簡介

在確定好所需壓力、流量和泵的規(guī)格后，下一步要考慮的就是如何將加壓水輸送到最終用戶處。

有以下兩種方式可供選擇：

*使用彈性軟管：這對于機動清洗系統(tǒng)很關(guān)鍵；

*使用剛性管：主要用于固定的清洗系統(tǒng)，但在固定清洗系統(tǒng)的某些地方也會用到彈性水龍管。

彈性軟管及其接頭

現(xiàn)在市面上有許多各種規(guī)格的軟管。從安全與實用操作的角度出發(fā)，選擇合適的軟管十分重要，因為操作者直接操作軟管，并有可能會造成軟管過度磨損。方便起見，本章將主要講解應(yīng)用于低壓、中壓和高壓清洗系統(tǒng)中的軟管所提供信息僅供參考之用。在實際選擇針對每種用途的合適的軟管及其接頭時，用戶應(yīng)與供應(yīng)商商議后再購買，因為需要考慮當(dāng)?shù)氐挠嘘P(guān)安全因素方面的規(guī)章和條件。相關(guān)的英國和國際標(biāo)準(zhǔn)請參照表5-20。

表5-20彈性橡膠和塑料的水力軟管：國內(nèi)和國際標(biāo)準(zhǔn)

表格P328頁

在選擇軟管及其接頭時，應(yīng)當(dāng)考慮以下幾點因素：

*液體兼容性所有材質(zhì)應(yīng)與所使用的液體兼容

*液體的最大工作壓強這一般由某增壓液體清洗技術(shù)特定的操作條件決定，除非軟管制造商詳細(xì)說明了產(chǎn)品的清洗任務(wù)，并在數(shù)據(jù)表中列出了軟管的最大工作壓強。表5-21列出了DunlopWaterblast2軟管的參數(shù)，一般用最小破裂壓強乘以0.4得到正確的最大工作壓強，除非當(dāng)前國家安全規(guī)章中規(guī)定使用不同的因子。溫度范圍一包括內(nèi)部和外部的溫度

*軟管的直徑這一參數(shù)取決于流速，軟管直徑的選取要折中幾個因素，即保持合理的壓降（Δp），達(dá)到一定的流速，以及大直徑軟管的成本/重量比值。（參見圖5-41和圖3-42）

表5-21Waterblast2高壓注水軟管

圖5-41軟管的壓降

圖片P329頁

圖中粗線與軟管的管口直徑有關(guān)。

以下是軟管裝配的四個主要部分：

①與所使用液體相兼容的內(nèi)部襯套。通常由合成防油橡膠生產(chǎn)，專門用于增壓水。

②纖維織物或鋼質(zhì)的增強層。該編織層可以增強軟管承受能力。

③一層外皮。通常由強負(fù)荷的、防油、抗侵蝕和磨損的人工合成橡膠材料制成，有時還會用到聚亞安酯。

④相關(guān)接頭。要符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

以下所列不同規(guī)格的軟管是應(yīng)用于低壓、中壓和高壓水清洗的典型例子。

1.低壓清洗系統(tǒng)

典型規(guī)格：SAE100R3BS4749型號1ISO4079型號3

構(gòu)造：內(nèi)部管道由抗油、抗清潔劑的合成橡膠制成，并由兩層織物加固，而外皮由防油、抗侵蝕、磨損的人工合成橡膠制成。

最大工作壓強：

12.5mm（1/2"）名義內(nèi)徑—6.9×10?Pa（1000psi）

19.0mm（3/4"）名義內(nèi)徑一5.2×10?Pa（750psi）

25.0mm（1"）名義內(nèi)3.9×10?Pa（565psi）

31.5mm（11/4"）名義內(nèi)2.6×10?Pa（375psi）

2.下水道清洗噴頭

這是一個特殊的裝置，考慮到操作時需要的長度（長度可達(dá)150m），必須用一條直徑大的、重量輕的軟管。雖然某些需要更高的壓強，但大多此類裝置的工作壓強都在120?200L/min（氣象學(xué)所用的壓強單位）之間。水流速率的范圍在100-360L/min之間。

一種典型的排水注射式軟管的規(guī)格應(yīng)包含：

核心：聚合物

加固：人工合成編織物覆蓋層

外皮：聚氨酯化合物

工作溫度：-18?+75°C，并且短期內(nèi)可承受110°C

最大工作壓強（中等壓強裝置）

13.0mm（1/2"）名義內(nèi)徑一2×10?Pa（2900psi）

19.0mm（3/4"）名義內(nèi)徑一1.7×10?Pa（2465psi）

25.0mm（1"）名義內(nèi)徑一2×10?Pa（2900psi）

31.5mm（11/4"）名義內(nèi)徑一2×10?Pa（2900psi）

3.中等壓強清洗系統(tǒng)

除下水道清洗系統(tǒng)之外，其他大多中等壓強清洗系統(tǒng)中，在小型壓力清洗裝置中使用9.5mm內(nèi)徑的軟管，在較大的壓力清洗裝置上使用13.0mm內(nèi)徑的軟管。但如果水流速率較高，而且軟管特別長的話，也可以考慮用19.0mm直徑的軟管來減少壓力差。

例如：

規(guī)格DIN200222SN

構(gòu)造：

內(nèi)管：防重油合成橡膠

外皮：防重油合成橡膠

加固：2層金屬絲編織層

6.5mm（1/4"）名義內(nèi)4×10?Pa（6000psi）

13.0mm（1/2"）名義內(nèi)2.75×10?Pa（3990psi）

19.0mm（3/4"）名義內(nèi)2.15×10?Pa（3120psi）

25.0mm（1"）名義內(nèi)1.65×10?Pa（2395psi）

4.高壓清洗系統(tǒng)

壓強在7.5×10?Pa以上，內(nèi)徑大于13mm的高壓軟管的選擇是有限的。英國DunlopHiflex公司生產(chǎn)了一系列稱作“Waterblast2”的軟管，專門用于高壓清洗系統(tǒng)，被水噴頭建造者廣泛使用。詳情見表5-21。

“Waterblast2”的規(guī)格與操作建議

規(guī)格要求：

平滑無縫的聚合體襯套和外皮，四條高彈性的鋼絲螺旋盤繞和一條附加的高彈性鋼絲編織層。除此之外，還有以下特征：

*經(jīng)2.5：1安全因子測試（此項測試被美國RMA、英國RFPA和德國DIN接受為一項國際標(biāo)準(zhǔn)）；

*絕緣防火外皮；

*工作壓強高于1.8×10?Pa（26OOOpsi）；

*NPT，BSP和DKO規(guī)格的接頭。

操作建議：

①使用時，如果工作壓強超過軟管最大工作壓強，就會導(dǎo)致軟管加固物超負(fù)荷，并會導(dǎo)致軟管過早地出現(xiàn)故障。脈動壓強將對軟管產(chǎn)生相同的效果，會減短軟管壽命，在這種情況下，可以用減震裝置來減少這種危害。

②在壓力下，軟管長度會發(fā)生變化，變化范圍在+2%~-4%之間。如果沒有考慮到這個實際情況，軟管可能會破裂或脫離其固定裝置，并可能會傷害操作者身體。所以在使用安全鏈來確保軟管長度時，必須考慮到這些變化。

③軟管接頭的維持力顯著受溫度影響。如“Waterblast2”軟管的2.5：1安全因子是基于不超過50°C這個前提的。

④接頭被錨在軟管上以抵抗來自管內(nèi)的壓力，沒有其他用途。雖然在注水操作中，用它連接幾段長軟管是很正常的，但我們不提倡這種懸掛連接方式。因為處于最高位置的接頭會承受較大的壓強，而且限制了軟管在正常壓強下自然縮短的能力。通常要避免拉力負(fù)荷，但實際中任何在軟管末端增加負(fù)荷的設(shè)計安排都應(yīng)該與制造商進(jìn)行商議。

⑤由撞擊或變形引起的物理損害會扭曲金屬絲加固物并最終導(dǎo)致軟管出現(xiàn)故障。外皮損害引起的加固物暴露會使水滲入并腐蝕金屬絲。被損害的軟管具有潛在的危險，應(yīng)及時更換。

備注：歐盟內(nèi)現(xiàn)行水壓測試認(rèn)證是強制性的。

5.水力軟管接頭

接頭生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)與軟管的標(biāo)準(zhǔn)一樣，并作為軟管組裝的一部分經(jīng)過“爆裂壓強”水壓測試。所用的原材料包括不銹鋼和鍍有高速切削鋼鉆鋅。用于高壓軟管的接頭通常用鎖鍛工具塑造，并且通常被設(shè)計為旋轉(zhuǎn)接頭。這些都需要特殊的設(shè)備和做鍛設(shè)施，并有生產(chǎn)商提供的說明書。必須對整套裝置進(jìn)行測試，以確保接頭與軟管的兼容性。表5-22所列為最常用接頭類型。

