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提高高压清洗机清洗小直径管道效率的方法与技巧
阅读:          发布日期:2017-09-03
提高高压清洗机清洗小直径管道效率的方法与技巧
在使用管道过程中,由于被输送物质的物理化学作用,会在管道内壁产生高温聚合物、水垢、结焦、沉积物等,使生产能耗物耗增加、土艺流程中断、设备不能正常使用,甚至发生恶性事故。所以定期清理管道就成为生产中的必要土序。




 
  目前,企业主要使用的清洗方法有:人力清洗、机械清洗、化学清洗、高压水射流清洗。其中高压水射流清洗由于清洗效率高、适用范围广、无污染等诸多优点而逐渐成为管道清洗的主要手段。研究人员已经建立了高压水清洗的理论基础,总结出主要参数的计算公式。但是,这些研究都基于射流对象为无限大平面,在管道清洗过程中,受清洗对象呈环形分布和曲率影响,使其和一般的平面清洗有很大的不同,而且随着管道直径的减小,这种特殊性越来越明显,给清洗压力、流量、靶距等主要参数选择带来了一定的困难。针对小直径管道清洗过程中,进行了提高清洗效率的讨论。
  
1、高压水射流清洗
  高压水射流清洗是指以水为土作介质,经高压泵加压产生高压力抵流速水流,经喷嘴转化为低压力、高流速的水射流后,在冲蚀、剥层、水楔等作用下,使污垢从基体表面脱离的过程属于物理清洗的范畴。
 
 1.1水射流结构
  清洗小直径管道时,高压水射流通常为非淹没连续水射流。在喷嘴出口处有一个锥形等速流核心区,射流轴向动压力、流速及密度基本保持不变,称为水射流的初始段。射流继续发展的部分称为基本段,其轴心速度与轴心动压有规律的衰减,而在垂直于轴心的截面上,轴向速度与动压呈高斯曲线关系,该段内射流仍保持完整,具有紧密的内部结构最后,非淹没射流与环境介质完全混合成水滴与空气的混合物或雾化。根据水射流各段的特点,适用于清洗的是基本段。
表面射流基本结构的参数包括射流起始段长度和射流扩展直径。苏联学者根据大量试验数据总结出经验当射流压力较高时射流的长度和雷诺数无关。
  
