李海濤 趙宏霞

摘 ?要：在國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)逐步細(xì)化完善的背景下，相關(guān)行業(yè)對(duì)油品蒸發(fā)損耗、大氣污染問(wèn)題加強(qiáng)了重視，內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐在不同類(lèi)型油庫(kù)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文以?xún)?nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝為研究要點(diǎn)，闡述了內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝原理，探究了內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝設(shè)計(jì)線(xiàn)路，并對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

關(guān)鍵詞：內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐;機(jī)器人;清洗工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：TE972;TP242 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）14-0142-03

Design of Robot Cleaning Technology for Internal Floating Roof Tank

LI Haitao，ZHAO Hongxia

（Shandong Huayu University of Technology，Dezhou ?253034，China）

Abstract：Under the background of the gradual refinement and perfection of national environmental protection standards，the evaporation loss and air pollution of oil products have been paid more attention by relevant industries，and the inner floating roof tank has been widely used in different types of oil depots. In this paper，the robot cleaning technology of inner floating roof tank is taken as the main research point，the principle of robot cleaning technology of inner floating roof tank is expounded，and the design circuit of robot cleaning technology of inner floating roof tank is explored. The design scheme of robot cleaning technology for inner floating roof tank is analyzed simply.

Keywords：inner floating roof tank;robot;cleaning process

0 ?引 ?言

根據(jù)國(guó)家關(guān)于原油及成品油罐大修間隔期的相關(guān)規(guī)定，在原油及成品油檢修、油品更換之前必須進(jìn)行清洗作業(yè)，且大修間隔期應(yīng)在五年至七年之間。而常規(guī)儲(chǔ)油罐清洗檢修周期為三年至五年，工作人員需要在清洗檢修期間對(duì)沉積在儲(chǔ)油罐內(nèi)油泥進(jìn)行清洗、回收，整體工作強(qiáng)度較大。內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝是一種高效、環(huán)保的清洗工藝，其可以從根本上解決人工清洗周期長(zhǎng)、難度大、危險(xiǎn)性大等問(wèn)題。因此，對(duì)儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝進(jìn)行適當(dāng)探究具有非常重要的意義。

1 ?內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝概述

內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝主要是在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)增設(shè)一鋁質(zhì)浮盤(pán)，并在浮盤(pán)下部裝設(shè)有分布均勻的支柱、進(jìn)出油管、擴(kuò)散管等附件。在罐內(nèi)油品釋放完畢后，浮盤(pán)會(huì)下降促使浮盤(pán)下部支柱接觸內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐底部，同時(shí)在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐底部形成一個(gè)高度在六百五十毫米至九百毫米的作業(yè)空間。內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人可經(jīng)引導(dǎo)梯進(jìn)入內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐作業(yè)空間內(nèi)。利用180°水射流清洗模式，配合定點(diǎn)清洗方案，進(jìn)行內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐底部、側(cè)壁清洗作業(yè)。同時(shí)經(jīng)污水回收裝置，將清洗后廢水傳送至油品回收裝置內(nèi)。

2 ?內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝設(shè)計(jì)線(xiàn)路

內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝主要包括油品移送、油泥分析、設(shè)備安裝、氮?dú)庵脫Q、機(jī)器人進(jìn)罐、清洗作業(yè)、污水回收、效果檢查、機(jī)器人儲(chǔ)罐及現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)幾個(gè)模塊，如圖1所示。

其中在油品移送模塊，相關(guān)工作人員需要將內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)多余油品全部排盡，并將其排放至儲(chǔ)存設(shè)施。而在油泥分析模塊，技術(shù)人員需要利用紅外熱成像儀，對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)的油泥分布、厚度進(jìn)行逐一檢查;并依據(jù)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，制定合理的內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐清洗方案，確定內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人的工作要點(diǎn)。

設(shè)備安裝及氮?dú)庵脫Q主要是依據(jù)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝運(yùn)行原理，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備布置及安裝;并啟動(dòng)裝置內(nèi)氣體置換裝置，向罐體內(nèi)注入氮?dú)?，促使氧氣體積分?jǐn)?shù)維持在百分之八以下。

機(jī)器人進(jìn)罐主要是在罐內(nèi)監(jiān)控裝置開(kāi)啟并調(diào)試后，由專(zhuān)業(yè)人員遙控，通過(guò)安裝在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐壁入口的入孔引導(dǎo)梯，進(jìn)入內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)部;在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐清洗機(jī)器人進(jìn)入罐內(nèi)后，可啟動(dòng)給水裝置，依據(jù)所制定的清洗方案，由專(zhuān)業(yè)人員遙控，或者開(kāi)展自動(dòng)清洗作業(yè)。由于內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)存在多個(gè)附件，機(jī)器人需要逐步調(diào)整工作點(diǎn)，進(jìn)行多個(gè)角度清洗;同時(shí)啟動(dòng)污水回收裝置，經(jīng)抽污管，將內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)清洗后的污水及時(shí)排除。

