清洗系統(tǒng)的概念

為保證清洗過程各工藝條件的準(zhǔn)確實(shí)施和連續(xù)正常，一些藥劑存放、配制的箱體或罐箱以及管道閥門、泵體與被清洗的設(shè)備構(gòu)成一個(gè)臨時(shí)的體系，以滿足設(shè)備清洗過程中的若干要求，這一系列設(shè)備稱為清洗系統(tǒng)。

清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的共同原則

由于設(shè)備結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)、參數(shù)高低、熱力系統(tǒng)復(fù)雜程度、釆用的清洗介質(zhì)以及積垢量和分布位置等的不同，要求提供的清洗系統(tǒng)大小、復(fù)雜程度亦有所差異。盡管每臺(tái)設(shè)備清洗時(shí)所釆用的清洗系統(tǒng)都不盡相同，但是設(shè)計(jì)清洗系統(tǒng)時(shí)均應(yīng)滿足下述要求：

（1）提供給清洗系統(tǒng)中的熱源、水源和電源應(yīng)充足并安全可靠。

（2）采用循環(huán)流動(dòng)劃分清洗回路時(shí)，應(yīng)力求各回路中的介質(zhì)流速相差不要太大，并力求流過清洗面流速均勻。盡量避免清洗系統(tǒng)中的局部區(qū)域因流速過高而造成沖擊腐蝕。

（3）在不影響清洗效果的前提下應(yīng)盡量簡(jiǎn)化并便于各項(xiàng)清洗操作。

（4）為保證清洗循環(huán)泵的連續(xù)可靠運(yùn)行，清洗系統(tǒng)中最好設(shè)置備用泵。清洗泵盡可能選用耐酸泵，可用普通水泵代用，但使用時(shí)泵殼及葉輪應(yīng)涂刷防腐耐酸涂料進(jìn)行保護(hù)。為保證軸封嚴(yán)密，最好用外部加壓水密封。盤根處應(yīng)加裝油浸柔性石墨盤根，或用聚四氟乙烯浸泡過的盤根等。

（5）清洗系統(tǒng)的熱源必須來自于表面式或混合式蒸汽加熱器。在酸洗除垢過程中，嚴(yán)禁采用設(shè)備自身加熱清洗液，以防受熱面局部過熱及產(chǎn)生氫氣，引發(fā)爆炸事故。

（6）清洗系統(tǒng)的沖洗系統(tǒng)可以借用設(shè)備的給水系統(tǒng)。排放清洗廢液時(shí)應(yīng)用單獨(dú)的、有廢液處理措施的排放系統(tǒng)，酸清洗不經(jīng)中和或稀釋處理不可以直接就地排放。

（7）清洗系統(tǒng)要力求簡(jiǎn)單，應(yīng)避免死區(qū)與“盲腸管”，要求閥門布置便于操作，取樣管和儀表集中，便于監(jiān)督。

（8）為清除清洗下來的鐵銹沉渣，清洗系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)設(shè)置一定容積的清洗箱。清洗箱的標(biāo)高及液位應(yīng)能滿足清洗泵的吸入高度（清洗泵出口與泵吸入口的位差至少應(yīng)有2m），以防泵抽空，清洗箱一般可用疏水箱代替或另行制作。清洗箱上可設(shè)有加熱、攪拌、過濾、排污以及水沖洗等裝置。

（9）清洗泵入口側(cè)（或清洗箱出口）應(yīng)裝濾網(wǎng)。濾網(wǎng)孔徑應(yīng)小于5mm，有效通流截面積應(yīng)大于入口管截面積的3倍。安裝泵進(jìn)出口管道時(shí)，應(yīng)考慮熱膨脹補(bǔ)償措施，不使水泵承受過大的推力。

（10）清洗系統(tǒng)中必須有足夠的取樣點(diǎn)，以便能及時(shí)準(zhǔn)確地取出清洗箱、進(jìn)酸管、回酸管等處的清洗液樣品，切不可在流量表或水位計(jì)處取樣。