1.2水射流清洗破坏形式
  水射流的清洗机理是是十分复杂的,当高压水射流打击到管道内壁的污垢时,不仅有正向的冲击作用,而且有切向的冲蚀作用。射流由于扩散射向管道内壁而转化为切向流,这种高速切向流挟带着被剥离下来的垢层物质一起冲刷新露出的结垢表面,增强了清洗效果。所以,清洗过程具有冲击作用、压力作用、空化作用、脉冲负荷疲劳作用、水楔作用、磨削作用等,对污垢产生冲蚀、渗透、剪切、压缩、剥离、破碎等作用,并引起裂纹扩散和水楔等。它们不可能同时起作用,根据污垢的组织结构、力学性能、分布状况及射流工况,其中的一项或几项起主要作用。
  对质地硬脆的污垢,如常见的换热器、蒸发器等内壁附着的水垢,其抗压强度远远大于抗拉强度,因此,在清洗中起主要作用的破坏形式是拉应力破坏。当射流压力足以克服垢层颗粒之间的附着力时,垢层之间产生裂纹,并在后续射流的作用下,迅速扩散、延伸、交汇,使污垢成片从管道内壁剥离下来,达到清洗的目的。对软勃性的污垢,如沥青、润滑油等,主要利用射流力剪切力作用,除去垢层。
  1.3清洗效率
  胶管的沿程损失、喷嘴内部流场能耗等,是影响射流清洗效率的主要方面。但作为小直径管道清洗,高压射流在管道内的利用率是不容忽视的。高压水经喷嘴喷出,当高压水进行平面清洗工作时,射流完全作用在清洗对象上,所以射流的利用率是100%。但清洗管道时,大多数管道没有完全堵塞,故清洗的重点在管壁。射流由于扩散,仅是与内壁互相接触部分有清洗作用,而大量射流在管道内沿轴向运动,清洗作用不明显,最终在消失段成为没有能量的水滴,沿管道流出。
对单喷嘴清洗系统而言,在射流扩散时,当扩散直径>管道直径时,进入有效清洗段;当射流基本段结束时,对管道内壁不产生径向压力和轴向剥离,也就起不到清洗的作用所以,高压水清洗管道内壁时,有效清洗长度为两点之间的部分。可见,此时大量的高压射流消耗,
  所以,在进行管道清洗时,应在喷头圆周上,均布多个喷嘴联合作业。
  2、提高高压水射流清洗效率
高压水射流的清洗参数包括压力和流量的选择、横移速度、靶距和射流冲击角等,合理选择这些参数以及优化它们的组合是提高水射流清洗效率、降低能耗的重要手段之一。
  2.1压力和流量
由流体力学知识可知,提高射流的压力和流量都可以提高射流功率,当二者确定后,可以通过下列关系式计算射流
公式表明:压力和流量虽然和功率都成正比关系,但是二者在清洗过程中对垢物的打击效果有很大区别。压力的大小以能将垢物从基体上剥离为准,当压力足够时,如果想提高清洗速度,就必须提高射流流量。表1中给出了管道清洗时对不同工况的压力和流量选择的经验数据。
  2.2靶距与打击力
对进行分析可知,可以通过增大射流起始段长度延长射流清洗范围(即B点后移增大射流扩散直径尺使有效清洗起点提前(即A点前移),增加有效清洗段长度,提高清洗效率。同时,靠近前端的高压水碰到管道内壁后,由于折射产生水垫,很大程度地缓冲了后端射流的清洗作用,所以,在有效清洗段内存在一个最佳清洗点。为了使清洗时打击力最大,应该使最佳清洗点和射流的最佳靶距重合,射流的最佳靶距和射流打击力通过经验关系在实际工况下,由于受到空气阻力影响,打击力大约相当于0. 85倍。射流压力大,喷嘴直径小时,取较大值,反之,取较小值。
  2.3喷头与喷嘴
  可以确定在最佳靶距处,射流扩展直径与射流压力和喷嘴直径的关系。但通过初步运算,在正常工作参数下,射流的扩展直径无法保证能够清洗到管道内壁,所以,一般情况下应采用多喷嘴联合作业。此时,通过可以计算出每个喷嘴的工作范围,进而确定出喷嘴个数。为了提高清洗效果,也可以使用旋转喷头。对小直径管道,由于工作空间限制了喷头的外形尺寸,所以一般为二维自旋转喷头。清洗时,喷头与高压软管相连,喷头靠自身后喷射流产生的反推力前进,靠射流产生的反向力矩驱动旋转套旋转。这类喷头除了必要的后喷孔以外,还会有前喷孔或者径向喷射孔。后喷孔主要用来产生推进力和排污,径向孔主要用来清洗,旋轮体前喷孔主要用来清堵。
  2.4冲击角与清洗速度
  水射流的冲击角指在清洗平面内,喷头的轴线与被清洗平面法线之间的夹角,通过讨论可知,在其他条件相同时,不同的冲击角使水射流的清洗效果不同。同时,水射流的冲击角还与射流的移动方向有关。当冲击角偏向射流前进方向时,由于清洗过后的水流将携带已被破碎的污垢以一定的速度冲刷待清洗表面,水流在管道壁面反弹后也会加快裂缝的生成和生长,从而增加清洗效果,提高清洗效率。
  实验表明:清洗一般松软油脂污垢时,冲击角一般在17度左右,而对于硬而薄的垢层,冲击角一般在60度—70度之间。清洗速度的快慢以被清洗对象达到要求为依据,以喷头的进给速度为表现形式。进给过快,不能充分发挥水楔的冲蚀剥离作用,清洗效果很难保证,只能通过反复冲洗来达到要求;进给过慢,清洗效率必然不高。扩散角与射流形状水射流的扩散角表征了高压水由喷嘴喷出后,在垂直于射流轴线方向上的扩散程度。扩散角越大,射流越分散,清洗范围增大,但同时射流由于致密性下降而引起打击力下降,对提高清洗效率不利。水射流断面形状是影响清洗效果的另一个重要因素,不同的喷嘴出口形状,可形成不同的射流断面形状如使用标准扇形喷嘴射流断面呈扁平形,使用标准锥形喷嘴时射流断面呈圆形,使用空心锥形喷嘴可以使射流断面呈环形等。

在管道内壁清洗中,为了提高清洗效率,需要根据不同的清洗要求,合理的选择射流断面形状。如果使用单一喷嘴,断面形状以环形最优,如果使用多喷嘴联合作业,断面形状以扁平形最优;如果管道在清洗内壁的同时,还要进行清堵作业,则断面形状以圆形为宜。
对圆形和环形断面的射流,其扩散角在圆周范围内相等,但对于扁平形等非对称断面射流,由于扩散角在垂直方向有最大最小值,为了增大清洗范围,应使较小的角度与清洗的进给方向一致。  

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