表5-22軟管接頭的類型

（英國液體動力學(xué)會提供）

表格P332頁

此類裝配有兩個主要組成部分：

*套圈——是接頭的外部，被套在軟管和嵌件上；

*嵌件——依靠其外部陽或陰螺紋安裝到軟管的內(nèi)部，并可以固定或旋轉(zhuǎn)用來與另一條軟管或剛性接頭相連。

根據(jù)工作壓強的不同，用來密封結(jié)合點的方法有錐形螺紋或平行螺紋，對低壓和中壓系統(tǒng)，還可能與PTFE膠帶和圓錐或DIN（德國）標(biāo)準(zhǔn)接頭聯(lián)用，對高壓系統(tǒng)，用圓錐表面和“O”型環(huán)密封條。

6.微型高壓軟管

以上所討論的軟管大都用于普通高壓注水和排水清洗，除此之外，還有一種特殊的微型軟管，其口徑在4.6?10mm之間，專門用來清洗用于熱交換器、冷凝器或類似的車間設(shè)備中的小口徑管道。這些小口徑管道內(nèi)經(jīng)常覆有不易清洗的沉積物。微型軟管中有二或四股高彈力電鍍鋼絲，內(nèi)核為聚酰胺或聚酯一人造橡膠，外層為聚亞胺酯；微型軟管有時被稱為“彈性噴槍”，與特殊的噴嘴共同工作。其工作壓強范圍為4.5×10??1.4×10?Pa，并有一個在4×10?Pa壓強下用于噴射切割的特殊設(shè)計。

7.半彈性清洗噴槍

有時候，清洗堵塞或半堵塞的熱交換器中的管子，或是清洗“U”形管時，完全彈性軟管并不合適，這種情況下，使用半彈性不銹鋼噴槍會比較好。這些待清洗管子外徑通常是9.5mm或7.9mm，能承受7×10?Pa的工作壓強，而且都是螺旋狀的。首先要把管子的一端車上螺紋，以使之能夠與微型清洗噴嘴相連（類似于彈性軟管上面所使用的），另一端與一個適配器相連以連接高壓供水，然后再把管子推進(jìn)熱交換器中。這樣，高壓水與體力勞動結(jié)合可以很好地清洗本來難以清洗的管子。

清洗管子的工作壓強等級與每個設(shè)備的操作條件以及所要求的安全因素有關(guān)。這點只能由使用者來決定，以管子測試壓強或名義破裂壓強的比例表示。這些數(shù)值使壓力增加到材料的理論點或最終彈力，該值通常為316不銹鋼（退火后）。

典型規(guī)格：

O.D.Wall最大測試壓強爆破壓強

軟管規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)的總結(jié)見表5-23。

表5-23高壓軟管標(biāo)準(zhǔn)和工作壓強總結(jié)表

表格P333頁

提示：由于不斷更新，應(yīng)該參考采用最新的標(biāo)準(zhǔn)。表5-24列出了一些國內(nèi)和國際提供標(biāo)準(zhǔn)組織。

表5-24—些國家和國際標(biāo)準(zhǔn)組織

剛性管裝置

大多數(shù)永久性高壓水清洗系統(tǒng)都是利用剛性管來使高壓水分散到有關(guān)設(shè)備的周圍。制造這些鋼管材料最常用的是316型不銹鋼，這樣能使腐蝕降低到最低限度。這對一些把衛(wèi)生和清潔看得極為重要的地區(qū)顯得特別重要，例如制藥、精良化學(xué)藥品、食物和飲料的加工場所。不過，還是有很多含碳鋼管設(shè)備。

1.管子的規(guī)格和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

任何型號的管子體系的規(guī)格都是由工作壓力，水流速度，要處理的液體的溫度和管子要伸長的長度決定的。一般最終設(shè)計都是一個可以接受的設(shè)備成本、壓力下降（圖5-42）和裝置成本折中的結(jié)果。

圖5-42管道和軟管的尺寸列線圖

圖片P334頁

注：設(shè)計高壓水硬管清洗系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)雜的計算機計算，并要涉及到一些當(dāng)?shù)氐囊蛩睾蜆?biāo)準(zhǔn)。這些計算必須由那些認(rèn)證設(shè)計工程師來完成，以確保能得到一個安全的設(shè)備。彎管、閥門及其他配件都會將增大壓降和流速。

英國高壓管道系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范通常基于BS806標(biāo)準(zhǔn)，或者是同等的ASME或DIN標(biāo)準(zhǔn)。不過，歐盟于1999年11月29日實施了一個新的有關(guān)壓力設(shè)備的歐盟指導(dǎo)，即壓力設(shè)備指導(dǎo)（PED），該指導(dǎo)協(xié)調(diào)了歐盟各成員國的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。新的指導(dǎo)涵蓋下列項目：壓力容器，管子，閥門和其他附件（設(shè)計壓力大于5×10?Pa）。按計劃，該指導(dǎo)在2002年5月29日全部生效，并具有法律效應(yīng)，必須服從。

由于成本原因，用硬管是不切實際的，倘若總長度不是太長的話，可以考慮利用高壓軟管，大約50?80m長。高壓軟管比硬管便宜，對于壓力較高的更是如此，而且軟管更容易安裝。軟管可以放在設(shè)備托盤上，并要考慮到軟管的“可撓性”和長度變化。當(dāng)工作壓力大于4×10?Pa時，軟管的壁厚和材料成本就會顯著上升。

例子：水流速19.11L/min，轉(zhuǎn)速3.6m/s。那么恰當(dāng)?shù)墓芸谥睆綖?0.54mm。范圍A涉及到抽吸和返回線路中水流的推薦速度；范圍B輸送線路中的水流速度。

2.管道天氣保護

在那些管道和軟管會暴露在比較冷的天氣條件下的地方，需要提供一些排水點和蒸氣或電力跟蹤裝置來保護設(shè)備不受霜凍的危害。

3.快速液壓接頭

在許多高壓水清洗設(shè)備中，在不同的地方使用各式各樣的配件，這時就需要比較短的軟管。此時，使用快速液壓接頭有顯著好處，快速液壓接頭可以自密封，而且當(dāng)管線受壓時，接頭不會被連上或者斷開。接頭安裝在管線的關(guān)鍵位置上，并有隔離球閥門，以進(jìn)行維修。

清洗的配件

基于安全、性能和工作效率考慮，近年來最有趣的一些發(fā)展就是清洗系統(tǒng)配件的設(shè)計。所有的配件中最本質(zhì)的東西就是噴頭，它的作用不可低估。

1.噴頭

清洗用途噴頭設(shè)計的基本原理可以從水力學(xué)和流體流動定律中找到，牛頓（1643年）和伯努利（1700年）曾對此做過闡述。但是他們因為實驗條件的限制，沒有辦法做以音速甚至超過音速流動的高壓水的試驗。例如在2.5×10?Pa的壓力下，噴頭水速可達(dá)2415km/h。噴頭把水泵里的高壓水的壓力能量轉(zhuǎn)變成動能，然后高速撞擊被清洗表面從而洗掉沉積物。

（1）射流的反作用力

計算從噴頭出來的水的射流反作用力的基本公式是從牛頓第二運動定律導(dǎo)出的。牛頓第二運動定律指出物體的動量的變化率跟它所受的力成正比，這里動量的定義是質(zhì)量乘以速度。

這個公式可以寫成：F=MV

式中：F—反作用力，N；

M—質(zhì)量流量，kg/s；

V—速度，m/s。

用下述方式來表達(dá)質(zhì)量和速度：

d—噴頭直徑，mm；

P—噴頭的壓力，Pa；

Q—水流速度，mm/s；

Cd——噴頭的流出系數(shù)（噴頭流水的真實值跟理論值的比）。

噴頭的性能是非常重要的。因為有能量損失，給定管徑和水壓，噴頭實際流量要小于噴頭理論流量。

優(yōu)質(zhì)圓形噴頭：Cd=約0.9—相當(dāng)于81%的效率

扇形噴嘴和多個噴嘴的噴頭：Cd=約0.7—相當(dāng)于49%的效率

公式就變?yōu)椋篎=Cd×6174×Q×P（N）

牛頓第二運動定律也適用于計算向一個平面噴水產(chǎn)生的效果，此時向前的動量完全消失了。因此當(dāng)噴頭跟被清洗表面的距離足夠近時，噴出的水的沖擊力跟它的反作用力幾乎是一樣的。