（11）安裝在清洗系統(tǒng)中的臨時(shí)管道中不得有砂石或其他雜物。水平設(shè)置的臨時(shí)管道，朝排水方向傾斜不得小于1/200。應(yīng)按永久管道質(zhì)量要求檢查臨時(shí)管道焊接質(zhì)量。焊接部位應(yīng)位于易觀察處，焊口不宜靠近重要設(shè)備。臨時(shí)管道的直徑選擇以流速小于5?6m/s為原則。

（12）化學(xué)清洗系統(tǒng)加藥方式可有以下幾種：

a.清洗回路充滿水后，先進(jìn)行循環(huán)，然后向清洗回路加入藥品，邊循環(huán)邊配藥。

b.采用開路法清洗時(shí)，將藥品按一定比例的用藥量打入正在運(yùn)轉(zhuǎn)的給水泵出口或清洗泵出口。

c.在溶藥箱內(nèi)配成一定濃度的藥液，再用清洗泵送入清洗系統(tǒng)。

對(duì)清洗系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法

對(duì)一個(gè)清洗系統(tǒng)的優(yōu)劣，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：

1.經(jīng)濟(jì)性

特別是一般工業(yè)清洗領(lǐng)域，對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求十分突出。

2.效率和省力性

希望清洗系統(tǒng)效率高而且具有省力的優(yōu)點(diǎn)，即能進(jìn)行自動(dòng)化操作，盡量縮短工藝流程、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。

3.可靠性

要求清洗系統(tǒng)的清洗質(zhì)量穩(wěn)定，能保證達(dá)到規(guī)定的洗凈程度的要求。

4.對(duì)清洗對(duì)象的影響

要求清洗過程對(duì)清洗對(duì)象造成的損傷盡可能少，并且不能產(chǎn)生對(duì)清洗對(duì)象的二次污染。

5.保持良好的生產(chǎn)環(huán)境

要求清洗系統(tǒng)能保持良好的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，使工人的健康和安全得到充分的保證。

6.有利于對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)

要求清洗系統(tǒng)必須能夠防止清洗中產(chǎn)生的廢棄物對(duì)自然環(huán)境造成破壞。

選擇清洗系統(tǒng)應(yīng)考慮的因素

1.清洗參數(shù)

在選擇一個(gè)最適合的清洗技術(shù)時(shí)，根據(jù)不同的用途需要考慮到很多因素。下面列岀了每個(gè)清洗系統(tǒng)相關(guān)重要性所占的百分比：

高壓清洗系統(tǒng)（大于2.5×10?Pa）—水的沖擊力100%；

中壓清洗系統(tǒng)（0.5?2.5×10?Pa）—水的沖擊力60%，溫度影響20%，化學(xué)藥品影響20%；

低壓清洗系統(tǒng)（不超過5×10?Pa）—水的沖擊力34%，溫度影響33%，化學(xué)藥品影響33%。

以上三種清洗系統(tǒng)中，沖擊力是一個(gè)普遍特性，泵壓越高，水力影響越大。許多情況下，選擇這些水清洗系統(tǒng)就足夠了，但是在清洗有大量油污的薄膜和殘?jiān)鼤r(shí)，還需加熱或加入化學(xué)添加劑。特別是醫(yī)藥、精細(xì)化學(xué)、生物技術(shù)工廠等領(lǐng)域，必須用溶劑才能清除。

2.清洗頻率

清洗頻率是由工藝操作過程決定的。例如，一個(gè)多用途的化學(xué)醫(yī)藥設(shè)備，生產(chǎn)出的產(chǎn)品需要每個(gè)月進(jìn)行更換，就需要制定一個(gè)完整的清洗計(jì)劃；一個(gè)批量生產(chǎn)不同顏色染料的工廠，就要每天或每周對(duì)設(shè)備進(jìn)行清洗。通常經(jīng)常清洗設(shè)備要比有沉積物后再清洗效果好得多。清洗頻率對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)所需的精密度有一定程度的影響。

