潘世超 劉湘晨 蔡曉君 吳同鋒 王麗萍

(北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院)

手持式換熱器高壓水射流清洗裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

潘世超*劉湘晨 蔡曉君 吳同鋒 王麗萍

(北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院)

介紹了手持式換熱器高壓水射流清洗裝置的組成、結(jié)構(gòu)和清洗流程。某大型石化企業(yè)換熱器清洗作業(yè)的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：該裝置提高了清洗效率和整體自動(dòng)化程度，減少了環(huán)境污染、勞動(dòng)強(qiáng)度與企業(yè)成本。

清洗裝置 換熱器管程 高壓水射流 污垢清洗

目前，石化行業(yè)中的換熱器清洗主要以化學(xué)在線清洗和人工手持高壓水噴槍沖刷為主?；瘜W(xué)清洗時(shí)，一般先通過試驗(yàn)確定選用的清洗液是否會(huì)對(duì)設(shè)備金屬材料造成腐蝕，然后再通過現(xiàn)場架設(shè)臨時(shí)循環(huán)裝置，使清洗液在設(shè)備內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，洗去污垢，這種方式存在環(huán)保方面的弊端，且清洗后的溶液處理是企業(yè)的難題之一，而且當(dāng)污垢與容器材料的化學(xué)成分相近時(shí)，處理不當(dāng)容易造成容器腐蝕[1]；手工清洗時(shí)，作業(yè)人員需要與清洗水槍直接接觸，容易發(fā)生意外事故；部分清洗過程只能使用后噴嘴，靠水流推動(dòng)軟槍前進(jìn)，清洗流量較小，效率較低；后噴嘴清洗方式使管束的前后端無法清洗，這是因?yàn)閲娮煨枰爝M(jìn)換熱器管內(nèi)一段距離后才能加壓，清洗開始階段無法達(dá)到壓力要求，且抽管需要腳閥泄壓，清洗速度不均勻，清洗后管內(nèi)表面不光滑，容易再次附著污染物，清洗周期較短；手工清洗必須頻繁更換清洗工作人員，清洗速度較慢，因此，清洗大管束換熱器時(shí)效率低下[2]。綜上，無論是化學(xué)清洗還是手工清洗都存在清洗成本高、效率低和易造成環(huán)境污染的問題，遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)日益增長的工業(yè)和民用清洗要求。

采用高壓水射流清洗機(jī)的高壓水射流自動(dòng)清洗技術(shù)，是近年來發(fā)展最快的一種新型高壓清洗技術(shù)，其原理是利用高壓水發(fā)生裝置產(chǎn)生的高壓水，通過噴嘴借助巨大的壓力將高壓水轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰扛叨染奂乃淞?，通過自動(dòng)清洗裝置，利用高壓水射流的強(qiáng)大沖擊力沖擊結(jié)垢物，把結(jié)垢物剝離、清除，從而達(dá)到清洗的目的。基于此，筆者研制了一種手持式換熱器高壓水射流清洗裝置，并將它應(yīng)用于某大型石化企業(yè)的換熱器清洗作業(yè)中，以提高清洗效率、自動(dòng)化程度，減少污染。

1 裝置組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

手持式換熱器高壓水射流清洗裝置(圖1)由外殼結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及支撐部分等組成。其中，外殼結(jié)構(gòu)主要由支撐底座、整體外殼(大)、整體外殼(小)、前水管支管及后水管支管等組成；驅(qū)動(dòng)部分主要包括氣動(dòng)馬達(dá)；傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主要由傳動(dòng)軸、鏈輪及摩擦橡膠套等組成；支撐部分主要由側(cè)板、軸承、傳動(dòng)軸及螺栓等組成。

圖1 手持式換熱器高壓水射流清洗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

手持式換熱器高壓水射流清洗裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

a. 裝置底板采用開孔設(shè)計(jì)，側(cè)板和頂板采用全封閉設(shè)計(jì)，既可以防止高壓水進(jìn)入裝置內(nèi)部，又可以通過底板滲水孔對(duì)裝置內(nèi)部意外進(jìn)入的水進(jìn)行外滲，從而延長裝置的使用壽命；滲水孔還可以在一定程度上減少裝置的整體重量。

b. 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)采用氣動(dòng)馬達(dá)，具有很好的防水防爆效果；馬達(dá)工作時(shí)正反雙向驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)高壓清洗水管的前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)。

c. 外殼后側(cè)板的通孔上設(shè)有后水管支管，其上方設(shè)有跟驅(qū)動(dòng)裝置控制端進(jìn)行電氣連接的感應(yīng)控制開關(guān)，同時(shí)高壓水管上裝有配套感應(yīng)卡環(huán)，通過撞擊感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)水管的反向運(yùn)動(dòng)，從而控制水管的最大前進(jìn)長度，保證清洗效率，防止水資源的浪費(fèi)。

d. 頂板設(shè)有手持把手和肩帶緊固扣，清洗作業(yè)人員可通過肩背實(shí)現(xiàn)手持作業(yè)，降低了手持勞動(dòng)力和勞動(dòng)成本，提高了工作效率。

e. 裝置還設(shè)有豎直方向的驅(qū)動(dòng)組件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由設(shè)在兩個(gè)支撐板外側(cè)的調(diào)節(jié)螺栓構(gòu)成，調(diào)節(jié)螺栓通過兩個(gè)支撐板上的通孔伸入到兩個(gè)支撐板之間，調(diào)節(jié)螺栓中間有調(diào)節(jié)彈簧輔助，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)側(cè)板的松緊控制，從而使摩擦橡膠套與高壓水管能夠緊湊的卡接在一起，使摩擦力滿足高壓水管前進(jìn)的要求。

f. 裝置采用鏈輪鏈條傳動(dòng)，鏈條配有特制的摩擦橡膠套，通過這種傳動(dòng)方式，使整個(gè)裝置傳動(dòng)效率較高，可靠性較好，保證了工作效率。