從噴頭出來的瞬時沖擊壓可以根據(jù)上面的方法計算出來。如，沖擊壓=沖擊力/水柱的面積。為了擴展這個理論，我們需要做一些假設(shè)。

假設(shè)1

水柱的橫截面積隨著離噴頭的距離的增加而上升，但我們認(rèn)為水柱保持穩(wěn)定的話，水柱的沖擊力沒有損失。這個假設(shè)可以用以下方式來量化：

水柱噴出0.5m，水柱的橫截面積會變?yōu)槠鋭傠x開噴頭時初始面積的1.5倍。相同的沖擊力，橫截面積變大，據(jù)此可以求出0.5m處的沖擊壓。

假設(shè)2

一旦水柱開始散開，水柱的橫截面積就會增加，并且總的沖擊力也會下降。這兩個效果的關(guān)系可以用一個負(fù)平方關(guān)系式表示。

（P?/P?）=（R?R?）2

式中：P?一在距離R?處的沖擊壓；

P?—在距離R?處的沖擊壓。

一個噴頭的水流的性能可以用下式來計算：

Q=Cd×1.75×10?×d2Pmm/min

式中：Q一水流速度（mm/min）；

P—壓強（Pa）；

d—噴嘴口的直徑；

Cd—流出系數(shù)。

制造噴頭所用的材料的選擇十分重要。腐蝕最終會使噴嘴的有效直徑變大且破壞其表面涂層。這兩個因素都會使得流出系數(shù)（Cd）減小。由于清洗效果跟流出系數(shù)的平方成正比，所以上述因素可能會浪費到大約50%的有效能量。主要的能量損失發(fā)生在噴頭和工作表面之間。隨著水離開噴頭，水柱開始分裂，從而導(dǎo)致動能和沖擊力損失。不同的材料可以使得噴頭的磨損和水柱性能有著明顯的不同，故而現(xiàn)在噴頭的設(shè)計多種多樣，包括表面硬化鋼、陶瓷硬質(zhì)合金和剛玉嵌件。盡管硬化不銹鋼依然是目前最為常見的材料，但是利用其他更貴的材料如硬質(zhì)合金可能會比硬化不銹鋼有更好的性價比，這一點在超高壓水條件下尤其明顯。

（2）提高噴頭和清洗性能

通過實驗室試驗，人們已經(jīng)證明有高達(dá)30%的能量被浪費在了噴頭和工作表面之間，所以在這方面的任何改進(jìn)都是非常有益的。除了噴頭的實際設(shè)計和構(gòu)造外，影響能量損失的另一個主要的因素就是液體自身的實際流動。液體的湍流是造成能量損失的一個主要原因，一個簡單的補救辦法就是在噴頭內(nèi)安裝一個流體調(diào)直器。在滿足操作限制的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量減小噴頭到工作表面的距離，因為距離越長噴出的水流越容易分裂?，F(xiàn)在，有人試驗了另外一種方法，非常成功，就是向流體中加入少量的“長鏈聚合物”。該方法使得清洗性能得到顯著提高，調(diào)查表明主要是因為以下原因：

①噴嘴和軟管內(nèi)表面與流體的摩擦力減小了。

②液體流連貫性的提高，這使得流體“離岸距離”變得更大，同時沖擊力也變大了。在弗吉尼亞的一個石油精煉廠進(jìn)行的試驗表明，加入長鏈聚合物助劑后，管道清洗時間可以減少30%?35%。液態(tài)聚合物價格是0.024$/L，整個清洗消耗聚合物總成本為300$，這個成本可以從減少清洗和工廠停產(chǎn)時間中得到更多的補償。

（3）空泡能量

在第二節(jié)中，已經(jīng)對“空泡”產(chǎn)生能量的現(xiàn)象進(jìn)行了討論，并闡述了其對高壓水泵的損害，而且該現(xiàn)象是1972年英國考文垂“國際噴頭切割會議”的主要議題。最近，美國密蘇里州大學(xué)Rolla分校高壓噴水實驗室的實驗證明這種能量可以被控制，并且可以用來提高水力的清洗性能。當(dāng)這些小氣泡破裂，氣泡周圍的水進(jìn)入氣泡時，會在小面積上產(chǎn)生非常高的壓力（這實際就是“空泡”效果）。利用一種特殊設(shè)計的噴頭可以實現(xiàn)這種現(xiàn)象，需要在噴頭的中間安裝一個小探針。隨著水流速度的不斷升高，水流造成的局部真空就把空氣引入水流中，從而導(dǎo)致了空泡效應(yīng)。雖然目前將該技術(shù)用于高壓水清洗有很多優(yōu)點，尤其是用于清除船體海面增生物和污垢。但是，最成功的應(yīng)用還是用它來切割很堅硬的物體如巖石。

（4）脈動和間斷流

劍橋大學(xué)的研究者們對利用脈動和間斷流來提高噴頭的切割和清洗性能做了深入的研究，并在“液體和固體沖擊腐蝕”會議及"雨水腐蝕會議”上發(fā)表了幾篇論文。簡而言之，管子或軟管中液體的間斷流會產(chǎn)生速度很高的“子彈”，要比連續(xù)穩(wěn)定的流體流速快3倍。這個效果類似于一把“水錘”，可以對工作表面產(chǎn)生強大的沖擊力。這些理論優(yōu)點已經(jīng)在實際應(yīng)用中體現(xiàn)出來了，尤其是在管子、管道和下水道的清洗中得到廣泛應(yīng)用。

可以用以下幾種方式來獲得間斷流：

①利用一個活塞式水泵的不規(guī)則運動，包括讓水從一個汽缸在循環(huán)的過程。在利用這個方法以前建議先去跟供應(yīng)商或制造商咨詢一下。

②利用一個活塞式水泵，小型受液器和安全閥。從水泵出來的穩(wěn)定水流在軟管的末端會被一個與小型受液器相連的自動開關(guān)阻斷，當(dāng)水壓高到安全閥的設(shè)定值時安全閥就會打開。安全閥的開關(guān)跟積蓄池的水壓曲線的變化相協(xié)調(diào)。通過調(diào)整安全閥可以改變脈動的循環(huán)從而為各種特殊的應(yīng)用創(chuàng)造最適宜的循環(huán)壓力。

③一個圓筒，慢運動、往復(fù)式水泵，比如第三節(jié)中描述的那種“快速噴流”水泵。

2.噴頭的選擇

為每種特定的應(yīng)用選擇最合適的噴頭：

①根據(jù)以往的經(jīng)驗或?qū)嶒瀬頉Q定清洗特殊的沉積物需要的壓力和液體。

②根據(jù)表5-25不同尺寸噴頭的反作用力表為特定的壓力和流速確定合適口徑的噴頭。選擇的時候，還要考慮安裝噴頭的個數(shù)，例如噴槍可能只有一個噴頭，而一個油罐清洗頭則有2或4個噴頭，并且噴頭數(shù)隨著總液體流量增加而增多。

表5-25被分為1和2兩個區(qū)，另外第3區(qū)也常常被用來定義最大反作用力，德國安全局用該表來管理手持高壓水清洗配件。

1級區(qū)域：包括噴頭反作用力在150N以下的所有的操作情況。這時所有的手持噴射設(shè)備都可以使用。

2級區(qū)域：包括噴頭反作用力在150?250N之間的所有的操作情況。在這個區(qū)域內(nèi)所有的手持噴射設(shè)備必須有一個肩部支撐，并有可選擇的雙重保險控制。

3級區(qū)域：包括噴頭反作用力在250N以上的所有的操作情況，這時所有的噴射設(shè)備都必須有某種形式的機械協(xié)助操作。

在噴槍上可以加上500、1000和1500mm長的擴展噴槍。

a.為了噴頭計算，必須考慮壓降，以便從配件上讀數(shù)據(jù)時得到真實的壓強。

b.當(dāng)利用一個懸浮的油罐清洗頭時，選擇匹配的噴頭至關(guān)重要，這樣才能使各個噴頭造成的反作用力達(dá)到平衡。另外，噴頭需要裝配流體調(diào)直器以確保層流。

c.可以為噴槍能安裝針孔噴頭，該噴頭能在小面積上以較低的工作速率提供最大的沖擊壓，或者安裝扇形噴頭，該噴頭能夠在低壓下以最大的工作速率為較大的面積提供較低的壓力。

表5-25不同噴頭尺寸，壓力和流速反作用力

表格P338頁

噴槍噴頭：用實心（solid）和扇形噴頭，用于通常的表面清洗任務(wù)。最新的技術(shù)中包括一種高速旋轉(zhuǎn)噴頭（圖5-43），該噴頭安裝在噴槍的末端。這種設(shè)備跟傳統(tǒng)噴頭相比，其工作速度明顯提高了。

圖5-43高速旋轉(zhuǎn)噴頭

圖片P338頁

管道和管子的清洗噴頭：有8~25mm多種直徑的噴頭，用于微型軟管、半剛性噴槍以及標(biāo)準(zhǔn)的12mm和25mm口徑軟管。目前有很多種噴頭設(shè)計，要選擇何種噴頭，需要根據(jù)沉積物類型和管子或管道的情況來選擇。圖5-44是一個特殊的清洗噴頭設(shè)計，需要穿過口徑僅為25mm而且半徑為60mm的彎管。