3.節(jié)省費(fèi)用

在評(píng)估清洗系統(tǒng)的成本效益時(shí)，費(fèi)用的節(jié)省是一個(gè)主要方面。對(duì)于醫(yī)藥設(shè)備，通常在不同藥物生產(chǎn)中間需要間隔6?8天來清洗設(shè)備，占了相當(dāng)大一部分生產(chǎn)時(shí)間。按一年計(jì)算，間隔時(shí)間就是60天，既無生產(chǎn)能力，也無經(jīng)濟(jì)效益。無論什么類型的企業(yè)，當(dāng)考慮到勞動(dòng)力成本時(shí)，一般都采用減小企業(yè)規(guī)模的辦法，并充分利用現(xiàn)有的人力資源。清洗被認(rèn)為是非生產(chǎn)性的、勞動(dòng)強(qiáng)度大的行業(yè)。實(shí)際上，在很多工業(yè)生產(chǎn)中，清洗是一個(gè)完整過程的一部分，能否節(jié)省費(fèi)用，關(guān)鍵在于是否通過自動(dòng)化或半自動(dòng)系統(tǒng)完成。

噴射清洗工藝及設(shè)備

噴射清洗主要用于不易搬動(dòng)或外形結(jié)構(gòu)決定它不適用于浸泡或循環(huán)清洗的大型工件。

噴射清洗工藝

噴射清洗是利用噴射出的水或清洗液的沖擊力使污垢解離分散的，并能充分發(fā)揮清洗液的洗滌溶解作用，加快了對(duì)污垢的清洗速度。

噴射清洗工藝過程可劃分為以下幾個(gè)基本過程：污垢微粒剝離被清洗表面、流液使污垢微粒處于懸浮狀態(tài)，將污液送往過濾（凈化）裝置。其中污垢微粒的剝離過程是整個(gè)清洗過程的最基本過程。

噴射清洗的分類

噴射清洗可根據(jù)噴嘴、工藝運(yùn)送方式、噴射壓力和射流聚集不同方式分類。

（1）根據(jù)射流壓力的大小分類可分為低壓噴淋（壓力在0.5MPa以下）、中壓噴洗（壓力在0.5~1.0MPa）和高壓沖洗（10MPa以上）3種。從原理上看，低壓和中壓噴射清洗是利用清洗劑和水力沖刷的雙重作用達(dá)到去污目的，而高壓射流清洗則以水力沖擊作用為主，清洗液所起的作用很小。

（2）根據(jù)噴嘴情況分類：根據(jù)所使用的噴嘴情況把噴射清洗分為兩類。

a.噴嘴位置固定的噴射清洗：噴嘴位置固定，待清洗對(duì)象通過輸送帶或其他方式從噴嘴下方通過，清洗液通過噴嘴對(duì)待清洗對(duì)象進(jìn)行清洗和漂洗。這種噴射清洗適合于清洗對(duì)象是多個(gè)小型物體的清洗。為使待清洗對(duì)象的各個(gè)側(cè)面都受到均勻的噴射清洗，必要時(shí)可設(shè)計(jì)成使待清洗對(duì)象旋轉(zhuǎn)或使噴嘴從不同方向同時(shí)噴射的組合結(jié)構(gòu)。

b.噴嘴位置可以任意移動(dòng)的噴射清洗：由人工控制噴嘴的噴射方向，適合于大型設(shè)備的容器壁面、機(jī)器外形、飛機(jī)、火車外殼等的清洗。

（3）按待清洗對(duì)象輸送形式分類：按待清洗對(duì)象輸送形式可把噴射清洗分為七類。

a.萬能式噴射清洗待清洗：對(duì)象固定不動(dòng)，人工手持噴汽噴槍對(duì)待清洗對(duì)象各個(gè)面進(jìn)行清洗。適合于清洗重型，大型設(shè)備油污及車輛外殼的灰塵。

b.旋轉(zhuǎn)式噴射清洗待清洗：對(duì)象置于自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)上，噴嘴在進(jìn)行180°的回轉(zhuǎn)中進(jìn)行噴射清洗，其中清洗液可循環(huán)使用，適合清洗小批量的機(jī)械零件上的污垢。

c.螺旋輸送式噴射清洗：待清洗對(duì)象由螺旋槽輸送，先后經(jīng)過清洗液清洗、清水漂洗與熱風(fēng)吹干三個(gè)工位。可清洗螺釘、螺母、鏈條、滾子等標(biāo)準(zhǔn)件及密集型放置的小零件。

