空氣爆破清洗技術是利用氣動彈的特殊氣室結構，將壓縮空氣所儲存的能量瞬間釋放出來，形成空氣波，使周圍介質松動、破碎從而達到清洗除垢和清淤的目的?？諝獗瞥讣夹g對于清洗管道、貯罐、溝槽、水渠、大型石油儲罐等有非常顯著的效果，它不僅能在運行過程中高質量地完成清洗工作，并且不污染環(huán)境、節(jié)省電力和自然資源。

1.空氣爆破清洗技術的特點

（1）安全無污染市政供水、污水處理，運河、水渠排量的恢復一般不允許用化學清洗的方法進行處理，主要是擔心化學殘留造成二次污染；在野外作業(yè)中，有時電源和水源很難解決。在這些特殊情況下，若使用空氣爆破除垢就可以避免這些問題。

大型石油儲罐、水池、儲槽等裝置的底部所形成的淤泥和沉積物，應用化學方法處理費用高、污染大。其底部一般具有可燃性氣體或有毒性氣體存在，人工或其他物理清洗危險性大、施工周期長。空氣爆破清洗技術可以在較短的時間內(nèi)安全地完成清洗工作。

（2）可實現(xiàn)連續(xù)不停車清洗空氣爆破清洗技術是利用氣動彈產(chǎn)生沖擊氣流的優(yōu)選方法，從控制氣壓參數(shù)就可以在工作過程中直接控制氣動爆破的參數(shù)而無需中斷工作，以實現(xiàn)連續(xù)不停車清洗。

（3）節(jié)水節(jié)電、處理費用低，施工周期短空氣爆破清洗技術一般利用系統(tǒng)內(nèi)原有的流體作為工作介質，無需另外補充大量水或油，清洗后這些流體經(jīng)過分離處理之后，可以繼續(xù)使用，因清洗時間短，節(jié)水節(jié)電效果明顯。

2.空氣焊破清洗技術工作原理

（1）氣動彈結構氣動彈含有殼體1（見圖4-39），該殼體被位于其縱向軸線上的活塞2分成進氣室3和排氣室4，進氣室3通過供氣管6的供氣孔5與壓縮空氣源連通，供氣管6穿過活塞2上的軸向孔，并且與活塞組成一環(huán)形間隙7，進氣室3通過環(huán)形間隙7與排氣室4相通。

在活塞2上制有環(huán)形凸肩8，該環(huán)形凸肩在朝向進氣室3的一側與殼體1組成一附加氣室9。

活塞上朝向排氣室4的端面10的面積大于活塞2上朝向進氣室3的端面11的面積，而小于環(huán)形凸肩上朝向排氣室的端面12的面積。

活塞2在朝向附加氣室9—側的環(huán)形凸肩8內(nèi)裝有減震裝置。減震裝置使用螺紋把環(huán)形殼13裝在環(huán)形凸肩8內(nèi)，在環(huán)形殼13內(nèi)設置帶有支承圓環(huán)15的減震器14，減震器用彈性材料，如聚氨酯制造。

在殼體1的進氣室3區(qū)段內(nèi)，至少制有一個穿透的通路16，在實施氣動彈的具體實例中，釆用4條穿透通路16，在每一通路16的出口處都設有安全閥。

在殼體1的進氣室4區(qū)段內(nèi)在制有與氣動彈的軸線成某一夾角的若干排氣孔20，這些通孔保證氣動彈在工作過程中進行運動。

在位于壓縮空氣供氣一側的殼體1的端面上裝有連接氣動彈與壓縮空氣源的接頭21，在接頭21上固定有用來系結鋼絲繩的圓環(huán)22。氣動彈在工作時可用鋼絲繩加以保險，并且也可利用鋼絲繩將氣動彈從管道中拔出。

圖4-39氣動彈結構圖

（2）氣動彈工作原理壓縮空氣從氣源沿高壓軟管，通過接頭21、供氣管6和管上的供氣孔5送至進氣室3，從進氣室3穿過環(huán)形間隙7，壓縮空氣流至排氣室4，這時活塞2被作用在其端面11上的空氣壓力壓緊在活塞座上，排氣孔20呈關閉狀態(tài)。

排氣室在高壓氣源的壓送下迅速充氣，達到一定壓力時，由于活塞2端面10的面積大于端面11的面積，所以作用在活塞上朝向進氣室方向上的力F?=P?A?要大于作用在活塞上朝向排氣室的方向的力F?=P?A?一個值。該值等于活塞2與殼體1之間的摩擦力，與此同時活塞就開始移向進氣室3—側，一旦活塞2離開活塞座，壓縮空氣將迅速進入活塞與活塞之間的空間，壓力也就擴展至活塞2環(huán)形凸肩8的端面12，這樣壓力作用積就增至面積10和面積12之和，活塞2將立刻移向進氣室3—側，同時，開啟了排氣孔20而壓縮空氣從排氣室以“爆發(fā)”的方式突然排向周圍的介質，開始清洗工作。

