提高管道清洗效率的方法

【資料簡介】

   高壓清洗機之提高清洗管道效率的方法 在使用管道過程中，由于被輸送物質的物理化學作用，會在管道內壁產生高溫聚合物、水垢、結焦、沉積物等，使生產能耗物耗增加、土藝流程中斷、設備不能正常使用，甚至發生惡性事故。所以定期清理管道就成為生產中的必要土序。 目前，企業主要使用的清洗方法有:人力清洗、機械清洗、化學清洗、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、無污染等諸多優點而逐漸成為管道清洗的主要手段。研究人員已經建立了高壓水清洗的理論基礎，總結出主要參數的計算公式。但是，這些研究都基于射流對象為無限大平面，在管道清洗過程中，受清洗對象呈環形分布和曲率影響，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，這種特殊性越來越明顯，給清洗壓力、流量、靶距等主要參數選擇帶來了一定的困難。針對小直徑管道清洗過程中，進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，經高壓泵加壓產生高壓力抵流速水流，經噴嘴轉化為低壓力、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程屬于物理清洗的范疇。
 
     2．1水射流結構 清洗小直徑管道時，高壓水射流通常為非淹沒連續水射流。在噴嘴出口處有一個錐形等速流核心區，射流軸向動壓力、流速及密度基本保持不變，稱為水射流的初始段。射流繼續發展的部分稱為基本段，其軸心速度與軸心動壓有規律的衰減，而在垂直于軸心的截面上，軸向速度與動壓呈高斯曲線關系，該段內射流仍保持完整，具有緊密的內部結構zui后，非淹沒射流與環境介質*混合成水滴與空氣的混合物或霧化。根據水射流各段的特點，適用于清洗的是基本段。表面射流基本結構的參數包括射流起始段長度和射流擴展直徑。蘇聯學者根據大量試驗數據總結出經驗當射流壓力較高時射流的長度和雷諾數無關i
 
     2．2水射流清洗破壞形式 水射流的清洗機理是是十分復雜的，當高壓水射流打擊到管道內壁的污垢時，不僅有正向的沖擊作用，而且有切向的沖蝕作用。射流由于擴散射向管道內壁而轉化為切向流，這種高速切向流挾帶著被剝離下來的垢層物質一起沖刷新露出的結垢表面，增強了清洗效果。所以，清洗過程具有沖擊作用、壓力作用、空化作用、脈沖負荷疲勞作用、水楔作用、磨削作用等，對污垢產生沖蝕、滲透、剪切、壓縮、剝離、破碎等作用，并引起裂紋擴散和水楔等。它們不可能同時起作用，根據污垢的組織結構、力學性能、分布狀況及射流工況，其中的一項或幾項起主要作用。對質地硬脆的污垢，如常見的換熱器、蒸發器等內壁附著的水垢，其抗壓強度遠遠大于抗拉強度，因此，在清洗中起主要作用的破壞形式是拉應力破壞。當射流壓力足以克服垢層顆粒之間的附著力時，垢層之間產生裂紋，并在后續射流的作用下，迅速擴散、延伸、交匯，使污垢成片從管道內壁剝離下來，達到清洗的目的。對軟勃性的污垢，如瀝青、潤滑油等，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、噴嘴內部流場能耗等，是影響射流清洗效率的主要方面。但作為小直徑管道清洗，高壓射流在管道內的利用率是不容忽視的。高壓水經噴嘴噴出，當高壓水進行平面清洗工作時，射流*作用在清洗對象上，所以射流的利用率是100%。但清洗管道時，大多數管道沒有*堵塞，故清洗的重點在管壁。射流由于擴散，僅是與內壁互相接觸部分有清洗作用，而大量射流在管道內沿軸向運動，清洗作用不明顯，zui終在消失段成為沒有能量的水滴，沿管道流出。對單噴嘴清洗系統而言，在射流擴散時，當擴散直徑>管道直徑時，進入有效清洗段;當射流基本段結束時，對管道內壁不產生徑向壓力和軸向剝離，也就起不到清洗的作用所以，高壓水清洗管道內壁時，有效清洗長度為兩點之間的部分。可見，此時大量的高壓射流消耗，所以，在進行管道清洗時，應在噴頭圓周上，均布多個噴嘴聯合作業。
 
