空氣爆破清洗技術(shù)

空氣爆破清洗技術(shù)是利用氣動(dòng)彈的特殊氣室結構，將壓縮空氣所儲存的能量瞬間釋放出來(lái)，形成空氣波，使周?chē)橘|(zhì)松動(dòng)、破碎從而達到清洗除垢和清淤的目的?？諝獗瞥讣夹g(shù)對于清洗管道、貯罐、溝槽、水渠、大型石油儲罐等有非常顯著(zhù)的效果，它不僅能在運行過(guò)程中高質(zhì)量地完成清洗工作，并且不污染環(huán)境、節省電力和自然資源。

1.空氣爆破清洗技術(shù)的特點(diǎn)

（1）安全無(wú)污染市政供水、污水處理，運河、水渠排量的恢復一般不允許用化學(xué)清洗的方法進(jìn)行處理，主要是擔心化學(xué)殘留造成二次污染；在野外作業(yè)中，有時(shí)電源和水源很難解決。在這些特殊情況下，若使用空氣爆破除垢就可以避免這些問(wèn)題。

大型石油儲罐、水池、儲槽等裝置的底部所形成的淤泥和沉積物，應用化學(xué)方法處理費用高、污染大。其底部一般具有可燃性氣體或有毒性氣體存在，人工或其他物理清洗危險性大、施工周期長(cháng)?？諝獗魄逑醇夹g(shù)可以在較短的時(shí)間內安全地完成清洗工作。

（2）可實(shí)現連續不停車(chē)清洗空氣爆破清洗技術(shù)是利用氣動(dòng)彈產(chǎn)生沖擊氣流的優(yōu)選方法，從控制氣壓參數就可以在工作過(guò)程中直接控制氣動(dòng)爆破的參數而無(wú)需中斷工作，以實(shí)現連續不停車(chē)清洗。

（3）節水節電、處理費用低，施工周期短空氣爆破清洗技術(shù)一般利用系統內原有的流體作為工作介質(zhì)，無(wú)需另外補充大量水或油，清洗后這些流體經(jīng)過(guò)分離處理之后，可以繼續使用，因清洗時(shí)間短，節水節電效果明顯。

2.空氣焊破清洗技術(shù)工作原理

（1）氣動(dòng)彈結構氣動(dòng)彈含有殼體1（見(jiàn)圖4-39），該殼體被位于其縱向軸線(xiàn)上的活塞2分成進(jìn)氣室3和排氣室4，進(jìn)氣室3通過(guò)供氣管6的供氣孔5與壓縮空氣源連通，供氣管6穿過(guò)活塞2上的軸向孔，并且與活塞組成一環(huán)形間隙7，進(jìn)氣室3通過(guò)環(huán)形間隙7與排氣室4相通。

在活塞2上制有環(huán)形凸肩8，該環(huán)形凸肩在朝向進(jìn)氣室3的一側與殼體1組成一附加氣室9。

活塞上朝向排氣室4的端面10的面積大于活塞2上朝向進(jìn)氣室3的端面11的面積，而小于環(huán)形凸肩上朝向排氣室的端面12的面積。

活塞2在朝向附加氣室9—側的環(huán)形凸肩8內裝有減震裝置。減震裝置使用螺紋把環(huán)形殼13裝在環(huán)形凸肩8內，在環(huán)形殼13內設置帶有支承圓環(huán)15的減震器14，減震器用彈性材料，如聚氨酯制造。

在殼體1的進(jìn)氣室3區段內，至少制有一個(gè)穿透的通路16，在實(shí)施氣動(dòng)彈的具體實(shí)例中，釆用4條穿透通路16，在每一通路16的出口處都設有安全閥。

在殼體1的進(jìn)氣室4區段內在制有與氣動(dòng)彈的軸線(xiàn)成某一夾角的若干排氣孔20，這些通孔保證氣動(dòng)彈在工作過(guò)程中進(jìn)行運動(dòng)。

在位于壓縮空氣供氣一側的殼體1的端面上裝有連接氣動(dòng)彈與壓縮空氣源的接頭21，在接頭21上固定有用來(lái)系結鋼絲繩的圓環(huán)22。氣動(dòng)彈在工作時(shí)可用鋼絲繩加以保險，并且也可利用鋼絲繩將氣動(dòng)彈從管道中拔出。

