高壓水射流技術(shù)在石化設(shè)備清洗、除銹中的應(yīng)用

何新民

摘 要：隨著近幾年來(lái)高壓水射流技術(shù)水平的不斷提高，該技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)石化設(shè)備的清洗以及除銹應(yīng)用中。由于高壓水射流技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有低成本、無(wú)污染的特點(diǎn)，因此得到了很多工業(yè)企業(yè)的歡迎。基于此，本文主要針對(duì)高壓水射流技術(shù)在石化設(shè)備中的清洗以及除銹應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高壓水射流技術(shù) 石化設(shè)備的清洗和除銹 應(yīng)用情況

中圖分類號(hào)：TE65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（a）-0104-02

近幾十年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化水平的不斷提高，高壓水射流技術(shù)作為一種用途較廣、技術(shù)含量成分較高的新型技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)主要是通過(guò)從一個(gè)小口徑孔中噴射出一束高速水產(chǎn)生射流作用來(lái)完成石化設(shè)備的清洗和除銹目的。

1 高壓水射流技術(shù)在石化設(shè)備清洗中的具體應(yīng)用情況

1.1 高壓水射流在對(duì)石化設(shè)備進(jìn)行清洗時(shí)的主要特點(diǎn)

高壓水射流技術(shù)將水作為其發(fā)揮作用的主要介質(zhì)，有效通過(guò)射流的作用，將高壓泵、閥以及相關(guān)的自控系統(tǒng)等有機(jī)的融為一體，利用高壓發(fā)生裝置，增強(qiáng)水流的能量，通過(guò)采用特定的流體運(yùn)動(dòng)方法將水流從小口徑孔噴嘴當(dāng)中高速噴射出來(lái)，以此來(lái)產(chǎn)生具有高能量的水流。該技術(shù)之所以能夠廣泛的應(yīng)用于各大領(lǐng)域中，就是因?yàn)槠渚哂卸喾N優(yōu)點(diǎn)，在水固有的性質(zhì)基礎(chǔ)上，通過(guò)高壓水發(fā)揮出來(lái)的力學(xué)作用，產(chǎn)生的清洗以及除銹效果相對(duì)比傳統(tǒng)的人工、化學(xué)以及機(jī)械等各種方法更好，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染，成本較低，可以大量的節(jié)約能源的消耗，對(duì)石化設(shè)備的腐蝕損傷程度較小，并且實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化與智能化的控制，可以在一些環(huán)境惡劣、空間復(fù)雜的場(chǎng)合有效完成石化設(shè)備的清洗以及除銹作業(yè)。此外，對(duì)于那些結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的石化設(shè)備來(lái)說(shuō)，該技術(shù)的清洗和除銹效果更為明顯。

1.2 高壓水射流技術(shù)清洗的主要作用原理

在物理清洗技術(shù)中高壓水射流清洗技術(shù)作為一種新型的石化設(shè)備清洗技術(shù)，能夠按照設(shè)備的具體構(gòu)造情況采取最有效的射流方法，通過(guò)高壓水產(chǎn)生的巨大能量進(jìn)行沖擊，持續(xù)穩(wěn)定的對(duì)石化設(shè)備進(jìn)行沖擊清洗，以達(dá)到清除污垢的目的。高壓水射流技術(shù)主要按照下述原理完成設(shè)備清洗工作：當(dāng)高壓水射流沖洗到石化設(shè)備的表面時(shí)，由于水流本身速度的大小以及方向都會(huì)出現(xiàn)一定程度的變化，因此動(dòng)量的大小也會(huì)隨之改變，這主要是由于射流和石化設(shè)備之間產(chǎn)生的相互作用造成的，通過(guò)把一部分的動(dòng)量轉(zhuǎn)換成作用力傳遞到石化設(shè)備的表面上，在水射流對(duì)設(shè)備表面進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定的沖擊時(shí)，就可以產(chǎn)生沖擊力，以此來(lái)除去過(guò)去采用化學(xué)方法無(wú)法有效清除的頑固污垢，例如銹層、油漬、橡膠、混凝土涂層、水垢、微生物污染物以及石膏等物質(zhì)。

1.3 高壓水射流技術(shù)清洗的主要優(yōu)勢(shì)