     3提高高壓水射流清洗效率 高壓水射流的清洗參數包括壓力和流量的選擇、橫移速度、靶距和射流沖擊角等，合理選擇這些參數以及優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 由流體力學知識可知，提高射流的壓力和流量都可以提高射流功率，當二者確定后，可以通過下列關系式計算射流公式表明:壓力和流量雖然和功率都成正比關系，但是二者在清洗過程中對垢物的打擊效果有很大區別。壓力的大小以能將垢物從基體上剝離為準，當壓力足夠時，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對不同工況的壓力和流量選擇的經驗數據。
 
     3．2靶距與打擊力 對進行分析可知，可以通過增大射流起始段長度延長射流清洗范圍（即B點后移增大射流擴散直徑尺使有效清洗起點提前（即A點前移），增加有效清洗段長度，提高清洗效率。同時，靠近前端的高壓水碰到管道內壁后，由于折射產生水墊，很大程度地緩沖了后端射流的清洗作用，所以，在有效清洗段內存在一個*清洗點。為了使清洗時打擊力zui大，應該使*清洗點和射流的*靶距重合，射流的*靶距和射流打擊力通過經驗關系在實際工況下，由于受到空氣阻力影響，打擊力大約相當于0.85倍。射流壓力大，噴嘴直徑小時，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，射流擴展直徑與射流壓力和噴嘴直徑的關系。但通過初步運算，在正常工作參數下，射流的擴展直徑無法保證能夠清洗到管道內壁，所以，一般情況下應采用多噴嘴聯合作業。此時，通過可以計算出每個噴嘴的工作范圍，進而確定出噴嘴個數。為了提高清洗效果，也可以使用旋轉噴頭。對小直徑管道，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噴頭。清洗時，噴頭與高壓軟管相連，噴頭靠自身后噴射流產生的反推力前進，靠射流產生的反向力矩驅動旋轉套旋轉。這類噴頭除了必要的后噴孔以外，還會有前噴孔或者徑向噴射孔。后噴孔主要用來產生推進力和排污，徑向孔主要用來清洗，旋輪體前噴孔主要用來清堵。
 
      3．4沖擊角與清洗速度 通過討論可知，在其他條件相同時，不同的沖擊角使水射流的清洗效果不同。同時，水射流的沖擊角還與射流的移動方向有關。當沖擊角偏向射流前進方向時，由于清洗過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加快裂縫的生成和生長，從而增加清洗效果，提高清洗效率。實驗表明:清洗一般松軟油脂污垢時，沖擊角一般在17°左右，而對于硬而薄的垢層，沖擊角一般在60°-70°之間。清洗速度的快慢以被清洗對象達到要求為依據，以噴頭的進給速度為表現形式。進給過快，不能充分發揮水楔的沖蝕剝離作用，清洗效果很難保證，只能通過反復沖洗來達到要求;進給過慢，清洗效率必然不高。擴散角與射流形狀水射流的擴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散程度。擴散角越大，射流越分散，清洗范圍增大，但同時射流由于致密性下降而引起打擊力下降，對提高清洗效率不利。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準扇形噴嘴射流斷面呈扁平形;使用標準錐形噴嘴時射流斷面呈圓形;使用空心錐形噴嘴可以使射流斷面呈環形等。在管道內壁清洗中，為了提高清洗效率，需要根據不同的清洗要求，合理的選擇射流斷面形狀。如果使用單一噴嘴，斷面形狀以環形*;如果使用多噴嘴聯合作業，斷面形狀以扁平形*;如果管道在清洗內壁的同時，還要進行清堵作業，則斷面形狀以圓形為宜。對圓形和環形斷面的射流，其擴散角在圓周范圍內相等，但對于扁平形等非對稱斷面射流，由于擴散角在垂直方向有zui大zui小值，為了增大清洗范圍，應使較小的角度與清洗的進給方向一致。