圖4-39氣動(dòng)彈結構圖

（2）氣動(dòng)彈工作原理壓縮空氣從氣源沿高壓軟管，通過(guò)接頭21、供氣管6和管上的供氣孔5送至進(jìn)氣室3，從進(jìn)氣室3穿過(guò)環(huán)形間隙7，壓縮空氣流至排氣室4，這時(shí)活塞2被作用在其端面11上的空氣壓力壓緊在活塞座上，排氣孔20呈關(guān)閉狀態(tài)。

排氣室在高壓氣源的壓送下迅速充氣，達到一定壓力時(shí)，由于活塞2端面10的面積大于端面11的面積，所以作用在活塞上朝向進(jìn)氣室方向上的力F?=P?A?要大于作用在活塞上朝向排氣室的方向的力F?=P?A?一個(gè)值。該值等于活塞2與殼體1之間的摩擦力，與此同時(shí)活塞就開(kāi)始移向進(jìn)氣室3—側，一旦活塞2離開(kāi)活塞座，壓縮空氣將迅速進(jìn)入活塞與活塞之間的空間，壓力也就擴展至活塞2環(huán)形凸肩8的端面12，這樣壓力作用積就增至面積10和面積12之和，活塞2將立刻移向進(jìn)氣室3—側，同時(shí)，開(kāi)啟了排氣孔20而壓縮空氣從排氣室以“爆發(fā)”的方式突然排向周?chē)慕橘|(zhì)，開(kāi)始清洗工作。

活塞2快速移向進(jìn)氣室3時(shí)，將對殼體1產(chǎn)生沖擊，這個(gè)沖擊力通過(guò)支承圓環(huán)15被減震器14所承受，減震器14被壓縮后，積蓄勢能，然后將這種勢能傳給活塞使其返回初始位置。此時(shí)，排氣孔20立即關(guān)閉，再次充氣。當然，使活塞返回初始位置的動(dòng)力主要還是來(lái)自進(jìn)氣室空氣對活塞2端11的壓力，活塞可以返回都是因為排氣室的壓縮空氣從排氣孔20噴出而得以卸壓。

在附加氣室內保留有不大的背壓，這個(gè)壓力是由安裝在通孔16出口處的安全閥的液體阻力決定的，活塞返回時(shí)安全閥又在外界壓力下開(kāi)啟而吸入少量空氣。

氣動(dòng)彈于是又開(kāi)始下一次的充氣噴射的循環(huán)工作。

應當指出，進(jìn)氣室3內的壓縮空氣的壓力在活塞移向進(jìn)氣室時(shí)升高得并不多，而在活塞2停止后，將迅速降低至供氣管6中的壓縮空氣的壓力，活塞2的開(kāi)啟排氣孔20的動(dòng)作是由壓縮空氣作用到活塞2上環(huán)形凸肩8的端面12和端面10上共同產(chǎn)生的，而活塞2的關(guān)閉動(dòng)作是壓縮空氣作用到活塞2上非常小的端面11的壓力發(fā)生。因此，活塞為關(guān)閉排氣孔20向排氣室一側的運動(dòng)時(shí)間大于活塞開(kāi)啟排氣孔20向進(jìn)氣室一側的運動(dòng)時(shí)間，也正因此排氣室4來(lái)得及幾乎完全得以卸壓，這樣也提高了氣動(dòng)彈的工作效率。

需要強調的是排氣室的壓縮空氣的壓力，是不可能高于進(jìn)氣室一側的壓力。大家可能會(huì )產(chǎn)生這樣的想法，就像自行車(chē)胎打氣一樣不需要很大的力氣就可打足氣，而這里的環(huán)形間隙7就相當于氣門(mén)芯。然而，本氣動(dòng)彈由于活塞2端面10的面積大于端11的面積。因此，根據F=pA，排氣室在沒(méi)有達到進(jìn)氣室的壓力，而比進(jìn)氣室壓力小一個(gè)值就將活塞推向進(jìn)氣室一側從而開(kāi)啟排氣孔20以卸壓，因此排氣室的壓力永遠不會(huì )超過(guò)進(jìn)氣室的壓力。

