射流清洗由于清洗效率高、適用范圍廣、無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為管道清洗的主要手段。研究人員已經(jīng)建立了高壓水清洗的理論基礎(chǔ)，總結(jié)出主要參數(shù)的計(jì)算公式。但是，這些研究都基于射流對(duì)象為無(wú)限大平面，在管道清洗過(guò)程中，受清洗對(duì)象呈環(huán)形分布和曲率影響，使其和一般的平面清洗有很大的不同，而且隨著管道直徑的減小，這種特殊性越來(lái)越明顯，給清洗壓力、流量、靶距等主要參數(shù)選擇帶來(lái)了一定的困難。針對(duì)小直徑管道清洗過(guò)程中，進(jìn)行了提高清洗效率的討論。
 
      2高壓水射流清洗 高壓水射流清洗是指以水為土作介質(zhì)，經(jīng)高壓泵加壓產(chǎn)生高壓力抵流速水流，經(jīng)噴嘴轉(zhuǎn)化為低壓力、高流速的水射流后，在沖蝕、剝層、水楔等作用下，使污垢從基體表面脫離的過(guò)程屬于物理清洗的范疇。
 
     2．1水射流結(jié)構(gòu) 清洗小直徑管道時(shí)，高壓水射流通常為非淹沒(méi)連續(xù)水射流。在噴嘴出口處有一個(gè)錐形等速流核心區(qū)，射流軸向動(dòng)壓力、流速及密度基本保持不變，稱為水射流的初始段。射流繼續(xù)發(fā)展的部分稱為基本段，其軸心速度與軸心動(dòng)壓有規(guī)律的衰減，而在垂直于軸心的截面上，軸向速度與動(dòng)壓呈高斯曲線關(guān)系，該段內(nèi)射流仍保持完整，具有緊密的內(nèi)部結(jié)構(gòu)zui后，非淹沒(méi)射流與環(huán)境介質(zhì)*混合成水滴與空氣的混合物或霧化。根據(jù)水射流各段的特點(diǎn)，適用于清洗的是基本段。表面射流基本結(jié)構(gòu)的參數(shù)包括射流起始段長(zhǎng)度和射流擴(kuò)展直徑。蘇聯(lián)學(xué)者根據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)當(dāng)射流壓力較高時(shí)射流的長(zhǎng)度和雷諾數(shù)無(wú)關(guān)i
 
     2．2水射流清洗破壞形式 水射流的清洗機(jī)理是是十分復(fù)雜的，當(dāng)高壓水射流打擊到管道內(nèi)壁的污垢時(shí)，不僅有正向的沖擊作用，而且有切向的沖蝕作用。射流由于擴(kuò)散射向管道內(nèi)壁而轉(zhuǎn)化為切向流，這種高速切向流挾帶著被剝離下來(lái)的垢層物質(zhì)一起沖刷新露出的結(jié)垢表面，增強(qiáng)了清洗效果。所以，清洗過(guò)程具有沖擊作用、壓力作用、空化作用、脈沖負(fù)荷疲勞作用、水楔作用、磨削作用等，對(duì)污垢產(chǎn)生沖蝕、滲透、剪切、壓縮、剝離、破碎等作用，并引起裂紋擴(kuò)散和水楔等。它們不可能同時(shí)起作用，根據(jù)污垢的組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、分布狀況及射流工況，其中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)起主要作用。對(duì)質(zhì)地硬脆的污垢，如常見的換熱器、蒸發(fā)器等內(nèi)壁附著的水垢，其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，因此，在清洗中起主要作用的破壞形式是拉應(yīng)力破壞。當(dāng)射流壓力足以克服垢層顆粒之間的附著力時(shí)，垢層之間產(chǎn)生裂紋，并在后續(xù)射流的作用下，迅速擴(kuò)散、延伸、交匯，使污垢成片從管道內(nèi)壁剝離下來(lái)，達(dá)到清洗的目的。對(duì)軟勃性的污垢，如瀝青、潤(rùn)滑油等，主要利用射流力剪切力作用，除去垢層。
 