活塞2快速移向進氣室3時，將對殼體1產(chǎn)生沖擊，這個沖擊力通過支承圓環(huán)15被減震器14所承受，減震器14被壓縮后，積蓄勢能，然后將這種勢能傳給活塞使其返回初始位置。此時，排氣孔20立即關閉，再次充氣。當然，使活塞返回初始位置的動力主要還是來自進氣室空氣對活塞2端11的壓力，活塞可以返回都是因為排氣室的壓縮空氣從排氣孔20噴出而得以卸壓。

在附加氣室內(nèi)保留有不大的背壓，這個壓力是由安裝在通孔16出口處的安全閥的液體阻力決定的，活塞返回時安全閥又在外界壓力下開啟而吸入少量空氣。

氣動彈于是又開始下一次的充氣噴射的循環(huán)工作。

應當指出，進氣室3內(nèi)的壓縮空氣的壓力在活塞移向進氣室時升高得并不多，而在活塞2停止后，將迅速降低至供氣管6中的壓縮空氣的壓力，活塞2的開啟排氣孔20的動作是由壓縮空氣作用到活塞2上環(huán)形凸肩8的端面12和端面10上共同產(chǎn)生的，而活塞2的關閉動作是壓縮空氣作用到活塞2上非常小的端面11的壓力發(fā)生。因此，活塞為關閉排氣孔20向排氣室一側的運動時間大于活塞開啟排氣孔20向進氣室一側的運動時間，也正因此排氣室4來得及幾乎完全得以卸壓，這樣也提高了氣動彈的工作效率。

需要強調的是排氣室的壓縮空氣的壓力，是不可能高于進氣室一側的壓力。大家可能會產(chǎn)生這樣的想法，就像自行車胎打氣一樣不需要很大的力氣就可打足氣，而這里的環(huán)形間隙7就相當于氣門芯。然而，本氣動彈由于活塞2端面10的面積大于端11的面積。因此，根據(jù)F=pA，排氣室在沒有達到進氣室的壓力，而比進氣室壓力小一個值就將活塞推向進氣室一側從而開啟排氣孔20以卸壓，因此排氣室的壓力永遠不會超過進氣室的壓力。

3.空氣爆破清洗技術裝備

（1）氣動彈的尺寸、工作范圍及爆破能力如表4-12所示。

表4-12氣動彈的尺寸、工作范圍及爆破能力

表格P233-234頁

（2）氣動彈配備的動力源及耐壓軟管如表4-13所示。

高壓軟管的選用應與氣動彈配用的空氣壓縮機壓力相吻合。如空壓機選用壓力2.5MPa，氣流輸送管則也應選用耐壓2.5MPa的高壓軟管。管徑選用直徑在Φ12-16mm的范圍內(nèi)。

（3）排污設備

a.泥漿抽吸泵：在氣動彈清洗工作中，強大的氣流沖起沉積物，擊碎硬質垢，在污垢顆粒小于1mm的情況下，選用功率適當?shù)哪酀{抽吸泵抽出渾濁泥漿。泥漿抽吸泵適用于沉積淤泥的溝槽、管道、貯罐。

b.螺旋提升器：用氣動彈來清掃工業(yè)管道時，由于管道用來輸送物料及廢料，長期積累形成硬垢的成分復雜的垢體，常見的有碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽類垢。氣動彈爆破后垢體會被擊成小的碎塊，在污垢顆粒大于1mm以上時選用螺旋提升器抽送被清掃掉的碎垢。

c.PIG清管器：氣彈在清洗管道時單向有效行程是300m，雙向有效行程是600m，雙向行程清掃600m后取出氣彈，裝入PIG清管器，加壓后將清掃掉的污垢推出。

d.高壓水清洗機：根據(jù)清掃管線所承受的壓力，用高壓水清洗機的繞性自進槍頭清除氣動彈爆破后的污垢，高壓水清洗機可調壓力量高至8MPa。

表4-13氣動彈配備的動力源及耐壓軟管

表格P234頁

4.空氣爆破清洗技術應用

表4-14列出了空氣爆破清洗技術的應用范圍，其主要功能是：清淤、除垢，破碎。

表4-14空氣爆破清洗技術應用范圍

表格P234頁

（1）工業(yè)管道的清洗電站排灰管道，城市地下給排水管道，煤氣、天然氣輸送管道，工業(yè)物料管道等，選用空氣爆破清洗技術進行清洗可以達到節(jié)約電能、減少物料消耗、保護環(huán)境、防止污染的目的。