2 裝置清洗流程

手持式換熱器高壓水射流清洗裝置的清洗流程框圖如圖2所示。

圖2 手持式換熱器高壓水射流清洗 裝置的清洗流程框圖

手持式換熱器高壓水射流清洗裝置在氣動(dòng)馬達(dá)的作用下帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鏈輪鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力傳遞到鏈條上。由于鏈條是固定有摩擦橡膠套的特質(zhì)鏈條，因此，鏈條的運(yùn)動(dòng)通過摩擦橡膠套對(duì)高壓水管的磨擦作用，帶動(dòng)高壓水管實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)，從而使高壓噴嘴在換熱器管程內(nèi)平行于換熱器管的中心線水平前后運(yùn)動(dòng)。高壓柱塞泵產(chǎn)生高壓水，然后通過高壓水管和特殊設(shè)計(jì)的噴嘴產(chǎn)生高壓水射流，雙中心線(高壓水管和換熱器管的中心線)盡量重合后打開清洗裝置正轉(zhuǎn)開關(guān)，高壓清洗水管前進(jìn)，利用水射流強(qiáng)大的沖擊力直接剝離和沖刷換熱器管程內(nèi)壁的結(jié)垢物。換熱器與末端傳感接觸，完成換熱器管程的清洗作業(yè)后，電機(jī)反轉(zhuǎn)，水管后退，換管，循環(huán)清洗下一支換熱器管[3]。

本清洗裝置采用的是鏈條鏈輪傳動(dòng)方式，傳動(dòng)精度高，傳遞功率大，傳動(dòng)效率高，可實(shí)現(xiàn)高效的換熱器清洗工作。同時(shí)，該裝置通過采取人工手持和人工控制雙向開關(guān)的方法，實(shí)現(xiàn)裝置的半自動(dòng)清洗工作。

3 應(yīng)用效果

3.1技術(shù)參數(shù)

手持式換熱器高壓水射流清洗裝置的供水高壓泵壓力為50～70MPa，可產(chǎn)生流速大于200m/s的噴射水柱，待清洗的換熱器管長度為6m，公稱直徑25mm，清洗前進(jìn)速度為0.5m/s，后退速度為1.0m/s，電機(jī)功率為50kW。

3.2結(jié)果分析

選用人工手持高壓水射流水管對(duì)高壓水射流換熱器污垢進(jìn)行清洗，以每天清洗300根換熱器管計(jì)算，需要5名工作人員，清洗有效工作時(shí)間6h，每天耗電6×80kW·h，人工費(fèi)每人每天200元，電費(fèi)1元/(kW·h)，清洗裝置投資費(fèi)用100萬元，拆舊維修費(fèi)用10萬元，運(yùn)行成本80萬元，年總成本190萬元，清洗成本每根4.93元。

選用手持式換熱器高壓水射流清洗裝置對(duì)換熱器污垢進(jìn)行清洗，以每天清洗300根換熱器管計(jì)算，需要兩名工作人員，清洗有效工作時(shí)間7h，每天耗電7×120kW·h，人工費(fèi)每人每天100元，電費(fèi)1元/(kW·h)，清洗裝置投資費(fèi)用105萬元，拆舊維修費(fèi)用12萬元，運(yùn)行成本60萬元，年總成本177萬元，清洗成本每根3.47元。

由于化學(xué)清洗對(duì)換熱器清洗會(huì)造成一定的污染，不適合企業(yè)環(huán)保發(fā)展的趨勢，因此，在此不進(jìn)行比較。

通過上述計(jì)算對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，采用手持式換熱器高壓水射流清洗裝置清洗換熱器管程可以節(jié)省勞動(dòng)力，提高勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)成本，每年節(jié)約成本13萬元，單根管程清洗費(fèi)用降低1.46元。同時(shí)，換熱器管所結(jié)污垢可以很好地被清除，清除率高達(dá)99%；能夠?qū)崿F(xiàn)安全性高、自動(dòng)化程度高、無污染的高效率清洗作業(yè)[4]。

4 結(jié)束語

筆者在廣泛調(diào)研和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，吸收國內(nèi)外高壓水射流清洗換熱器管程的經(jīng)驗(yàn)，在我國對(duì)環(huán)境保護(hù)要求愈發(fā)嚴(yán)格的大前提下，參考各類文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)了一種手持式換熱器高壓水射流清洗裝置，該裝置具有操作簡單、清洗效率高、安全環(huán)保無污染及自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。該裝置已成功應(yīng)用于某大型石化企業(yè)的換熱器清洗作業(yè)中，并且能夠滿足換熱器清洗作業(yè)時(shí)性能指標(biāo)的要求。實(shí)踐證明，筆者設(shè)計(jì)的手持式換熱器高壓水射流清洗裝置在實(shí)際應(yīng)用中是完全可行的。

[1] 劉庭成,范曉紅.高壓水射流清洗設(shè)備的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程,2013,(2):8～10.

[2] 張建平,何海星,申強(qiáng).自動(dòng)化鉆桿內(nèi)外壁清洗機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].石油機(jī)械,2013,41(8):32～35.

[3] 任振聲,張鈺,鄭金艷.高壓水射流全自動(dòng)油管清洗裝置[J].石油化工設(shè)備,2011,40(2):81～83.

[4] 陳玉凡.高壓水射流清洗技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].中國設(shè)備工程,2013,(2):6～8.

*潘世超，男，1989年7月生，碩士研究生。北京市，102617。

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