     2．3清洗效率 膠管的沿程損失、噴嘴內(nèi)部流場(chǎng)能耗等，是影響射流清洗效率的主要方面。但作為小直徑管道清洗，高壓射流在管道內(nèi)的利用率是不容忽視的。高壓水經(jīng)噴嘴噴出，當(dāng)高壓水進(jìn)行平面清洗工作時(shí)，射流*作用在清洗對(duì)象上，所以射流的利用率是100%。但清洗管道時(shí)，大多數(shù)管道沒(méi)有*堵塞，故清洗的重點(diǎn)在管壁。射流由于擴(kuò)散，僅是與內(nèi)壁互相接觸部分有清洗作用，而大量射流在管道內(nèi)沿軸向運(yùn)動(dòng)，清洗作用不明顯，zui終在消失段成為沒(méi)有能量的水滴，沿管道流出。對(duì)單噴嘴清洗系統(tǒng)而言，在射流擴(kuò)散時(shí)，當(dāng)擴(kuò)散直徑>管道直徑時(shí)，進(jìn)入有效清洗段;當(dāng)射流基本段結(jié)束時(shí)，對(duì)管道內(nèi)壁不產(chǎn)生徑向壓力和軸向剝離，也就起不到清洗的作用所以，高壓水清洗管道內(nèi)壁時(shí)，有效清洗長(zhǎng)度為兩點(diǎn)之間的部分。可見，此時(shí)大量的高壓射流消耗，所以，在進(jìn)行管道清洗時(shí)，應(yīng)在噴頭圓周上，均布多個(gè)噴嘴聯(lián)合作業(yè)。
 
     3提高高壓水射流清洗效率 高壓水射流的清洗參數(shù)包括壓力和流量的選擇、橫移速度、靶距和射流沖擊角等，合理選擇這些參數(shù)以及優(yōu)化它們的組合是提高水射流清洗效率、降低能耗的重要手段之一。
 
     3．1壓力和流量 由流體力學(xué)知識(shí)可知，提高射流的壓力和流量都可以提高射流功率，當(dāng)二者確定后，可以通過(guò)下列關(guān)系式計(jì)算射流公式表明:壓力和流量雖然和功率都成正比關(guān)系，但是二者在清洗過(guò)程中對(duì)垢物的打擊效果有很大區(qū)別。壓力的大小以能將垢物從基體上剝離為準(zhǔn)，當(dāng)壓力足夠時(shí)，如果想提高清洗速度，就必須提高射流流量。表1中給出了管道清洗時(shí)對(duì)不同工況的壓力和流量選擇的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
 
     3．2靶距與打擊力 對(duì)進(jìn)行分析可知，可以通過(guò)增大射流起始段長(zhǎng)度延長(zhǎng)射流清洗范圍（即B點(diǎn)后移增大射流擴(kuò)散直徑尺使有效清洗起點(diǎn)提前（即A點(diǎn)前移），增加有效清洗段長(zhǎng)度，提高清洗效率。同時(shí)，靠近前端的高壓水碰到管道內(nèi)壁后，由于折射產(chǎn)生水墊，很大程度地緩沖了后端射流的清洗作用，所以，在有效清洗段內(nèi)存在一個(gè)*清洗點(diǎn)。為了使清洗時(shí)打擊力zui大，應(yīng)該使*清洗點(diǎn)和射流的*靶距重合，射流的*靶距和射流打擊力通過(guò)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系在實(shí)際工況下，由于受到空氣阻力影響，打擊力大約相當(dāng)于0.85倍。射流壓力大，噴嘴直徑小時(shí)，取較大值;反之，取較小值。
 