有許多種氣動彈型號和空氣壓縮機可供清洗管道選擇使用，其壓力可以從最低2MPa，最小排放功率39kW到最高壓力12MPa、最大排放功率3675kW之間變化，可以有效地清洗直徑70~2000mm的管道。

空氣爆破清洗技術能清洗管道中各種硬度的沉積物。其清洗工藝是：將氣動彈放入所要清洗的管道內(nèi)。根據(jù)垢體的硬度及結垢成分、管道承壓能力計算出氣動彈供氣壓力。開啟空氣壓縮機使氣動彈開始在管道內(nèi)工作。氣動彈依靠排氣時所產(chǎn)生的反作用力沿被清洗面自動向前行進，運行速度為5?6m/min。氣彈運動方向必須是逆管道水流方向向前清洗，這樣有利于被清洗下來的污垢順流排出。見圖4-40。

氣動彈所清洗的管道必須充滿水，釆用這種辦法可以達到均勻地傳播氣動彈爆破所產(chǎn)生的沖擊波能量；防止沉淀物及被爆破擊碎的垢體揚起；充滿空氣的水流可以提高水流的運輸能力。

氣動彈技術最初在某冶金企業(yè)進行了實驗，運用上述工藝在很短的時間清洗了8000m地下排污管線，清洗后排污水能力恢復了原設計要求。

a.該排污管道的有關參數(shù)L=8000m；Φ=325mm；管材為鑄鐵；壁厚20mm；聯(lián)結方式為鑄鐵管每根長4.5m，承插式聯(lián)結，聯(lián)結口金屬鉛密封；設計耐壓為0.8MPa；管道每45m有一個豎井，共有豎井170余口。

b.結構硬度及成分分析沿管道下部約沉積12mm的泥沙、礦渣等混合物，沿管壁四周結有約20mm的灰白色垢體，其硬度為莫氏5?6，主要成分是硅、鈣、鋁、鎂、氧化鐵等其他化合物。

c.氣動彈清洗釆用不停水從排污管末端開始逐井向前推進清洗，各井之間為一清洗段。每段清洗有效時間為10min，爆破清洗下來的垢隨水流排出管外。

氣動彈清洗單向有效行程為300m；雙向有效行程為600m。

（2）泵站水池的清洗在市政和工業(yè)企業(yè)的泵站蓄水池和取水槽、罐中，通常會沉淀一層淤泥，淤泥隨著時間的增長而硬化，形成很難去除的沉積物。

泵站水池中布滿沉積物導致泵的進水管入口處液體運動速度加快，會很快導致空穴現(xiàn)象的產(chǎn)生。

用在液體中產(chǎn)生強大沖擊波的氣動彈清洗泵站水池，沖擊波可以把沉積物變疏松并擊成很小的碎塊。

氣動彈清洗后除掉的硬質沉淀物和泥漿用排污泵抽出排放，清洗時根據(jù)水池的形狀來確定清洗線路，如長方形池按長線路排列進行，圓形池沿周邊同心圓清洗。

氣動彈及空氣壓縮機的選型是根據(jù)沉積物的厚度而定。在清洗農(nóng)業(yè)提罐站水池時可采用不停車清洗，泥漿同水混合稀釋后，由泵站水泵抽岀輸向用水池。水池設施有低點排污口，泥漿水可直接從排污口排岀。這種情況下，水池應停止正常蓄水，清洗完畢再啟用，見圖4-41。

圖4-41泵站水池的清洗圖4-42流槽、水池的清洗

圖片P236頁

（3）流槽、水池的清洗把氣動彈置于流槽、水道中逆水行進，使氣動彈沿被清洗表面運動。清洗時流槽、水道中必須有足夠深的水，一般水深以埋過氣彈500mm為宜，但最少不能小于300mm。這樣要求的目的是防止清洗時污泥垢體被炸出槽道，見圖4-42。

清洗流槽、水道會受長度限制，壓縮機用車載式，隨著氣動彈向前運動。根據(jù)流槽及水道的斷面面積、建筑材料及修建工藝構造來選擇氣動彈和壓縮機氣壓等參數(shù)。氣動彈清洗流槽、水道可以完全排斥手工勞動并實現(xiàn)不停車連續(xù)作業(yè)。

