高壓水射流技術在石化設備清洗、除銹中的應用

何新民

摘 要：隨著近幾年來高壓水射流技術水平的不斷提高，該技術已經廣泛的應用于工業石化設備的清洗以及除銹應用中。由于高壓水射流技術在實際應用過程中具有低成本、無污染的特點，因此得到了很多工業企業的歡迎。基于此，本文主要針對高壓水射流技術在石化設備中的清洗以及除銹應用情況進行了分析。

關鍵詞：高壓水射流技術 石化設備的清洗和除銹 應用情況

中圖分類號：TE65 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0104-02

近幾十年來，隨著我國工業化水平的不斷提高，高壓水射流技術作為一種用途較廣、技術含量成分較高的新型技術得到了廣泛的應用。該技術主要是通過從一個小口徑孔中噴射出一束高速水產生射流作用來完成石化設備的清洗和除銹目的。

1 高壓水射流技術在石化設備清洗中的具體應用情況

1.1 高壓水射流在對石化設備進行清洗時的主要特點

高壓水射流技術將水作為其發揮作用的主要介質，有效通過射流的作用，將高壓泵、閥以及相關的自控系統等有機的融為一體，利用高壓發生裝置，增強水流的能量，通過采用特定的流體運動方法將水流從小口徑孔噴嘴當中高速噴射出來，以此來產生具有高能量的水流。該技術之所以能夠廣泛的應用于各大領域中，就是因為其具有多種優點，在水固有的性質基礎上，通過高壓水發揮出來的力學作用，產生的清洗以及除銹效果相對比傳統的人工、化學以及機械等各種方法更好，不會對周圍環境造成污染，成本較低，可以大量的節約能源的消耗，對石化設備的腐蝕損傷程度較小，并且實現了自動化與智能化的控制，可以在一些環境惡劣、空間復雜的場合有效完成石化設備的清洗以及除銹作業。此外，對于那些結構相對復雜的石化設備來說，該技術的清洗和除銹效果更為明顯。

1.2 高壓水射流技術清洗的主要作用原理

在物理清洗技術中高壓水射流清洗技術作為一種新型的石化設備清洗技術，能夠按照設備的具體構造情況采取最有效的射流方法，通過高壓水產生的巨大能量進行沖擊，持續穩定的對石化設備進行沖擊清洗，以達到清除污垢的目的。高壓水射流技術主要按照下述原理完成設備清洗工作：當高壓水射流沖洗到石化設備的表面時，由于水流本身速度的大小以及方向都會出現一定程度的變化，因此動量的大小也會隨之改變，這主要是由于射流和石化設備之間產生的相互作用造成的，通過把一部分的動量轉換成作用力傳遞到石化設備的表面上，在水射流對設備表面進行連續穩定的沖擊時，就可以產生沖擊力，以此來除去過去采用化學方法無法有效清除的頑固污垢，例如銹層、油漬、橡膠、混凝土涂層、水垢、微生物污染物以及石膏等物質。

1.3 高壓水射流技術清洗的主要優勢

該技術清洗設備的主要優勢在于下述七個方面：（1）首先在使用高壓水射流技術清洗石化設備時，在壓力等級選擇合適的情況下，對石化設備本身并不會產生損害。（2）其次該技術不會造成污染，而且也不會腐蝕到設備本身：高壓水射流技術主要是將干凈的自來水作為其發揮效用的介質，不會對周圍的環境產生任何的污染破壞，射流在經過高壓設備噴射出去并經過霧化以后還可以有效降低清洗設備粉塵濃度，在清洗完成之后不需要進行進一步處理，是一種非常環保的清洗技術。而且由于自來水當中沒有添加任何化學物質，不會對設備的零部件產生腐蝕。因此相比于化學清洗方法來說，通過該方法不需要在清洗完成后采取相應的防腐蝕措施進行處理。（3）可以對形狀各異、結構相對復雜的石化設備進行有效清洗，并且在清洗的過程中具有自動化以及智能化控制的特點。（4）清洗成本相對較低：高壓水射流技術主要是將清潔的自來水作為介質，通過使用具有較高強度、良好耐磨性的噴頭作為水流噴射的主要槍具，對石化設備造成的磨損可以忽略不計，其產生的綜合成本還沒有達到化學清潔方法的一半，而且該技術主要是進行細射流噴射，每小時所消耗的水量在3～8 m3之間，不需要太大直徑的噴咀，因此該技術方法的清洗成本更加低廉。（5）具有較高的清洗效率：不管是什么類型的結垢物，污垢程度有多嚴重，只要在采用高壓水射流技術的過程中能夠確保水射流參數的合理性，保證壓力等級、水的流量功率以及噴頭的直徑大小都合適，就能夠對石化設備進行高效的清洗[2]。（6）對于其他常規清洗方式來說，如果遇到了清洗空間較為狹小、環境條件較為惡劣的情況，是很難順利完成石化設備的清洗工作的。但是高壓水射流技術由于具有一定的優越性，即使在小口徑大容器設備的內部進行清理時也能發揮出良好的清洗效果。