噴頭大致有四類：

a.排水管和下水道清洗噴頭。這種應(yīng)用需要用到一系列尺寸的噴頭，因為要清洗對象包括直徑100mm排水管到直徑1000mm的下水道。噴頭的選擇見圖5-45。那兩個扁平狀的噴頭被稱為“犁”。因為它們自身的重量，它們可以在下水道的底部移動，利用高壓水流使較松的沉積物移動，然后利用常規(guī)的抽吸裝置清洗掉。

圖5-44微型軟管和噴頭

圖5-45高壓水洗噴頭的選擇

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b.下水道清洗和切割噴頭。許多排水管和下水道都有厚厚的石灰覆蓋物和類似的堅硬沉積物，這些東西需要高達(dá)8×10?Pa的高壓水才能清洗掉。很多噴頭像Harben"聯(lián)合噴頭”一樣有一個朝后的聯(lián)合噴頭，可以利用水泵大約80%的有效動力來推進(jìn)噴頭向前運動并清除掉比較柔軟的沉積物，洗掉松動的殘余物。向前的那個有右側(cè)角度的噴頭是在水泵的滿功率下運轉(zhuǎn)，壓強高達(dá)4×10?Pa，負(fù)責(zé)切割掉堅硬的沉積物和其他牢固的侵入物，這些都是多數(shù)下水道清洗面臨的主要問題。噴頭清洗性能的切換是利用一個壓力敏感閥自動完成的。對那些更加堅硬和更難清洗的沉積物利用URACADFK800旋轉(zhuǎn)噴頭在8×10?Pa的高壓下清洗，這個噴頭帶有一套組合噴嘴和一個有中心控制閘的右側(cè)角度噴頭。

清洗的應(yīng)用及其附屬工具

如表5-26所示，清洗的應(yīng)用主要可以分為三大類：

①表面清洗。

②地下管道、輸送管及下水道的清洗。

③水箱及容器內(nèi)表面的清洗。

表5-26內(nèi)部清洗系統(tǒng)應(yīng)用及技術(shù)

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1.外表面的清洗

（1）噴槍

噴槍是目前世界上應(yīng)用最廣泛的清洗工具。它由一個操作者控制，噴槍后面連有一根軟管來提供高壓水。噴槍有多種設(shè)計，根據(jù)實際應(yīng)用中的壓力、成本及需要的安全設(shè)施來選擇所需的類型。不同噴槍的特點不同，從只有一個自動防故障扳機的基本模型到有自動卸載設(shè)備的復(fù)雜設(shè)計，變化范圍很大。其實在每一種設(shè)計里面，有一點本質(zhì)是不會變的，那就是操作者一直掌握對高壓水供給的絕對控制權(quán)。

下面從更多的細(xì)節(jié)方面來考慮對不同設(shè)計的選擇：

a.帶有一頭封死的卸載閥的基本自動防故障扳機

在這種情況下，噴槍上的那個扳機可以通過調(diào)節(jié)閥門來關(guān)閉和打開高壓水的供給。一旦關(guān)閉了，軟管中水的壓力會逐漸上升，當(dāng)達(dá)到一個臨界值時，泵上的一個由彈簧控制的安全閥就會打開并將水引入到抽吸線路上。

雖然這個裝置簡單并且實用，但也有一些缺點：

①每次在安全閥工作前都要耽誤幾秒鐘。發(fā)生緊急情況時，這幾秒鐘時間也會異常重要。

②抽絲現(xiàn)象導(dǎo)致了卸載閥機座的過度磨損和破裂。

b.帶有傾瀉閥的基本自動防故障扳機

這是一種相對比較簡單和安全的設(shè)計。在這種設(shè)計中，扳機可以切斷高壓水的供給并將噴槍中的水以低壓的形式排在地面上。不過，這樣將浪費大量的水。

一般說來，對于如低于3×10?Pa以及不常使用的清洗系統(tǒng)，以上兩種選擇就夠了。但是，對于更高壓力情況，如3.58×10??1.2×10?Pa，已經(jīng)開發(fā)出了更加可靠、安全的組裝和卸除噴槍的方法。

噴槍：圖5-46就是一個典型噴槍的例子。

圖5-46裝有遠(yuǎn)距控制配件的噴槍

（URACAPumpenfabrik提供）

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C.噴槍安裝的遙控裝置

這個裝置包括一個由觸發(fā)器控制的“本質(zhì)上安全”的感應(yīng)開關(guān)。當(dāng)觸發(fā)器打開時，一個低壓微流的電信號就通過導(dǎo)線傳到泵上的電液卸載閥，此時閥門就馬上打開讓高壓水以低壓水的形式排到水泵的抽吸線或水箱中。跟這個類似的設(shè)計經(jīng)常使用。另外，現(xiàn)在一些最新的噴槍設(shè)計都有一個電液穩(wěn)定中斷閥和一個更長的觸發(fā)器。這樣能使操作者更加容易控制并減少了開關(guān)閥門造成的反沖。

（2）大面積地面的清洗

很多清洗要涉及到大面積地面清洗。例如，機場跑道，尤其是飛機的輪胎開始接觸地面剎車的地方。這個作用將導(dǎo)致一層橡膠陷入跑道的表面，加上平時的風(fēng)吹雨打，這對飛機構(gòu)成的重大威脅。同樣地，停機坪上溢落的飛機燃料會造成飛機打滑。圖5-47所示設(shè)備中包括旋轉(zhuǎn)的成角狀的高壓水噴嘴和一個容量罩，在這個例子中，所示裝置是手動的。在機場跑道的清洗中，所用裝置與此設(shè)計思想相同，只不過里面有兩個旋轉(zhuǎn)設(shè)備，作用面積更大，可覆蓋大約2m2的面積。通常將這種清洗設(shè)備安裝在大型清洗排水溝和下水道的組合噴頭的前部，并且在7×10?Pa的壓力下工作。供給水儲存在一個8000L的水箱中，該水箱帶有一個真空裝置用來推動水的移動并且把水引入一個體積一樣的另一個水箱中備用。目前，這種清洗工具正成為世界的大部分主要機場的標(biāo)配，從中國的首都機場到倫敦的Gatwick機場，都有這種設(shè)備。不單單是機場，該技術(shù)還適用于石油精煉廠，石化工廠和石油出產(chǎn)國，在這些石油生產(chǎn)國家，石油沉積物堆積一段時間就會造成危險。在委內(nèi)瑞拉，有一條臭名昭著的路，在過去的十年內(nèi)就因為車禍造成了很多死亡，原因就是路面有石油沉積物。委內(nèi)瑞拉國家石油公司近期引進(jìn)了四部高壓水清洗裝備以保證路面保持安全狀態(tài)。

圖5-47裝有高壓旋轉(zhuǎn)噴頭的地板清洗機

2.管子、導(dǎo)管、排水溝和下水道的清洗各種技術(shù)雖然類似，但是它們要求不同的設(shè)備和方法。

（1）管子（pipe）和導(dǎo)管（tube）

雖然人們把管子和導(dǎo)管分開來看，但是并沒有將兩者的不同，明確定義出來。在本章中，為了方便，我們把直徑小于25mm的叫做導(dǎo)管，直徑大于25mm的叫做管子。

根據(jù)不同應(yīng)用的特殊性，我們得出以下結(jié)論：

①壓力和水流速度。這個我們可以通過反復(fù)試驗或者特殊實驗得到。多數(shù)管子、排水溝和下水道的清洗裝置都是裝載在車輛上或有拖車?yán)瓌拥?，與電動固定速度相比，這種裝置通過改變汽車引擎速度和水流速度可獲得更大的靈活性。

②一般來說，要根據(jù)所清洗的管子或?qū)Ч艿某叽鐏磉x擇使用微型彈性噴頭或標(biāo)準(zhǔn)軟管，同時還要考慮到工作壓強。注：選擇合適的工作壓力時，要考慮壓力差和水流速度，故而軟管的長度要保持一個最小值。

③依照清洗的類型，沉淀的狀況和軟管的直徑來選擇相應(yīng)的噴頭。這些噴頭的構(gòu)造設(shè)計以及孔的直徑大小如圖5-48所示，這是根據(jù)作用力表計算得出的結(jié)果，參見表5-25。

④如果管子被完全堵死了，就必須用手噴槍清洗管子的前300mm，以便軟管能夠進(jìn)入到管子或者導(dǎo)管中。一般都需要使用多種噴頭才能達(dá)到清洗目的。

⑤當(dāng)使用小口徑軟管清洗大口徑管道時，要注意避免噴頭發(fā)生180°的旋轉(zhuǎn)以至傷害操作者。在噴嘴和彈性軟管之間加一段短的剛性管可以避免上述事故的發(fā)生。

