石化设备高压水射流清洗应用探讨

2019-08-26 05:40伍常青

中国设备工程 2019年15期

伍常青

（安庆石化华成实业公司，安徽安庆 246001）

设备除垢按原理分为化学方法和物理方法两种。顾名思义，化学方法即是利用化学药剂浸泡、冲洗结垢，使二者接触发生反应，最终除去结垢。这种方法需要妥善处理化学药剂的排放问题，以免造成污染。相较而言，利用水射流方法就要环保许多。水射流除垢主要依靠清洁水高速流动产生的打击力，冲击、破碎结垢从而将其除去。而打击力的大小与流量、压力等有密切的联系，需要我们根据不同的工况妥善选择工作参数，以保证除垢、清洗作业高效进行。

1 高压水射流的技术参数与技术指标

“高压水射流”是指通过高压水发生装置将水加压，再通过具有细小孔径的喷射装置转换为高速的微细“水射流”。这种“水射流”具有巨大的打击能量。利用这种高度聚能的水射流用来完成各种清洗作业的技术称为“高压水射流清洗技术”。

水射流的主要技术参数有：压力、流量及功率，三者之间的关系如下：

p=16.67pq

式中，P 为射流功率，W；p 为射流压力，MPa；q 为射流流量，L/min。

式（1）表明，射流的有效功率与射流压力和流量的乘积成线性关系，压力和流量是影响作业的主要参数。对于某一特定作业目标，压力关系到能否完成作业目标，即只有达到了某一特定压力值才能将结垢或杂质从设备上除去，这一压力值又称为门限压力。压力决定能否完成作业，而流量则决定作业的效率高低。在到达门限压力后，流量越大，作业效率越高。压力和流量这两个参数同时影响水射流的工程作业，但彼此不可代偿。即达到门限压力后，不增大流量，只提高压力值非但不能更快地完成作业，还有可能损坏设备；而达不到门限压力，只增大流量，也无法将结垢或杂质去除，更遑论完成作业了。

谈到水射流，就不能不提喷嘴。喷嘴是形成高压水射流的最重要部件之一，因此，喷嘴的选型计算是一项重要而关键的工作。喷嘴的计算公式如下：

式中，d 为喷嘴孔出口截面直径（简称喷嘴直径），mm；q 为射流体积流量，L/min；μ 为喷嘴流量系数；p 为射流压力，MPa；对于嵌入式喷嘴，喷嘴流量系数一般取0.85。

上式是单个喷嘴的计算，若使用多个喷嘴。则应计算喷嘴当量直径，当量直径与各个单独喷嘴直径的关系如下：

式中，de为喷嘴当量直径，mm；dn为喷嘴孔出口截面直径（简称单个喷嘴直径），mm。

多喷嘴情况下单独喷嘴的直径即可通过公式（2）和公式（3）计算得出。值得注意的是，单独喷嘴直径也可以不相同。

如同子弹出膛的后坐力，水射流也有相应的反冲力。有时，过大的反冲力还会造成人员伤亡。因此，必须事先计算出射流反冲力，以合理地安排夹持方法。射流反冲力计算公式如下：

式中，F 为射流反冲力，N；q 为射流流量，L/min；p为射流压力，MPa。

从式（4）中可知，流量的变化对射流反冲力的影响较压力更大。

2 高压水射流清洗设备的选型与应用

高压水射流清洗设备主要包括四部分：高压水发生设备、控制系统、执行机构和辅助系统。高压水发生设备主要有高压泵机组和增压器两种形式，由于增压器相对笨重，因此，对于清洗设备而言，采用高压泵机组的居多。根据驱动机形式的不同一般可分为柴油机高压泵机组（图1）和电动机高压泵机组（图2）。控制系统则包括安装在高压泵机组上的安全阀、调压阀、控制阀及控制柜等。执行机构主要指喷枪（图3）和不同形式的各种喷头（图4 ～7），这一部分也称为水射流附件。辅助系统包括压力表、进给机构、夹持机构等。

高压水射流清洗设备的选型工作主要有两个：一是匹配参数合适的高压水发生装备，二是选择型式合适的执行机构。

高压泵的选型要注意参数匹配，首先应确定清洗目标，明确作业任务。依据施工经验确定作业所需要的压力、流量，在实际操作中依据流出的污垢量，参照表1 逐步调整直至最佳工况。

面对不同的清洗任务，应采用不同的清洗喷头以达到高效作业的目的。市场上有型式各样、用途各异的清洗喷头，可根据需要选用。直径小于25mm 的换热器管束清洗采用固定形式的多孔喷头足以胜任；25 ～100mm 较大直径管道的清洗则需要旋转清洗，此时采用依靠水射流反冲力推动的自旋转喷头即可；若管束或管道的堵塞情况严重，则应使用由气动马达或液压马达驱动的强制旋转喷头；清洗化工容器、反应釜等则多采用三维旋转喷头，简单且高效。表2 和表3 给出了针对典型化工设备清洗的高压水射流清洗参考选择。