該技術(shù)清洗設(shè)備的主要優(yōu)勢(shì)在于下述七個(gè)方面：（1）首先在使用高壓水射流技術(shù)清洗石化設(shè)備時(shí)，在壓力等級(jí)選擇合適的情況下，對(duì)石化設(shè)備本身并不會(huì)產(chǎn)生損害。（2）其次該技術(shù)不會(huì)造成污染，而且也不會(huì)腐蝕到設(shè)備本身：高壓水射流技術(shù)主要是將干凈的自來(lái)水作為其發(fā)揮效用的介質(zhì)，不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生任何的污染破壞，射流在經(jīng)過(guò)高壓設(shè)備噴射出去并經(jīng)過(guò)霧化以后還可以有效降低清洗設(shè)備粉塵濃度，在清洗完成之后不需要進(jìn)行進(jìn)一步處理，是一種非常環(huán)保的清洗技術(shù)。而且由于自來(lái)水當(dāng)中沒(méi)有添加任何化學(xué)物質(zhì)，不會(huì)對(duì)設(shè)備的零部件產(chǎn)生腐蝕。因此相比于化學(xué)清洗方法來(lái)說(shuō)，通過(guò)該方法不需要在清洗完成后采取相應(yīng)的防腐蝕措施進(jìn)行處理。（3）可以對(duì)形狀各異、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的石化設(shè)備進(jìn)行有效清洗，并且在清洗的過(guò)程中具有自動(dòng)化以及智能化控制的特點(diǎn)。（4）清洗成本相對(duì)較低：高壓水射流技術(shù)主要是將清潔的自來(lái)水作為介質(zhì)，通過(guò)使用具有較高強(qiáng)度、良好耐磨性的噴頭作為水流噴射的主要槍具，對(duì)石化設(shè)備造成的磨損可以忽略不計(jì)，其產(chǎn)生的綜合成本還沒(méi)有達(dá)到化學(xué)清潔方法的一半，而且該技術(shù)主要是進(jìn)行細(xì)射流噴射，每小時(shí)所消耗的水量在3～8 m3之間，不需要太大直徑的噴咀，因此該技術(shù)方法的清洗成本更加低廉。（5）具有較高的清洗效率：不管是什么類型的結(jié)垢物，污垢程度有多嚴(yán)重，只要在采用高壓水射流技術(shù)的過(guò)程中能夠確保水射流參數(shù)的合理性，保證壓力等級(jí)、水的流量功率以及噴頭的直徑大小都合適，就能夠?qū)κO(shè)備進(jìn)行高效的清洗[2]。（6）對(duì)于其他常規(guī)清洗方式來(lái)說(shuō)，如果遇到了清洗空間較為狹小、環(huán)境條件較為惡劣的情況，是很難順利完成石化設(shè)備的清洗工作的。但是高壓水射流技術(shù)由于具有一定的優(yōu)越性，即使在小口徑大容器設(shè)備的內(nèi)部進(jìn)行清理時(shí)也能發(fā)揮出良好的清洗效果。

2 高壓水射流技術(shù)在石化設(shè)備除銹中的具體應(yīng)用情況

2.1 高壓水射流技術(shù)除銹的主要作用原理

高壓水射流技術(shù)對(duì)石化設(shè)備進(jìn)行除銹時(shí)的主要作用原理為：在銹層的表面通過(guò)利用射流具有的打擊力產(chǎn)生水楔作用，進(jìn)一步擴(kuò)大銹層出現(xiàn)的裂紋，然后利用水流進(jìn)行沖刷來(lái)完成銹蝕的清除工作。由于該方法主要是濕法除銹，并不會(huì)產(chǎn)生粉塵，對(duì)環(huán)境造成的污染較小，所以已經(jīng)在石化設(shè)備的除銹領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 磨料射流技術(shù)