⑥為了避免操作者在壓力下將軟管從管子或?qū)Ч苤欣觯趪娮旌蠹s500mm處做一個不可去除的標(biāo)志，或者安裝專門端殼包住噴頭，從而讓軟管正常工作。

標(biāo)準(zhǔn)式

這種噴嘴的尖端可以穿入管子

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自推進(jìn)式

這種噴頭是自動被拉入管子的

圖片P343頁

非排斥噴頭對清洗沉淀物有效果最好

同時還適于清洗濾筒

圖片P343頁

圖5-48不同樣式的噴頭

⑦為了安全和健康起見，清洗員必須有效地控制高壓水的供給的方法。目前有如下幾種方法比較有效：

a.利用一個站在安全距離以外的另一操作者控制的安全閥。第二個操作者的職責(zé)就是根據(jù)清洗員的需要或發(fā)生緊急情況時打開和關(guān)閉安全閥。

b.利用腳控制閥，如圖5-49所示。這個作用機理跟自動防障閥，如噴槍的安全閥的機理是相同的，并且這個設(shè)計的目的就是把水以低壓的形式引入到排水溝中。事實上，這個由操作者自己控制的腳控制閥跟由第二個操作者控制的安全閥比起來具有一定的優(yōu)越性。

圖5-49腳控的水泵閥

圖片P344頁

c.為了能完全控制高壓水的供給，操作者可以使用安裝在軟管的末尾的電動腳控制閥。這個作用機理跟噴槍的設(shè)計很相似，噴槍中就有一個腳踩閥來操作感應(yīng)開關(guān)，腳踩閥會對泵上的卸載閥發(fā)出一個指令，從而讓水立刻以低壓的形式排泄到抽吸線路上。

（2）排水溝和下水道的清洗

基本的操作程序與管子清洗很類似。但是，因為排水溝和下水道一般在地下，長度比較長，并且比管子更加難以接近。在絕大多數(shù)情況下，下水道清洗使用中壓清洗，清洗裝置可移動，裝有柴油驅(qū)動泵。不過，也確實有些下水道清洗，需要使用更高的壓力和流速，如去除堅硬的石灰垢和其他覆蓋物。圖5-50所示為一套高壓下水道噴洗設(shè)備，該設(shè)備配有“DFK”特殊旋轉(zhuǎn)噴頭，其工作壓力最高可以達(dá)到8×10?Pa。

（3）閉路電視檢查

大多數(shù)發(fā)達(dá)國家都利用閉路電視來檢查下水道的清洗過程和清洗結(jié)果。這樣有利于掌握清洗的進(jìn)度，而且有利于下水道清洗的承包人為客戶提供證據(jù)證明下水道已經(jīng)被清洗到所要求的標(biāo)準(zhǔn)了。

圖5-50高壓下水道清洗設(shè)備。最大的工作壓力8×10?Pa

（URACAPumpemfabrik提供）

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3.船舶清洗

在20世紀(jì)60年代初，高壓水洗剛剛興起的時候，清洗船舶外殼就是其最引人注目的應(yīng)用之一，當(dāng)時該技術(shù)最著名的使用者是德國的Hammelmann公司。生物的生長例如海藻等會產(chǎn)生摩擦阻力或拖曳，這將大大降低船舶行駛速度，從而增加能耗。生物生長50.8mm厚是很常見的，尤其是當(dāng)船舶在溫暖水域作業(yè)時。除了清洗掉生物生長層外，清洗技術(shù)還必須除掉燃料耗盡后留F的污垢和其他的涂料，以及肉眼看不到的氯化物、硫酸鹽等可溶于水的物質(zhì)。在引入高壓水洗之前，船舶的外殼都是用物理方法來清洗的，例如用手擦，強力的鋼絲刷，強力圓盤和干燥的沙子摩擦，盡管現(xiàn)在有更加安全的研磨介質(zhì)可用（見替代技術(shù)相關(guān)章節(jié)），但這種技術(shù)對身體有害，因為操作過程中會產(chǎn)生可在空氣中傳播的硅化物顆粒和細(xì)沙，會對肺造成影響。

可以在船舶航行時進(jìn)行高壓水洗，不過，目前多數(shù)船舶外殼是在干燥的碼頭用3×10??8×10?Pa的高壓水清洗的。

很多年以來，帶有一個30°~60°的扇形噴頭的手持噴槍是主要的清洗工具。并且，還可以用于清洗較小的容器；一般一個噴槍1h能清洗70~100m2，不過，這還要由操作者的效率、船殼的可接近性以及污垢的性質(zhì)決定。雖然噴槍非常實用，可是它的強烈振動非常容易使人疲憊。在20世紀(jì)60年代的末期，德國Hammelmann公司發(fā)明了名為“Dockmaster”的機械清洗系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在過去的30年中又有了顯著的改進(jìn)。

這種技術(shù)的優(yōu)點如下：

①消除操作者過度疲勞。

②能夠使用更高的壓力并且充分的提高了清洗速度。（超過3000m2/h）

③保證持續(xù)穩(wěn)定的清洗效果。

一般說來都用清水來清洗，除非清水比較短缺，例如中東地區(qū)，這里先用海水沖洗，然后再用清水沖洗。清水里含有腐蝕抑制劑，從而避免形成“瞬間生銹”。目前最新的Dockmaster"清洗裝置稱為"Aquablast"，該裝置包括一個過濾系統(tǒng)能夠收集到90%的廢棄碎片以供處置。清洗系統(tǒng)包括一個或多個旋轉(zhuǎn)的組合在一起的清洗噴頭，每一個的直徑為500mm，裝配在一個水壓平臺上，而遠(yuǎn)距控制面板位于一個工作籃里。對于輪船螺旋推進(jìn)器，減壓裝置，船體的龍骨以及其他的一些難以清洗的地方，可以利用裝有旋轉(zhuǎn)噴頭的噴槍進(jìn)行清洗。

如果要涂油漆，那么就需要磨光表面，這時還需要去掉銹蝕，例如根據(jù)瑞典標(biāo)準(zhǔn)SAE2??3，就要用一個濕研磨清洗系統(tǒng)，該系統(tǒng)的清洗速度一般是一個噴槍30m2/h，或者與"Dockmaster"系統(tǒng)配合使用。

4.海上石油平臺的清洗

在很多方面，這個應(yīng)用與船舶清洗類似，但是也有特定的異同之處：海上平臺被列為危險區(qū)域，因此泵的設(shè)計和安全認(rèn)證必須在2級區(qū)域內(nèi)。大多數(shù)平臺都有小型的水泵設(shè)置來做日常的清洗任務(wù)，這些水泵通常都是由柴油發(fā)動機帶動，而且都是防爆設(shè)計（見第二節(jié)）。許多高壓水清洗的工作還包括去除雜草，藤壺及其他貼在建筑和管道上的海洋生物。為了進(jìn)行定期檢查、維修、重新油漆和防腐工作，需要訓(xùn)練潛水員讓他們學(xué)會利用特制的噴槍，這種噴槍帶有兩個排水口，一個包含清洗噴頭，另一個朝后，其作用是抵消噴頭的反作用力，使?jié)撍畣T行動自由。這種方法的優(yōu)點就是潛水員不會受任何反作用力的影響，并且不容易疲勞。但是這樣就需要以平時流速的兩倍來供給高壓水，這就需要兩倍的動力。工作壓力在4×10?~8×10?Pa之間是很常見的。水泵裝置和相關(guān)設(shè)備經(jīng)常被裝在一個容器里面，而該容器被放在一個固定在鉆塔上的“支撐”容器中。

5.自動管束切割機

清洗各種管束的技術(shù)。熱交換機、冷凝機、循環(huán)煮沸機和蒸發(fā)機等是煉油廠、石油化工企業(yè)、電廠及其他重處理工業(yè)中循環(huán)系統(tǒng)的主要組成部分。管道經(jīng)常會被完全堵塞或者部分地方被非常堅硬的沉積物堵塞。在某些地方，甚至連管道周圍的空間都被限制了，多數(shù)工藝問題都是由此引發(fā)的，從而導(dǎo)致企業(yè)產(chǎn)量降低。

在引入高壓水射流以前，管道束經(jīng)常被堵塞以至需要分開各個管道，在管道上鉆孔或者敲打管道來去除沉積物，但是這樣就不可避免地對管道造成了損害。管道束要么在原位置上直接清洗，要么拆卸下來帶到清洗的地方。這兩種情況無論是哪種情況，手工清洗管道束都是一個耗時、費力又存在潛在危險的工作。為了避免這些問題，人們設(shè)計了一些自動和半自動的管道束高壓水洗設(shè)備，這些設(shè)備的工作原理基本上是類似的。

因為管道束的尺寸和形狀各不相同，這就要求清洗機器必須是多用途的。清洗噴頭的定位和移動一般是以氣壓或水壓作動力的。噴頭可以是固定的，也可以是旋轉(zhuǎn)的。如果要清洗長6800mm、直徑20mm的管子的話，一般一個噴頭每分鐘能清洗4根這種管子。這個系統(tǒng)由一個操作者通過清洗區(qū)域附近的一個控制臺進(jìn)行操作。