污水回收主要是在清洗作業(yè)結(jié)束時(shí)，繼續(xù)操控污水回收裝置，直至內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)剩余污水完全回收;而回收后的污水則可轉(zhuǎn)移至第三方油泥回收系統(tǒng)，進(jìn)行后續(xù)處理。

效果檢查主要是利用內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐清洗機(jī)器人攜帶的攝像照明設(shè)備，對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)清洗效果與清洗要求進(jìn)行對(duì)比分析。

在確定內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)清洗效果與清洗要求相符后，可控制機(jī)器人出罐，即利用入孔引導(dǎo)梯，控制內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐清洗機(jī)器人駛出儲(chǔ)油罐，并關(guān)閉內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)監(jiān)控裝置，同時(shí)拆除系統(tǒng)設(shè)備，促使內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)部裝置與清洗前一致。

3 ?內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗工藝的設(shè)計(jì)

3.1 ?內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)主包括入孔引導(dǎo)梯、卷放器、監(jiān)控裝置、污水回收裝置、給水裝置、氣體置換裝置、清洗機(jī)器人等幾個(gè)模塊。

入口引導(dǎo)梯是清洗機(jī)器人進(jìn)出內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐的主要通道，主要位于內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐壁，為人造孔道。

卷放器可通過(guò)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐控制系統(tǒng)，配合機(jī)器人前進(jìn)、后退運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行收纜、放攬操作;同時(shí)利用多通道快速接頭、轉(zhuǎn)接裝置，保證液壓油、水、氣管道與電纜、電氣設(shè)備的有效連接。

監(jiān)控裝置主要負(fù)責(zé)對(duì)作業(yè)空間、清洗機(jī)器人狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括傳感器、控制臺(tái)、監(jiān)視器、照明裝置、全局?jǐn)z像等幾個(gè)模塊。

污水回收裝置主要包括污水回收罐、過(guò)濾器、真空泵幾個(gè)模塊。真空泵可以將內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)多余污水、雜質(zhì)抽出，通過(guò)過(guò)濾器，進(jìn)入污水回收罐內(nèi)。

給水裝置與水管直接相連，可以向管內(nèi)注入水分。

氣體置換裝置包括空氣壓縮機(jī)、氮?dú)獍l(fā)生器兩個(gè)模塊，其可以向內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)部注入純凈氮?dú)?，降低?nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)部氧氣濃度。

清洗機(jī)器人主要采用液壓驅(qū)動(dòng)及遙控有線(xiàn)控制模式，其內(nèi)部配置有自旋轉(zhuǎn)形式噴頭、攝像照明裝置、傳感器、抽污管。其控制需求較多，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高。在清洗機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)置過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可參考國(guó)內(nèi)外清洗機(jī)器人液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，利用液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，綜合考慮清洗機(jī)器人的主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)，對(duì)清洗機(jī)器人樣機(jī)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要包括底盤(pán)驅(qū)動(dòng)各運(yùn)動(dòng)部件等。

需要注意的是，在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)部爆炸性危險(xiǎn)區(qū)域規(guī)定的防爆等級(jí)要求，選擇不產(chǎn)生火花的有色金屬。以保證內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 ?內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗模式設(shè)計(jì)

內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗模式主要包括180°水射流清洗模式、定時(shí)清洗模式兩個(gè)模塊。

一方面，在180°水射流清洗模式運(yùn)行過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員可以以水射流為主要驅(qū)動(dòng)力，在機(jī)器人最前端設(shè)置噴頭真心軸。通過(guò)改變水射流壓力，調(diào)節(jié)循環(huán)周期，即在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐底部表面初步清洗的基礎(chǔ)上，逐步加密循環(huán)水射流;并設(shè)定半球形有效清洗半徑，保證油罐內(nèi)油泥的有效剝離。

另一方面，在定點(diǎn)清理模式設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可設(shè)定內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)若干位置為清洗機(jī)器人工作點(diǎn)。在180°清洗模式清洗完畢后，結(jié)合內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐規(guī)格，在清洗機(jī)器人工作點(diǎn)數(shù)量最少、內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐中心采取重復(fù)清洗、可完全覆蓋待清洗區(qū)域的方針。以入孔正前方某一位置為清洗機(jī)器人工作起點(diǎn)，沿各路徑直線(xiàn)，在避開(kāi)浮盤(pán)支柱、內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐底部附件的前提下，將工作點(diǎn)逐一連接;隨后清洗機(jī)器人可由近及遠(yuǎn)的運(yùn)行至各個(gè)工作點(diǎn)，并將原路返回至路徑起點(diǎn)，進(jìn)行后續(xù)路徑清洗。