2 高壓水射流技術在石化設備除銹中的具體應用情況

2.1 高壓水射流技術除銹的主要作用原理

高壓水射流技術對石化設備進行除銹時的主要作用原理為：在銹層的表面通過利用射流具有的打擊力產生水楔作用，進一步擴大銹層出現的裂紋，然后利用水流進行沖刷來完成銹蝕的清除工作。由于該方法主要是濕法除銹，并不會產生粉塵，對環境造成的污染較小，所以已經在石化設備的除銹領域得到了廣泛的應用。

2.2 磨料射流技術

在有效提高石化設備除銹效果的同時，還需要進一步降低高壓系統的壓力等級，這就需要用到磨料射流技術。對于一些比較大型的石化設備來說，由于其很容易受到空氣的氧化作用而出現生銹問題，因此在涂裝工作之前一定要做好除銹工作。一般除銹處理包括兩種情況：一種是對鋼結構件通過人工砂紙打磨的方式進行除銹；另一種是對容器以及球罐等進行無損害檢測，確保焊縫表面的銹垢完全清除。到目前為止，這類型的除銹作業一般都是通過人工砂紙打磨的方法完成的，無法有效的避免輕微火化的問題，所以在除銹范圍內需要通過建設隔離墻來預防隱患，這種方法成本過高，而且處理效果也較差。因此針對上述兩種除銹情況，采用人工手持噴槍進行磨料水射流的方法完成除銹，能夠提高除銹效果，加快除銹速度，降低勞動強度。在采用磨料射流技術的時候主要選擇了石英砂作為磨料，而且磨料水射流技術在鋼制表面進行打擊的過程中并不會出現火花。因此該技術方法的優勢之處主要體現在：采用的射流工況參數相對較低，通常只需要將壓力控制在70 MPa、機組的功率保持在55～110 kW之間即可，但是該方法也存在一定的弊端，在采用該原理進行除銹之前一定要保證磨料是干燥的，而且為了供料時候能夠保持均勻，在砂桶距操作的過程中工作人員需要近距離工作，因此遠距離除銹作業將會受到極大的限制[3]。不過在噴槍上換上磨料噴頭，也可以達到良好的除銹效果。所以對于上述兩種場合的除銹情況，磨料射流技術具有較高的實用性。如下圖1所示為磨料水射流技術的工作原理圖。（如圖1）

2.3 爬壁機器人射流除銹技術

該技術適用于大面積鋼制表面除銹工作。在除銹的過程中需要解決下述三個問題：（1）行走：爬壁機器人在行走的過程中采用雙回路電機進行驅動，該機構可以把機器人的四個行走輪劃分為兩組，確保其能夠進行直線往復運動以及轉向動作。（2）附壁：爬壁機器人主要依靠外來真空實現附壁，確保真空吸力所產生的附壁扭矩比機器人本身的重量大，在機器人拖帶其他物體的時候能夠和真空吸力所產生的摩擦力矩一起構成傾覆力矩，以此來實現良好的附壁功能。通常機器人附壁真空腔都是采用橡膠材料制作而成的。（3）射流：爬壁機器人屬于一種執行機構，主要安裝了超高壓旋轉接頭，并且其噴頭是由四個噴嘴共同構成的。噴嘴射流產生的反沖力能夠形成扭矩，以此來實現噴頭的旋轉運動；而在平板間隙密封的作用下可以讓噴頭進行超高壓自旋轉，提高了旋轉接頭的穩定可靠性。

3 結語

總而言之，高壓水射流技術正在不斷的向著高效率、智能化的方向發展，隨著數字化以及機電一體化研究的不斷深入，該技術的應用前景將會更加光明。該技術的清洗以及除銹技術相比于傳統的化學方法、機械方法以及人工方法來說具有多種優越性，不僅可以對工業企業的石化設備進行有效的清洗和除銹，還在多個領域中得到了廣泛應用，例如近幾年來在水射流原理的基礎上制造而成的新型牙刷以及醫療領域中無刀手術的成功推廣等，都說明高壓水射流技術的高效性，值得我們繼續深入研發和推廣應用。

參考文獻

[1] 楊林，唐川林，張鳳華.高壓水射流技術的發展及應用[J].洗凈術，2004（1）.

[2] 康維.核設施退役水射流去污的職業健康安全[J].清洗世界，2008（4）：18-19.

[3] 陳光明.超高壓水射流切割技術在食品加工中的應用[J].機床與液壓，2008（10）：220-223.

[4] 車翠蓮，黃傳真，朱洪濤，等.磨料水射流拋光技術的研究現狀[J].磨料磨具通訊，2007（11）：8-9.