水箱和容器的內(nèi)表面的清洗

專門清洗水箱和容器內(nèi)表面的清洗設(shè)備的開發(fā)是過去15年以來幾種最為重要的安全且性價比很高的技術(shù)之一。讓人進(jìn)入容器，用手刮或用手持噴槍清洗容器一直以來都是有很大潛在危險的。不僅是噴頭高壓束的反作用力非常容易使操作者過度疲勞，而且操作者的工作空間非常狹小，水霧還經(jīng)常迷住操作者的視線，容器的內(nèi)表面一般也含有大量的油脂，非常的滑。這已曾經(jīng)導(dǎo)致高壓水射流接觸并嚴(yán)重傷害操作者身體。

高壓水洗的另外一種比較奇特的潛在危險就是供水軟管容易像鞭子一樣抽到身體，當(dāng)一個供水軟管在一個狹窄的空間內(nèi)像蛇一樣猛烈扭動的時候，操作者就可能受到非常嚴(yán)重的，甚至致命的傷害。這自然而然地就導(dǎo)致了1998年英國提出了“如何在狹窄空間內(nèi)安全工作”操作規(guī)范、管理和指導(dǎo)。關(guān)于水箱或容器內(nèi)表面的清洗，其中有一段最為重要的一段：

“當(dāng)不用進(jìn)入內(nèi)部就完全可以把工作完成時，雇主有義務(wù)阻止雇員和其他在一定程度上受雇主控制的人，如承包人，進(jìn)入狹窄空間或在里面工作。”

由此我們可以推出，如果有一種“不用進(jìn)入”就能夠清洗的設(shè)備，跟“人工進(jìn)入”的清洗方法比起來，人們必須優(yōu)先選擇“不用進(jìn)入”的方法。章程同時還規(guī)定水箱和容器的設(shè)計者必須在設(shè)計中考慮到新的清洗裝置的特點和安裝清洗設(shè)備，以排除或減少人工進(jìn)入的必要。

近年來人們逐漸地意識到某些化學(xué)物質(zhì)對人體有潛在的危害。例如氯化乙烯被認(rèn)為具有致癌的特性。這促進(jìn)了對無人進(jìn)入清洗系統(tǒng)的需求，也促進(jìn)了對能夠進(jìn)行水箱或容器內(nèi)表面清洗的設(shè)備的需求。

這個體系主要由下列主要部分組成：

1.高壓水泵

水泵大多數(shù)是活塞式或輻射狀活塞式設(shè)計，第三節(jié)對此有詳細(xì)介紹。電力規(guī)格可能是標(biāo)準(zhǔn)的或者隔爆型。

在選擇水的流速的時候要注意，雖然噴槍可以跟被清洗表面靠得很近，但是清洗頭可能被安裝在1000mm遠(yuǎn)的地方，并且總水流可能被2?4個噴頭平分。正如先前所說，噴頭和被清洗表面之間的距離對清洗掉一個特殊的沉積物應(yīng)該需要多大的水利能量有很大的影響。為了彌補水流速度損失，有必要增加水的流速和水的使用量。

2.清洗頭

當(dāng)前內(nèi)部清洗技術(shù)有效性的提高應(yīng)該歸功于特別有效的高壓清洗頭的開發(fā)，圖5-58所示是一個清洗頭。雖然清洗頭設(shè)計多樣，但是大多數(shù)清洗頭都是依據(jù)兩個軸承的原理進(jìn)行工作的。比如，一個360°環(huán)形清洗模型，它的旋轉(zhuǎn)運動是由水射頭的作用力和回轉(zhuǎn)臂偏移產(chǎn)生的。這兩種力量大小幾乎相等，方向相反，所以一個懸浮的清洗頭在工作的時候就差不多保持一個固定位置?？梢杂靡粋€可調(diào)節(jié)的制動閥、油壓和磁力來控制旋轉(zhuǎn)速度，沒有這些調(diào)節(jié)的話，回轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)就會失去控制。該系統(tǒng)工作壓力一般在1.25×10??1.2×10?Pa之間。由此可見，我們必須計算出適宜的壓力，水流速度，回旋臂抵消量，噴頭尺寸和旋轉(zhuǎn)速度，否則的話，制動裝置和齒輪就會遭受過度磨損，而且清洗效率也會受到影響。清洗頭是由磷青銅或不銹鋼制造的，并且根據(jù)不同的壓力和水流速度要求有不同的尺寸規(guī)格。

3.定位裝置

這個裝置的功能就是把清洗頭固定在容器內(nèi)部以便于：

（1）能夠夠到煽動桿、擋板和其他內(nèi)部裝置后面的“陰影區(qū)”，使噴頭在理想狀態(tài)下達(dá)到100%的覆蓋率。

（2）縮短噴頭和被清洗表面的距離使能量損失達(dá)到最小。

要根據(jù)應(yīng)用的不同來選擇不同的定位裝置。

高壓系統(tǒng)

通常的應(yīng)用中，基本上有兩類高壓系統(tǒng)。

1.專用系統(tǒng)

這種系統(tǒng)一般被永久地安裝在一個容器或者一系列的容器里面。通常用該系統(tǒng)在生產(chǎn)空檔期間對這些容器進(jìn)行清洗，或者容器內(nèi)部的物質(zhì)必須嚴(yán)格控制泄漏一如揮發(fā)性有機物或者其他的相似例子。以下是一些專用系統(tǒng)的范例：

圖5-51自動化懸掛管清洗系統(tǒng)

（1）自動化懸掛管系統(tǒng)

具體可以參見圖5-51，該圖顯示了一套聚氯乙烯加工裝置的清洗系統(tǒng)，該裝置有五個容器。每個容器都有一個獨立的清洗系統(tǒng)。在這個清洗系統(tǒng)里，清洗噴頭被放在一個氣密部件里，而這個部件放在容器的上方。當(dāng)需要清洗的時候，一個連鎖開關(guān)被打開，清洗噴頭進(jìn)入容器內(nèi)部，按預(yù)定的程序開始清洗。程序控制噴頭進(jìn)行定位和循環(huán)清洗，最后控制噴頭回到原先的存放部件里。因為在這套裝置內(nèi)部沒有隔板和攪拌器，所以只要讓噴頭沿著容器的中心線移動就可以得到全方位的清洗效果。該系統(tǒng)是自動化的，人們可以在控制室對這個清洗系統(tǒng)進(jìn)行控制操作。

（2）空氣噴槍系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要特點是有固定的噴槍，用空氣作為清洗動力。當(dāng)容器底部有一個動力攪拌器，或者容器內(nèi)部沒有配件產(chǎn)生陰影區(qū)的時候，我們可以用一個單獨的空氣噴槍進(jìn)行清洗任務(wù)。如果動力攪拌器放在了容器頂部，則我們需要在相反的兩端布置兩個空氣噴槍。在上述的兩個例子里，我們還可以考慮配備空氣密封的設(shè)計?？紤]到空氣噴頭的有效射程，該系統(tǒng)只能在小型容器里使用。因為空氣噴槍是固定的，噴頭的清洗區(qū)域范圍可以精確地事先規(guī)定好，而且布置在軸兩端的噴頭可以設(shè)計成S形的轉(zhuǎn)臂形狀，因此該系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)點就是特別適用于玻璃和涂裝容器的清洗。該系統(tǒng)同樣是完全自動化的，可以預(yù)先編程以設(shè)定清洗步驟。（圖5-52所示為一個空氣噴槍系統(tǒng)的范例）。

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2.便攜式系統(tǒng)

便攜式系統(tǒng)的定位裝置、噴頭和軟管可以從一個容器轉(zhuǎn)移到另一個容器里面。這種設(shè)計適用于容器清洗間隔不規(guī)則的情況。根據(jù)容器尺寸和容器內(nèi)部沉積物的性質(zhì)，定位裝置有多種不同類型。

簡單便攜式系統(tǒng)的范例包括：

（1）固定噴槍系統(tǒng)（RPE）

盡管有一些差異，它的主要特點有以下幾方面：

*固定的能承受高壓水流的不銹鋼噴槍。該裝置一端連接著軟管，另一端則安裝噴頭。

*雙軸噴頭。

*—個球形接頭。上面附有可調(diào)節(jié)的夾子便于噴頭的旋轉(zhuǎn)、安裝和卸載以便重新定位噴頭。

*一個入孔（manwayplate，大型設(shè)備供人進(jìn)入清洗用進(jìn)口）蓋板。蓋板的設(shè)計必須配合球形關(guān)節(jié)以及被清洗容器的尺寸和形狀。盡管入孔本身的尺寸和形狀可能有很大變化，但通常都會有一個標(biāo)準(zhǔn)的中心部件。里面包括球形關(guān)節(jié)和夾子，以及可更換的入孔蓋板以適應(yīng)不同的入孔尺寸。