d.網(wǎng)帶式連續(xù)輸送噴射清洗：待清洗對(duì)象由網(wǎng)帶輸送，先后通過清洗液清洗，清水漂洗及壓縮空氣吹干三個(gè)工位。這種噴射清洗適用于機(jī)加工零件的工序間清洗。

e.網(wǎng)帶式步進(jìn)輸送噴射清洗：待清洗對(duì)象由網(wǎng)帶輸送至清洗液清洗，清水漂洗及壓縮空氣吹干三個(gè)工位后可停止不動(dòng)由噴嘴旋轉(zhuǎn)清洗待清洗對(duì)象。

f.液壓步進(jìn)式定位噴射清洗：待清洗對(duì)象須由液壓輸送至清洗、漂洗和吹干工序后停止不動(dòng)，由噴嘴對(duì)準(zhǔn)工件進(jìn)行清洗。

g.懸掛鏈?zhǔn)絿娮烨逑矗喊汛逑磳?duì)象掛于懸鏈上先后通過清洗、漂洗及吹干工位。這種清洗適合于噴漆線和裝配線上工序的連續(xù)自動(dòng)化清洗。

（4）根據(jù)射流和物質(zhì)狀態(tài)分類按噴射的物質(zhì)的狀態(tài)可把噴射清洗分為三類。

a.高壓液體清洗機(jī)：射流是液體介質(zhì)，有常溫高壓和高溫高壓兩種。

b.蒸汽清洗機(jī)：噴射出來的是水蒸氣，利用水蒸氣冷凝時(shí)放出的凝聚熱使污垢受到熔化或軟化而被清除。適合于粘性油污垢的清洗和表面形狀復(fù)雜的物體的清洗。

C.固液雙相射流清洗：固液雙相噴射清洗中的液相是水，固相是有一定粘度的石英砂或其他韌性的固體顆粒，由于含有固體顆粒所以射流密度大、慣性大，在相同速度下比液體射流對(duì)垢層有更大的沖擊作用。適合于對(duì)難溶的脆性污垢進(jìn)行清洗。

噴射清洗設(shè)備

根據(jù)工件輸送形式、射流的壓力、射流的物質(zhì)狀態(tài)等噴射清洗設(shè)備可分為很多種。這里簡(jiǎn)單介紹一種常溫高壓水射流清洗設(shè)備。

圖5-1是一種常溫高壓水射流清洗裝置示意圖。它是由動(dòng)力機(jī)械、大功率的高壓水泵、輸水管道、高壓軟管、安全閥、儀表和噴槍等組成的。水由輸水管道送至高壓水泵經(jīng)加壓后，經(jīng)高壓軟管送至噴嘴，被噴射至待清洗對(duì)象上。

圖5-1常溫高壓水射流清洗裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖片P259頁

1.高壓水射流清洗裝置的組成

高壓水射流清洗裝置主要由高壓柱塞泵、動(dòng)力設(shè)備、噴嘴、高壓軟管及工作附件等組成。

a.高壓柱塞泵：高壓柱塞泵是高壓水射流清洗裝置中最重要的部件。在柱塞泵中，柱塞在防漏的填料函內(nèi)移動(dòng)而不與泵管內(nèi)壁接觸。柱塞泵只有一個(gè)固定的填料函而便于維護(hù)，其傳動(dòng)系統(tǒng)和輸液系統(tǒng)是分離的，能保證良好的密封，適用于高壓下工作。這正是高壓水射流清洗中廣泛采用柱塞泵的主要原因。

b.動(dòng)力部分：動(dòng)力源通常為柴油機(jī)或電動(dòng)機(jī)。為方便現(xiàn)場(chǎng)施工，一般車載的高壓水射流清洗裝置的動(dòng)力源為柴油機(jī)，尤其適合在不具備大功率電源的工廠或車間使用。一些小型高壓水射流清洗裝置常用電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力源。