在有效提高石化設(shè)備除銹效果的同時(shí)，還需要進(jìn)一步降低高壓系統(tǒng)的壓力等級(jí)，這就需要用到磨料射流技術(shù)。對(duì)于一些比較大型的石化設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于其很容易受到空氣的氧化作用而出現(xiàn)生銹問(wèn)題，因此在涂裝工作之前一定要做好除銹工作。一般除銹處理包括兩種情況：一種是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)件通過(guò)人工砂紙打磨的方式進(jìn)行除銹；另一種是對(duì)容器以及球罐等進(jìn)行無(wú)損害檢測(cè)，確保焊縫表面的銹垢完全清除。到目前為止，這類型的除銹作業(yè)一般都是通過(guò)人工砂紙打磨的方法完成的，無(wú)法有效的避免輕微火化的問(wèn)題，所以在除銹范圍內(nèi)需要通過(guò)建設(shè)隔離墻來(lái)預(yù)防隱患，這種方法成本過(guò)高，而且處理效果也較差。因此針對(duì)上述兩種除銹情況，采用人工手持噴槍進(jìn)行磨料水射流的方法完成除銹，能夠提高除銹效果，加快除銹速度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。在采用磨料射流技術(shù)的時(shí)候主要選擇了石英砂作為磨料，而且磨料水射流技術(shù)在鋼制表面進(jìn)行打擊的過(guò)程中并不會(huì)出現(xiàn)火花。因此該技術(shù)方法的優(yōu)勢(shì)之處主要體現(xiàn)在：采用的射流工況參數(shù)相對(duì)較低，通常只需要將壓力控制在70 MPa、機(jī)組的功率保持在55～110 kW之間即可，但是該方法也存在一定的弊端，在采用該原理進(jìn)行除銹之前一定要保證磨料是干燥的，而且為了供料時(shí)候能夠保持均勻，在砂桶距操作的過(guò)程中工作人員需要近距離工作，因此遠(yuǎn)距離除銹作業(yè)將會(huì)受到極大的限制[3]。不過(guò)在噴槍上換上磨料噴頭，也可以達(dá)到良好的除銹效果。所以對(duì)于上述兩種場(chǎng)合的除銹情況，磨料射流技術(shù)具有較高的實(shí)用性。如下圖1所示為磨料水射流技術(shù)的工作原理圖。（如圖1）

2.3 爬壁機(jī)器人射流除銹技術(shù)

該技術(shù)適用于大面積鋼制表面除銹工作。在除銹的過(guò)程中需要解決下述三個(gè)問(wèn)題：（1）行走：爬壁機(jī)器人在行走的過(guò)程中采用雙回路電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)可以把機(jī)器人的四個(gè)行走輪劃分為兩組，確保其能夠進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)向動(dòng)作。（2）附壁：爬壁機(jī)器人主要依靠外來(lái)真空實(shí)現(xiàn)附壁，確保真空吸力所產(chǎn)生的附壁扭矩比機(jī)器人本身的重量大，在機(jī)器人拖帶其他物體的時(shí)候能夠和真空吸力所產(chǎn)生的摩擦力矩一起構(gòu)成傾覆力矩，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的附壁功能。通常機(jī)器人附壁真空腔都是采用橡膠材料制作而成的。（3）射流：爬壁機(jī)器人屬于一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要安裝了超高壓旋轉(zhuǎn)接頭，并且其噴頭是由四個(gè)噴嘴共同構(gòu)成的。噴嘴射流產(chǎn)生的反沖力能夠形成扭矩，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)噴頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；而在平板間隙密封的作用下可以讓噴頭進(jìn)行超高壓自旋轉(zhuǎn)，提高了旋轉(zhuǎn)接頭的穩(wěn)定可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，高壓水射流技術(shù)正在不斷的向著高效率、智能化的方向發(fā)展，隨著數(shù)字化以及機(jī)電一體化研究的不斷深入，該技術(shù)的應(yīng)用前景將會(huì)更加光明。該技術(shù)的清洗以及除銹技術(shù)相比于傳統(tǒng)的化學(xué)方法、機(jī)械方法以及人工方法來(lái)說(shuō)具有多種優(yōu)越性，不僅可以對(duì)工業(yè)企業(yè)的石化設(shè)備進(jìn)行有效的清洗和除銹，還在多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，例如近幾年來(lái)在水射流原理的基礎(chǔ)上制造而成的新型牙刷以及醫(yī)療領(lǐng)域中無(wú)刀手術(shù)的成功推廣等，都說(shuō)明高壓水射流技術(shù)的高效性，值得我們繼續(xù)深入研發(fā)和推廣應(yīng)用。

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