固定噴桿系統(tǒng)的好處有以下幾點：

*簡單而相對便宜的設(shè)計。

*因為噴頭被固定在支架上，因此不必?fù)?dān)心噴頭搖擺的問題。這種問題在噴頭懸掛在軟管的時候經(jīng)常發(fā)生。

*因為噴桿是固定的，因此相對而言噴頭可以精確地定位在更靠近容器表面的地方，這樣就提高了清潔能力。

固定噴桿系統(tǒng)有以下缺點：

*考慮到總體長度和重量，該系統(tǒng)在容器內(nèi)部操作會比較不方便。

*同樣地，容器上方的容納空間對于清洗系統(tǒng)而言可能有時候會不夠。

*噴頭轉(zhuǎn)動的角度范圍是有限的（每邊大約能擺動50°），因此噴頭不能太靠近容器的正下方表面（通常這里是最臟的）。

這套裝置最適合應(yīng)用于最大直角半徑為3m、最大容量為20m3左右的容器。圖5-53所示就是這種系統(tǒng)。公路罐裝車清洗系統(tǒng)里就設(shè)計有固定噴槍，主要用于清洗集裝箱的凹面。之所以使用固定噴槍，是因為集裝箱通常只有一個入孔，而且需要清洗的距離比普通的罐裝箱車大。

（2）懸掛管定位系統(tǒng)（SPE）

該系統(tǒng)最簡單的設(shè)計就是一個安裝在軟管上的雙軸噴頭，該噴頭懸掛在容器的中心線上。應(yīng)用對象的具體例子如罐裝箱車，容量為1000~3000L左右的小型加工容器等等。值得注意的是，當(dāng)噴頭距離清潔表面有1m左右時，能量損失很大。該系統(tǒng)主要用于清洗相對較軟的沉積物，而且可能是最常采用的內(nèi)部清洗方法。

圖5-54的設(shè)計最適合大型垂直容器的清洗，特別是當(dāng)需要兩個獨立的噴頭以覆蓋容器內(nèi)陰影區(qū)域時。該系統(tǒng)可以完全自動安排雙軸噴頭定位和循環(huán)清洗的次數(shù)。軟管的線盤掛在容器上方的一個橫梁上。該系統(tǒng)也可以只使用一個噴頭工作，而且通常一個裝置可以用來清洗多個容器，只要這些容器都在橫梁的可達(dá)范圍以內(nèi)。有些系統(tǒng)的設(shè)計可能在噴頭周圍安放一圈起保護作用的格網(wǎng)，以及使用較小的轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)臂防止系統(tǒng)轉(zhuǎn)動的部分在清洗的時候碰到容器。必要的時候，清洗系統(tǒng)還必須符合電氣規(guī)范中適宜在2級區(qū)域環(huán)境操作的規(guī)定?？紤]到配合大型容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其清洗系統(tǒng)的設(shè)計更為復(fù)雜。通常大型容器會在入孔的邊緣裝一扇特別設(shè)計的蓋板，以及有一個聯(lián)通的空間。這樣噴頭就可以從容器的一端移動到另一端，避免了由于容器內(nèi)部隔板或者扇葉的存在使得有些陰影區(qū)域無法清洗的情況發(fā)生，具體例子參見圖5-55。

圖5-54多缸懸掛管清洗系統(tǒng)

圖5-55手動操作的懸掛管清洗系統(tǒng)

圖片P351-352頁

在大型容器清洗方面，懸掛管定位系統(tǒng)優(yōu)于固定噴槍系統(tǒng)的方面在于：由于使用了可變型的軟管，噴頭可以升起、降低以及定位在不同的位置上，這樣容器的總體高度就不成問題了。

懸掛管定位系統(tǒng)的優(yōu)點在于：

*具備清洗大型容器的能力，最大的箱體長度可以到10m，直徑最大到4m。

*相對固定噴槍系統(tǒng)而言，懸掛管定位系統(tǒng)比較輕，而且可以分批運輸?shù)侥康牡卦俳M裝。

*噴頭可以抬高，對于容器底部和頂部的清洗更有效。

懸掛管定位系統(tǒng)的缺點：

*一旦管嘴被堵塞或者失去平衡，會導(dǎo)致懸掛的清洗噴頭擺動，可能會因此碰撞和損壞容器。

*相對固定噴槍系統(tǒng)而言，懸掛管的定位沒肴那么精確。

（3）手動可伸縮定位裝置

范例見圖5-56。手動可伸縮定位裝置通常安放在容器入孔上，和固定噴槍系統(tǒng)差不多。不同在于：這套裝置是通過搖盤和齒輪，由人手進(jìn)行操作調(diào)節(jié)。

這種方法通過人手控制滿足了清洗噴頭精確定位的要求，同時避免了清洗裝置和容器發(fā)生機械碰撞的危險。

手動可伸縮定位裝置的優(yōu)點：

*精確而且可重復(fù)的定位。

*可以用機械輔助手工操作（可以預(yù)先編程）。

不足之處在于：

*人力成本較高。

*當(dāng)有多個容器需要清洗的時候，移動裝置非常費勁。通常這種可伸縮裝置會用起重機吊在容器的上方或者使用手推車進(jìn)行運輸。

圖5-56。手動可伸縮定位裝置

（4）自動可伸縮定位裝置

與手動可伸縮定位裝置類似，但是自動裝置通常用于特定的容器清洗工作。該裝置的噴頭定位是通過一個可以到達(dá)容器各個部分的自動伸縮裝置來實現(xiàn)的。

（5）Truncojet?清洗系統(tǒng)

如圖5-57所示，該產(chǎn)品的設(shè)計是專門針對體形較長（最長可達(dá)13m）的鐵路罐裝箱的，這些罐裝箱通常只在中間部分有一個入孔。問題在于，位于這些罐裝箱內(nèi)部末端的沉積物一般只能靠人爬進(jìn)去進(jìn)行清除。位于索爾茲伯里（Salisbury，英格蘭南部一城市）的英吉利陶瓷粘土公司就遇到了這個問題。英格蘭鐵路庫房負(fù)責(zé)處理大量的鐵路罐裝箱，這些罐裝箱曾經(jīng)承擔(dān)全英國碳化鈣（電石）的運輸工作。Truncojet清洗系統(tǒng)首先通過液壓裝置固定在罐裝箱入孔的邊緣，然后通過一個固定的曲管——里面包著耐高壓可變形的軟管——將清洗噴頭放入內(nèi)部定位。系統(tǒng)的清洗壓力為2×10?Pa，流量為200L/min。當(dāng)罐裝箱的一段清洗完畢以后，定位裝置旋轉(zhuǎn)180。，然后在另一端重復(fù)清洗工作。最后，噴頭回到中心位置對罐裝箱的中部進(jìn)行清洗。整個清洗過程是自動化的，只需要一個工作人員在控制臺進(jìn)行控制。沖洗下來的水將會被收集起來，以便作進(jìn)一步的利用。

在Truncojet清洗系統(tǒng)出現(xiàn)以前，鐵路罐裝箱的清洗工作需要耗費大量的人力，以至于成為鐵路效率的一個瓶頸。新的清洗系統(tǒng)把鐵路罐裝箱的吞吐能力提高了50%。圖5-58給出了噴頭在鐵路罐裝箱內(nèi)部工作的圖示。

圖5-57“Truncojet”鐵路罐箱車內(nèi)部清洗系統(tǒng)

圖5-58“Truncojet”鐵路罐箱車筒的，能看到清洗噴頭和定位裝置

圖片P354頁

3.環(huán)境廢物罐裝箱

近年來關(guān)于環(huán)境廢物處理的法律條規(guī)開始提高了標(biāo)準(zhǔn)，對收集和處理垃圾的控制得到加強。為了運輸垃圾而特制的公路罐裝箱會在后部開一個口，以便于把垃圾傾倒在指定的垃圾處理場。為了防止有毒物質(zhì)的煙塵泄漏，一般很少使用頂端開口的罐裝箱進(jìn)行垃圾輸送。垃圾輸送主要會導(dǎo)致以下兩個問題：

*因為垃圾是從不同的居民中收集的，里面包含了許多種類。這些垃圾混合物可能含有多種多樣的特性，如有毒物質(zhì)、有害物質(zhì)、可溶性物質(zhì)等等，這些都會引起一系列的健康和安全問題。

*通常在罐裝箱的前面末端的垃圾會被壓緊壓實，這使得罐裝箱在裝卸垃圾的時候比較麻煩，而且增加了垃圾混合的機會。

為了減少這些問題，人們設(shè)計了一種特殊的清洗系統(tǒng)，如圖5-59。這套系統(tǒng)有一個高壓泵單元，壓強可達(dá)2×10?~3×10?Pa。還包括一條擴展的滑道以及定位裝置，再加上一個雙軸噴頭。有時候罐裝箱里面的隔板會限制清洗裝置通行，這時候可以在一個水平平面上使用一個微型的雙軸噴頭進(jìn)行清洗。整套清洗過程可以在一個安全的距離以外由工作人員進(jìn)行遙控。