3.3 ?內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到清洗機(jī)器人工作空間具有一定的爆炸性風(fēng)險(xiǎn)，因此，在防爆型電氣設(shè)備設(shè)置的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可根據(jù)國(guó)內(nèi)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐結(jié)構(gòu)。借鑒NESL遠(yuǎn)程遙控清洗小車(chē)及Landary遙控自動(dòng)小車(chē)經(jīng)驗(yàn)，在可燃?xì)怏w傳感器、氧氣傳感器、LED照明燈、CCD攝像頭等裝置設(shè)置的基礎(chǔ)上，在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)增設(shè)全局?jǐn)z像頭。在手動(dòng)操作模式下，操作人員可以在安全區(qū)域控制空間內(nèi)，通過(guò)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人攜帶的CCD攝像頭及全局?jǐn)z像頭，確定清洗區(qū)域。并監(jiān)控清洗機(jī)機(jī)器人行進(jìn)狀態(tài)、內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)油氣及氧氣濃度，保證作業(yè)安全性。同時(shí)設(shè)計(jì)人員可在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)內(nèi)增設(shè)通訊傳感單元、供電單元，將內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)行進(jìn)期間檢測(cè)到的各種信息反饋給遠(yuǎn)程控制單元，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)全方位移動(dòng)控制目標(biāo)。

3.4 ?內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)仿真應(yīng)用

內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)是一項(xiàng)全新的用于內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐清洗的技術(shù)，該技術(shù)主要以水作為工作介質(zhì)，通過(guò)給水裝置、卷放器形成水射流束，以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐內(nèi)部及底部的清洗作業(yè)。在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后，為保證內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)的運(yùn)行效果，相關(guān)技術(shù)人員可以對(duì)采用AMESim軟件，以清洗機(jī)器人底盤(pán)驅(qū)動(dòng)仿真模型構(gòu)建的方式，對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)進(jìn)行仿真控制。并將內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證該內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。同時(shí)為進(jìn)一步驗(yàn)證內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)運(yùn)行效果，設(shè)計(jì)人員可向ADAMS軟件內(nèi)導(dǎo)入優(yōu)化設(shè)計(jì)后的內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)，對(duì)實(shí)際清洗過(guò)程進(jìn)行模擬分析。即在虛擬樣機(jī)內(nèi)添加工作載荷，利用一定的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，驅(qū)動(dòng)清洗機(jī)器人對(duì)實(shí)際清洗過(guò)程進(jìn)行模擬。最終判定內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐清洗情況與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)、實(shí)際計(jì)算結(jié)果的差異。在這個(gè)基礎(chǔ)上，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可充分利用AMESim軟件在液壓控制系統(tǒng)的分析優(yōu)勢(shì)，結(jié)合前期計(jì)算結(jié)果設(shè)置對(duì)應(yīng)的輸入輸出參數(shù)，構(gòu)建內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗聯(lián)合仿真平臺(tái)，在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗聯(lián)合仿真平臺(tái)上進(jìn)行清洗工作的仿真;并分別分析不同軟件環(huán)境中清洗機(jī)器人動(dòng)作參數(shù)的輸出結(jié)果的一致性，保證最終內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗聯(lián)合仿真平臺(tái)分析結(jié)果的正確性、可靠性。

如圖2所示，可得出在內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，不會(huì)與內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐側(cè)壁其他附件產(chǎn)生機(jī)械接觸，機(jī)械磨損風(fēng)險(xiǎn)較低，機(jī)械裝置更換頻率也較低。同時(shí)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)運(yùn)行效率較高，維修成本低，可有效降低內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐清洗人員工作壓力。

4 ?結(jié) ?論

綜上所述，清洗機(jī)器人作為一個(gè)重要的工作平臺(tái)，是未來(lái)儲(chǔ)油行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向，但我國(guó)現(xiàn)階段在清洗機(jī)器人智能控制方面的系統(tǒng)研究較薄弱。因此，在后續(xù)研究過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員可從清洗機(jī)器人工作原理出發(fā)，從180°水射流清洗模式、定點(diǎn)清洗模式兩個(gè)方面，對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)進(jìn)行逐步優(yōu)化完善，為內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐機(jī)器人清洗系統(tǒng)的有效應(yīng)用提供依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介：李海濤（1979.12-），男，漢族，山東德州人，本科，工程師，研究方向：機(jī)械電氣。