c.高壓軟管：高壓水泵和噴嘴之間需通過高壓管路連接。高壓軟管由內(nèi)管、增強(qiáng)層和外皮三部分組成。內(nèi)管輸送水，增強(qiáng)層提高內(nèi)管的強(qiáng)度以耐受高壓，外皮起保護(hù)作用，以防止腐蝕和機(jī)械損傷。高壓軟管的增強(qiáng)層用鋼絲編織，一般有2?3層。

d.噴嘴及工作附件：高壓水經(jīng)高壓軟管到達(dá)噴嘴及工件。噴嘴的作用是將高壓低流速的水轉(zhuǎn)化為低壓高流速的射流。噴嘴及附件是影響清洗效果的重要因素。噴嘴一般由特種材料制成，有圓柱形和扁平形兩種形狀的噴嘴。圓柱形噴嘴射程遠(yuǎn)，但作用面積??；扁平形噴嘴的射程較短，但作用面積大。同一型號(hào)的噴嘴有不同的口徑，一般為1.5?2.1mm，口徑小的噴嘴適用于高壓力低流量的清洗，反之則選用大口徑的噴嘴。

2.高壓水射流清洗的主要參數(shù)

a.工作壓力的確定：在高壓水射流清洗中，決定清洗效果最主要的參數(shù)是工作壓力。壓力過大，對(duì)設(shè)備要求就高，清洗成本提高。同時(shí)，過高的壓力射流到工件表面可能反射回去，形成干擾，抵消了水壓的作用。壓力過小則清洗不徹底。工作壓力應(yīng)根據(jù)污垢性能、結(jié)垢程度、工作結(jié)構(gòu)等綜合考慮。目前工作壓力常用類比法或試驗(yàn)法確定。表5-1是常見沉積物用高壓水射流清洗選用的工作壓力。

表5-1常見沉積物選用的清洗噴射水壓力

表格P260頁

b.噴射流量及速度的確定噴射的實(shí)際流量一般取泵的額定流量，射流的速度可由下式得出：

υ=2p/ρ

式中：υ一流量，m/s；

p—工作壓力，MPa；

ρ一液流密度，kg/m3。

c.載荷面所受打擊力的經(jīng)驗(yàn)確定連續(xù)射流垂直打擊平坦表面時(shí)載荷面所受的打擊力F的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式如下：

F=2.655×10-?×Ap1.5

式中：F—載荷面所受打擊力，N；

A—噴嘴的截面積，m2；

p—工作壓力，MPa。

d.噴射距離的確定：噴射距離是指噴嘴到被清洗工件表面的距離。噴射距離過大或過小都使清洗效率降低。噴射距離過大，射流擴(kuò)散程度大，功率損失就增大；噴射距離過小，自然除垢面積就小。實(shí)際證明，對(duì)一般工件表面的油脂的清洗，噴射距離以噴嘴直徑的150?300倍為宜。

e.入射角的確定：入射角是指射流和被清洗表面的夾角。應(yīng)根據(jù)污垢的特性和試驗(yàn)確定。若清洗一般的油脂，入射角一般確定為17°，對(duì)于核反應(yīng)堆工藝房間的清洗，入射角以60°?70°為佳。

3.高壓水射流的應(yīng)用

隨著高壓水射流清洗技術(shù)的日益成熟，其清洗范圍、被清洗設(shè)備和所清洗的垢層等方面也日趨廣泛。以下是高壓水清洗在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的情況。

石油化學(xué)工業(yè)：各類換熱器、蒸發(fā)器、反應(yīng)塔、反應(yīng)釜、管道、鍋爐；

油氣田：采油管、輸油管線、貯罐、輸氣管線；

船舶工業(yè)：船體表面的海生生物、漆銹清除，船內(nèi)設(shè)備清洗；

冶金工業(yè)：鋼鐵材料除氧化皮，鑄件清砂，高爐清渣，管道疏通；

市政工程：下水排污管道、煤氣管道、水處理廠；

電力工業(yè)：氣輪機(jī)葉片、換熱設(shè)備、蒸發(fā)器、鍋爐、管線等；國防工業(yè)：彈藥除廢、火箭固體推進(jìn)劑清除等；交通工業(yè)：油槽車油污清除，機(jī)車清洗。