     3．3噴頭與噴嘴 可以確定在*靶距處，射流擴(kuò)展直徑與射流壓力和噴嘴直徑的關(guān)系。但通過(guò)初步運(yùn)算，在正常工作參數(shù)下，射流的擴(kuò)展直徑無(wú)法保證能夠清洗到管道內(nèi)壁，所以，一般情況下應(yīng)采用多噴嘴聯(lián)合作業(yè)。此時(shí)，通過(guò)可以計(jì)算出每個(gè)噴嘴的工作范圍，進(jìn)而確定出噴嘴個(gè)數(shù)。為了提高清洗效果，也可以使用旋轉(zhuǎn)噴頭。對(duì)小直徑管道，由于工作空間限制了噴頭的外形尺寸，所以一般為二維自旋轉(zhuǎn)噴頭。清洗時(shí)，噴頭與高壓軟管相連，噴頭靠自身后噴射流產(chǎn)生的反推力前進(jìn)，靠射流產(chǎn)生的反向力矩驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)套旋轉(zhuǎn)。這類噴頭除了必要的后噴孔以外，還會(huì)有前噴孔或者徑向噴射孔。后噴孔主要用來(lái)產(chǎn)生推進(jìn)力和排污，徑向孔主要用來(lái)清洗，旋輪體前噴孔主要用來(lái)清堵。
 
      3．4沖擊角與清洗速度 通過(guò)討論可知，在其他條件相同時(shí)，不同的沖擊角使水射流的清洗效果不同。同時(shí)，水射流的沖擊角還與射流的移動(dòng)方向有關(guān)。當(dāng)沖擊角偏向射流前進(jìn)方向時(shí)，由于清洗過(guò)后的水流將攜帶已被破碎的污垢以一定的速度沖刷待清洗表面，水流在管道壁面反彈后也會(huì)加快裂縫的生成和生長(zhǎng)，從而增加清洗效果，提高清洗效率。實(shí)驗(yàn)表明:清洗一般松軟油脂污垢時(shí)，沖擊角一般在17°左右，而對(duì)于硬而薄的垢層，沖擊角一般在60°-70°之間。清洗速度的快慢以被清洗對(duì)象達(dá)到要求為依據(jù)，以噴頭的進(jìn)給速度為表現(xiàn)形式。進(jìn)給過(guò)快，不能充分發(fā)揮水楔的沖蝕剝離作用，清洗效果很難保證，只能通過(guò)反復(fù)沖洗來(lái)達(dá)到要求;進(jìn)給過(guò)慢，清洗效率必然不高。擴(kuò)散角與射流形狀水射流的擴(kuò)散角表征了高壓水由噴嘴噴出后，在垂直于射流軸線方向上的擴(kuò)散程度。擴(kuò)散角越大，射流越分散，清洗范圍增大，但同時(shí)射流由于致密性下降而引起打擊力下降，對(duì)提高清洗效率不利。水射流斷面形狀是影響清洗效果的另一個(gè)重要因素，不同的噴嘴出口形狀，可形成不同的射流斷面形狀如使用標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴射流斷面呈扁平形;使用標(biāo)準(zhǔn)錐形噴嘴時(shí)射流斷面呈圓形;使用空心錐形噴嘴可以使射流斷面呈環(huán)形等。在管道內(nèi)壁清洗中，為了提高清洗效率，需要根據(jù)不同的清洗要求，合理的選擇射流斷面形狀。如果使用單一噴嘴，斷面形狀以環(huán)形*;如果使用多噴嘴聯(lián)合作業(yè)，斷面形狀以扁平形*;如果管道在清洗內(nèi)壁的同時(shí)，還要進(jìn)行清堵作業(yè)，則斷面形狀以圓形為宜。對(duì)圓形和環(huán)形斷面的射流，其擴(kuò)散角在圓周范圍內(nèi)相等，但對(duì)于扁平形等非對(duì)稱斷面射流，由于擴(kuò)散角在垂直方向有zui大zui小值，為了增大清洗范圍，應(yīng)使較小的角度與清洗的進(jìn)給方向一致。