（4）工業(yè)原料槽的清洗空氣爆破清洗工藝能除去燒結廠、有色或黑色冶煉廠、選礦廠、選煤廠供應槽和貯存槽四壁上的塊狀物質和凝結的物質。

采用不同規(guī)程噴氣孔的氣動彈進行爆破清洗。首先選用前面帶噴氣孔的氣動彈，在塊狀物質上炸開一條通道，噴氣能量從氣動彈前方發(fā)出，然后選用側面帶排氣孔的氣動彈，放入前面氣動彈爆破后形成的通道內(nèi)，向兩邊及四周施放爆破空氣將凝結物質炸成碎塊。

鋼鐵廠燒結車間將精礦粉燒結成大塊，然后再破碎成有規(guī)格的小塊入爐冶煉，以往的破碎多數(shù)釆用人工方法去敲擊，耗時費力，碎塊大小不好掌握，利用氣動彈技術破碎就簡單多了。首先，要詳細了解出燒結塊的硬度和入爐料塊的規(guī)格，然后計算出所需要爆破的能量，選擇好氣彈型號及空氣壓縮機產(chǎn)氣壓力，氣彈爆破后會岀現(xiàn)理想的破碎效果，碎塊基本上大小均勻。這項技術，在國外某冶煉廠燒結車間實驗中取得了很好的效果。

（5）核廢液儲罐的清洗核設施終止服役后，所有設備面臨去污問題，這些設備中有很大一部分存儲帶有放射性的廢水。廢水長年積存，在罐底部淤積了大量的沉積物，這些沉淀物放射劑量一般較高，清淤工作不能靠人工進行，那么最好的辦法是釆用氣動彈清淤。

首先把多余的廢水處理掉，留下氣動彈工藝要求的覆蓋水量，利用氣動彈的爆破能量，炸起沉積物，使水同沉積物混為泥漿，再用泥漿泵抽出罐外固化處理。施工是在有安全保護條件下進行的，整個清淤過程都不需要人員進入罐內(nèi)。

清洗時氣動彈選用大功率的108mm及B108mm兩種彈頭，一般槽車直徑大于2m，石油儲罐大多數(shù)直徑在20m左右。選用大功率彈頭可以提高清洗效率?？諝鈮嚎s機同氣動彈應配套使用。

（6）原油儲罐、運輸罐車的清洗隨著使用年限的增加，原油儲罐底部沉積有大量的泥沙、無機鹽、蠟質、瀝青質等物質，俗稱“油渣”。這些油渣堆積高度有300?500mm，體積有800?4000m3，例如挪威ESSOTensberg公司10.5×10?m3原油儲罐中，油渣體積為4000m3；德國SHELLKoln—Godorf公司10.5X10?m3原油儲罐中，油渣體積為3800m3。油渣的存在有以下危害：

a.減少了儲罐的有效貯存體積，使原油貯存量下降；

b.影響輸出原油品質；

c.增加對罐體的腐蝕；

d.油渣變硬后，增加檢修清理的難度。

因此，有必要定期對原油儲罐進行清洗，以清除罐底的油渣（圖4-43）。按規(guī)定原油儲罐一般要求每隔4?6年必須進行一次清理、檢修。清洗質量一般要求為：原油回收率>90%；油渣清除率>90%；清洗無腐蝕，對環(huán)境污染影響??；不破壞儲罐內(nèi)設施。

傳統(tǒng)原油儲罐的清洗方法，主要是靠人工清理和化學方法相結合，這類方法不能實現(xiàn)油水分離，無法回收油渣中的原油成分；清理過程需水量大，污水排放量高，對環(huán)境污染較大；勞動強度大，并且不安全；施工工期長，清洗費用高。

采用其他物理方法清洗，其要求清洗設備龐大且復雜，施工工期長，清洗費用高。例如，利用壓力油或水清洗一個9X10?m3的油罐，一般需要42d時間。

用氣動彈清洗原油儲罐和油品運輸槽車內(nèi)的沉積物、油渣具有快速、高效、安全、污染性小等的特點，是目前罐體清洗中最有效的方法。

氣動彈清洗可以把油泥及硬質沉積物固相和液相，變成同值的油泥漿。如果有黏度很大的沉積物（焦油，碳氫類化合物），可以釆用在沉積物上加灑一層稀溶劑（如原油），添加比例為10：1（沉積物總體積的10%），稀溶后再用氣彈爆破清洗，罐槽內(nèi)的油泥、稀溶劑、沉淀硬質垢在氣彈爆破清洗的作用下形成同質液體油泥漿從罐槽低點排污口排出，無低點排污口可用泵抽出。然后進行油、渣、水分離處理并循環(huán)再利用。

值得指出的是清洗原油儲罐時，所用的氣源應為氮氣。清洗時氣動彈選用大功率的108mm及B108mm兩種彈頭。

圖4-43儲罐清洗