3.空氣爆破清洗技術(shù)裝備

（1）氣動(dòng)彈的尺寸、工作范圍及爆破能力如表4-12所示。

表4-12氣動(dòng)彈的尺寸、工作范圍及爆破能力

表格P233-234頁(yè)

（2）氣動(dòng)彈配備的動(dòng)力源及耐壓軟管如表4-13所示。

高壓軟管的選用應與氣動(dòng)彈配用的空氣壓縮機壓力相吻合。如空壓機選用壓力2.5MPa，氣流輸送管則也應選用耐壓2.5MPa的高壓軟管。管徑選用直徑在Φ12-16mm的范圍內。

（3）排污設備

a.泥漿抽吸泵：在氣動(dòng)彈清洗工作中，強大的氣流沖起沉積物，擊碎硬質(zhì)垢，在污垢顆粒小于1mm的情況下，選用功率適當的泥漿抽吸泵抽出渾濁泥漿。泥漿抽吸泵適用于沉積淤泥的溝槽、管道、貯罐。

b.螺旋提升器：用氣動(dòng)彈來(lái)清掃工業(yè)管道時(shí)，由于管道用來(lái)輸送物料及廢料，長(cháng)期積累形成硬垢的成分復雜的垢體，常見(jiàn)的有碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽類(lèi)垢。氣動(dòng)彈爆破后垢體會(huì )被擊成小的碎塊，在污垢顆粒大于1mm以上時(shí)選用螺旋提升器抽送被清掃掉的碎垢。

c.PIG清管器：氣彈在清洗管道時(shí)單向有效行程是300m，雙向有效行程是600m，雙向行程清掃600m后取出氣彈，裝入PIG清管器，加壓后將清掃掉的污垢推出。

d.高壓水清洗機：根據清掃管線(xiàn)所承受的壓力，用高壓水清洗機的繞性自進(jìn)槍頭清除氣動(dòng)彈爆破后的污垢，高壓水清洗機可調壓力量高至8MPa。

表4-13氣動(dòng)彈配備的動(dòng)力源及耐壓軟管

表格P234頁(yè)

4.空氣爆破清洗技術(shù)應用

表4-14列出了空氣爆破清洗技術(shù)的應用范圍，其主要功能是：清淤、除垢，破碎。

表4-14空氣爆破清洗技術(shù)應用范圍

表格P234頁(yè)

（1）工業(yè)管道的清洗電站排灰管道，城市地下給排水管道，煤氣、天然氣輸送管道，工業(yè)物料管道等，選用空氣爆破清洗技術(shù)進(jìn)行清洗可以達到節約電能、減少物料消耗、保護環(huán)境、防止污染的目的。

有許多種氣動(dòng)彈型號和空氣壓縮機可供清洗管道選擇使用，其壓力可以從最低2MPa，最小排放功率39kW到最高壓力12MPa、最大排放功率3675kW之間變化，可以有效地清洗直徑70~2000mm的管道。

空氣爆破清洗技術(shù)能清洗管道中各種硬度的沉積物。其清洗工藝是：將氣動(dòng)彈放入所要清洗的管道內。根據垢體的硬度及結垢成分、管道承壓能力計算出氣動(dòng)彈供氣壓力。開(kāi)啟空氣壓縮機使氣動(dòng)彈開(kāi)始在管道內工作。氣動(dòng)彈依靠排氣時(shí)所產(chǎn)生的反作用力沿被清洗面自動(dòng)向前行進(jìn)，運行速度為5?6m/min。氣彈運動(dòng)方向必須是逆管道水流方向向前清洗，這樣有利于被清洗下來(lái)的污垢順流排出。見(jiàn)圖4-40。

氣動(dòng)彈所清洗的管道必須充滿(mǎn)水，釆用這種辦法可以達到均勻地傳播氣動(dòng)彈爆破所產(chǎn)生的沖擊波能量；防止沉淀物及被爆破擊碎的垢體揚起；充滿(mǎn)空氣的水流可以提高水流的運輸能力。