圖5-59帶有一個擴展清洗噴頭的后開門環(huán)境垃圾清理車

4.鼓形容器和中型體積容器清洗

大部分鼓形容器和中型體積容器單元的清洗只用到低或中壓力清洗技術(shù)，盡管有時要添加一些化學(xué)藥劑。但是，有很多還是需要高壓清洗的。

（1）鼓形容器的清洗

為了清洗不同的沉積物必須使用不同的壓力。為了弄清它們之間的關(guān)系，在英國南部的一家鼓形容器處理公司進(jìn)行了一系列的實驗。他們的實驗設(shè)備包括一臺柴油動力的可移動高壓水泵，以及固定在垂直距離250mm處的雙軸清洗噴頭（最大工作壓力6×10?Pa）?鼓形容器開口朝上，放在清洗噴頭下方。實驗的主要目的是確定在不同的沉積物條件下，用清潔的涼水在最高6×10?Pa的壓力下沖洗3min的清洗效果（時間的限制是為了讓污水的量降低到最少）。表5-27給出了實驗的結(jié)果。

表5-27對開口朝上的鼓形容器使用高壓水清洗的實驗報告

由于噴頭和鼓形容器表面的距離很緊，所以清洗效果要比預(yù)期的好。一般說來，大多數(shù)水基涂料都可以在合理的時間內(nèi)清除掉。這個結(jié)論也同樣適于聚乙烯醇膠和大部分多聚合物。溶劑型涂料就需要用更高的壓力才能清除掉，涂層越薄越難清洗。樹脂，尤其是濕的環(huán)氧樹脂，如果不用隔離劑的話幾乎不能清洗掉，它還會繼續(xù)粘在鼓形容器的表面上。

（2）IBC清洗

許多公司由于經(jīng)濟和環(huán)境方面原因，都用IBC（1000~2000L）來替代鼓形圓桶。所以將來對鼓形圓桶的需求會比較有限。IBC可以分成三個大類：

①一種叫做“一次旅行”設(shè)計（雖然大多數(shù)仍被重復(fù)使用直到發(fā)生泄漏），市場成本很低，由中等密度的聚乙烯加工而成。

②用不銹鋼做的IBC，專門用來運輸有毒、易燃和其他的一些液體。它們的設(shè)計必須符合聯(lián)合國有關(guān)的苛刻標(biāo)準(zhǔn)和國際安全準(zhǔn)則。

③為食物和醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計的衛(wèi)生醫(yī)用IBC。

在①類中，能夠承受的最大壓力是2×10?Pa（條件差的話，壓力要更低）。②類的容器在必要的情況下可以用更高的水壓來沖洗，特別適用于油漆、涂料和印刷油墨生產(chǎn)行業(yè)。③類容器主要用于內(nèi)部原料處理，它的清洗技術(shù)還需要程序確認(rèn)。

多數(shù)IBC的清洗應(yīng)用只需要低等到中等壓力的技術(shù)，（見第四節(jié)，第五節(jié)），偶爾用一下比較高的壓力來清洗乳膠和其他類似的物質(zhì)。最簡單的清洗技術(shù)就是用綁在短的剛性噴槍上的小型雙軸清洗噴頭（圖5-60）。當(dāng)需要清洗外面時，如果總量不大，那么一個手持噴槍就足夠了。

圖5-60清洗IBC的基本高壓水洗系統(tǒng)

利用高壓水射流清除核輻射塵

由于其特定屬性，核工業(yè)中有特殊的清洗問題，尤其是當(dāng)要去除放射性核素時，通常稱這個過程為清除核輻射塵。清洗應(yīng)用很廣泛，從清洗小的零件，如工具和跟維護活動相關(guān)的器件，在運輸處理之前清洗盛滿放射性廢物的容器，到核設(shè)施退役前整車間的清除核輻射塵。一般利用傳統(tǒng)的浸泡和噴霧的方法，里面常常加上一些硝酸或其他的特殊試劑。盡管這些方法已經(jīng)足以去除輻射塵了，但是目前人們進(jìn)行了大量的研究工作來尋找一種能夠既可以達(dá)到清洗標(biāo)準(zhǔn)又能把放射性對人體的危害減到最低的技術(shù)。

在許多場合，為了遵守嚴(yán)格的核安全和健康規(guī)則，現(xiàn)在都使用遙控處理裝置和自動程序來清洗。

研究的技術(shù)可分為兩組：

（1）化學(xué)清洗方法，包括塑料泡沫，凝膠和電化學(xué)技術(shù)。

（2）物理清洗方法，包括高壓水射流，干燥的和濕的噴砂法，跟高壓或低壓水配合使用，使用壓縮空氣的噴砂法，溶劑射流，低溫和蒸氣處理等。

當(dāng)考慮清洗技術(shù)選擇時，需要考慮的一個重要的因素就是二次廢物問題?？紤]到這個問題，利用高壓（低壓）水射流具有很明顯的優(yōu)點，因為水不但價格低廉，而且還可以被處理并重新使用。

核污染物種類很多，有柔軟的表面沉積物，還有特殊的涂料和氧化物，其中前者可以用2.5×10?Pa壓力的水清洗掉，后者就需要1.2×10?Pa壓力的水。這兩種污染物都需要雙軸清洗噴頭來進(jìn)行內(nèi)部清洗，還要一個裝有高壓水噴頭的噴槍來做外部的清洗。小的部件一般都是在一個清洗箱的“套子”中清洗，當(dāng)操作者進(jìn)行操作的時候整個部件都被包在箱子里面，操作者可以在箱子外面利用高壓噴槍進(jìn)行清洗，這就把放射性危害減到了最低程度。

容器清洗包括燃料運輸瓶，該運輸瓶用來在英國境內(nèi)的公路和鐵路上運輸核燃料。由低碳鋼制成并在外面涂上了一個高級的環(huán)氧涂料，按照定好的維護計劃，這些涂料要定期被洗掉并重新涂上新的。根據(jù)涂料性質(zhì)的不同，有的需要把壓力升高到1.2×10?Pa才能成功將其清洗干凈。但是在清除最外面冷鱗上的殘余物時，即使用超高的壓力水射流技術(shù)（2.5×10?Pa）也不能成功將其清除。

干燥和潮濕噴砂法在清洗設(shè)備方面具有優(yōu)點，但是它產(chǎn)生的廢物是不能接受的。其他的容器中包含低碳鋼制作的“Magnox”燃料筒，這些燃料筒也被涂上了環(huán)氧涂料，它們用來貯存成磅的核燃料。

涂料會因為腐蝕而變差，在維修或處理前必須先除掉。

進(jìn)行高壓水洗的試驗來決定某個可接受的清洗標(biāo)準(zhǔn)所必需的最佳壓力和流速。在做內(nèi)部清洗試驗時，對于清洗的覆蓋范圍，清洗的效果用一個模擬的容器和一個覆蓋物“作證明覆蓋物”例如“工程藍(lán)”做檢測，從而確保高壓水射流能夠完全覆蓋容器的內(nèi)表面。

另外一個重要的和清洗應(yīng)用就是清洗大量的裝過放射性廢棄物的密封不銹鋼鼓形圓桶，這些垃圾被預(yù)先壓縮在水泥漿里面以便放在鼓形圓桶里做安全處理。為了確保內(nèi)表面沒有沾染上任何放射性污染物，在英國北部的核再加工工廠中安裝了清洗設(shè)備。這個程序完全是自動的，并有機械處理系統(tǒng)來將鼓形桶送進(jìn)一個箱子中，這個箱子里面安裝了靜態(tài)高壓水射流，工作壓力為2.5×10?Pa，并且它的位置擺放能夠保證100%的清洗覆蓋率。

在英國的原子能權(quán)威技術(shù)中心已經(jīng)展開了用高壓水和超高壓水進(jìn)行去除輻射塵的進(jìn)一步研究，包括：

*混凝土和水泥表面輻射塵去除。

*蒸氣發(fā)生重水堆主要電路、不銹鋼管道的輻射塵去除。

高壓水射流清洗和噴頭切割在核工業(yè)中還有很多潛在的應(yīng)用，隨著老的核電站退役，這項技術(shù)的應(yīng)用方面會逐漸擴大和增長。

小結(jié)

為了滿足對更高壓力，更快的工作速度和更安全有效的清洗技術(shù)的需求，清洗附屬工具的發(fā)展也會持續(xù)下去。今后有必要對清洗系統(tǒng)在21世紀(jì)向完全自動化“技術(shù)水平”的體系和程序發(fā)展的傾向進(jìn)行研究。