氣動(dòng)彈技術(shù)最初在某冶金企業(yè)進(jìn)行了實(shí)驗，運用上述工藝在很短的時(shí)間清洗了8000m地下排污管線(xiàn)，清洗后排污水能力恢復了原設計要求。

a.該排污管道的有關(guān)參數L=8000m；Φ=325mm；管材為鑄鐵；壁厚20mm；聯(lián)結方式為鑄鐵管每根長(cháng)4.5m，承插式聯(lián)結，聯(lián)結口金屬鉛密封；設計耐壓為0.8MPa；管道每45m有一個(gè)豎井，共有豎井170余口。

b.結構硬度及成分分析沿管道下部約沉積12mm的泥沙、礦渣等混合物，沿管壁四周結有約20mm的灰白色垢體，其硬度為莫氏5?6，主要成分是硅、鈣、鋁、鎂、氧化鐵等其他化合物。

c.氣動(dòng)彈清洗釆用不停水從排污管末端開(kāi)始逐井向前推進(jìn)清洗，各井之間為一清洗段。每段清洗有效時(shí)間為10min，爆破清洗下來(lái)的垢隨水流排出管外。

氣動(dòng)彈清洗單向有效行程為300m；雙向有效行程為600m。

（2）泵站水池的清洗在市政和工業(yè)企業(yè)的泵站蓄水池和取水槽、罐中，通常會(huì )沉淀一層淤泥，淤泥隨著(zhù)時(shí)間的增長(cháng)而硬化，形成很難去除的沉積物。

泵站水池中布滿(mǎn)沉積物導致泵的進(jìn)水管入口處液體運動(dòng)速度加快，會(huì )很快導致空穴現象的產(chǎn)生。

用在液體中產(chǎn)生強大沖擊波的氣動(dòng)彈清洗泵站水池，沖擊波可以把沉積物變疏松并擊成很小的碎塊。

氣動(dòng)彈清洗后除掉的硬質(zhì)沉淀物和泥漿用排污泵抽出排放，清洗時(shí)根據水池的形狀來(lái)確定清洗線(xiàn)路，如長(cháng)方形池按長(cháng)線(xiàn)路排列進(jìn)行，圓形池沿周邊同心圓清洗。

氣動(dòng)彈及空氣壓縮機的選型是根據沉積物的厚度而定。在清洗農業(yè)提罐站水池時(shí)可采用不停車(chē)清洗，泥漿同水混合稀釋后，由泵站水泵抽岀輸向用水池。水池設施有低點(diǎn)排污口，泥漿水可直接從排污口排岀。這種情況下，水池應停止正常蓄水，清洗完畢再啟用，見(jiàn)圖4-41。

圖4-41泵站水池的清洗圖4-42流槽、水池的清洗

圖片P236頁(yè)

（3）流槽、水池的清洗把氣動(dòng)彈置于流槽、水道中逆水行進(jìn)，使氣動(dòng)彈沿被清洗表面運動(dòng)。清洗時(shí)流槽、水道中必須有足夠深的水，一般水深以埋過(guò)氣彈500mm為宜，但最少不能小于300mm。這樣要求的目的是防止清洗時(shí)污泥垢體被炸出槽道，見(jiàn)圖4-42。

清洗流槽、水道會(huì )受長(cháng)度限制，壓縮機用車(chē)載式，隨著(zhù)氣動(dòng)彈向前運動(dòng)。根據流槽及水道的斷面面積、建筑材料及修建工藝構造來(lái)選擇氣動(dòng)彈和壓縮機氣壓等參數。氣動(dòng)彈清洗流槽、水道可以完全排斥手工勞動(dòng)并實(shí)現不停車(chē)連續作業(yè)。

（4）工業(yè)原料槽的清洗空氣爆破清洗工藝能除去燒結廠(chǎng)、有色或黑色冶煉廠(chǎng)、選礦廠(chǎng)、選煤廠(chǎng)供應槽和貯存槽四壁上的塊狀物質(zhì)和凝結的物質(zhì)。

采用不同規程噴氣孔的氣動(dòng)彈進(jìn)行爆破清洗。首先選用前面帶噴氣孔的氣動(dòng)彈，在塊狀物質(zhì)上炸開(kāi)一條通道，噴氣能量從氣動(dòng)彈前方發(fā)出，然后選用側面帶排氣孔的氣動(dòng)彈，放入前面氣動(dòng)彈爆破后形成的通道內，向兩邊及四周施放爆破空氣將凝結物質(zhì)炸成碎塊。

鋼鐵廠(chǎng)燒結車(chē)間將精礦粉燒結成大塊，然后再破碎成有規格的小塊入爐冶煉，以往的破碎多數釆用人工方法去敲擊，耗時(shí)費力，碎塊大小不好掌握，利用氣動(dòng)彈技術(shù)破碎就簡(jiǎn)單多了。首先，要詳細了解出燒結塊的硬度和入爐料塊的規格，然后計算出所需要爆破的能量，選擇好氣彈型號及空氣壓縮機產(chǎn)氣壓力，氣彈爆破后會(huì )岀現理想的破碎效果，碎塊基本上大小均勻。這項技術(shù)，在國外某冶煉廠(chǎng)燒結車(chē)間實(shí)驗中取得了很好的效果。

（5）核廢液儲罐的清洗核設施終止服役后，所有設備面臨去污問(wèn)題，這些設備中有很大一部分存儲帶有放射性的廢水。廢水長(cháng)年積存，在罐底部淤積了大量的沉積物，這些沉淀物放射劑量一般較高，清淤工作不能靠人工進(jìn)行，那么最好的辦法是釆用氣動(dòng)彈清淤。

首先把多余的廢水處理掉，留下氣動(dòng)彈工藝要求的覆蓋水量，利用氣動(dòng)彈的爆破能量，炸起沉積物，使水同沉積物混為泥漿，再用泥漿泵抽出罐外固化處理。施工是在有安全保護條件下進(jìn)行的，整個(gè)清淤過(guò)程都不需要人員進(jìn)入罐內。

清洗時(shí)氣動(dòng)彈選用大功率的108mm及B108mm兩種彈頭，一般槽車(chē)直徑大于2m，石油儲罐大多數直徑在20m左右。選用大功率彈頭可以提高清洗效率?？諝鈮嚎s機同氣動(dòng)彈應配套使用。

（6）原油儲罐、運輸罐車(chē)的清洗隨著(zhù)使用年限的增加，原油儲罐底部沉積有大量的泥沙、無(wú)機鹽、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)等物質(zhì)，俗稱(chēng)“油渣”。這些油渣堆積高度有300?500mm，體積有800?4000m3，例如挪威ESSOTensberg公司10.5×10?m3原油儲罐中，油渣體積為4000m3；德國SHELLKoln—Godorf公司10.5X10?m3原油儲罐中，油渣體積為3800m3。油渣的存在有以下危害：

a.減少了儲罐的有效貯存體積，使原油貯存量下降；

b.影響輸出原油品質(zhì)；

c.增加對罐體的腐蝕；

d.油渣變硬后，增加檢修清理的難度。

因此，有必要定期對原油儲罐進(jìn)行清洗，以清除罐底的油渣（圖4-43）。按規定原油儲罐一般要求每隔4?6年必須進(jìn)行一次清理、檢修。清洗質(zhì)量一般要求為：原油回收率>90%；油渣清除率>90%；清洗無(wú)腐蝕，對環(huán)境污染影響??；不破壞儲罐內設施。

傳統原油儲罐的清洗方法，主要是靠人工清理和化學(xué)方法相結合，這類(lèi)方法不能實(shí)現油水分離，無(wú)法回收油渣中的原油成分；清理過(guò)程需水量大，污水排放量高，對環(huán)境污染較大；勞動(dòng)強度大，并且不安全；施工工期長(cháng)，清洗費用高。

采用其他物理方法清洗，其要求清洗設備龐大且復雜，施工工期長(cháng)，清洗費用高。例如，利用壓力油或水清洗一個(gè)9X10?m3的油罐，一般需要42d時(shí)間。

用氣動(dòng)彈清洗原油儲罐和油品運輸槽車(chē)內的沉積物、油渣具有快速、高效、安全、污染性小等的特點(diǎn)，是目前罐體清洗中最有效的方法。

氣動(dòng)彈清洗可以把油泥及硬質(zhì)沉積物固相和液相，變成同值的油泥漿。如果有黏度很大的沉積物（焦油，碳氫類(lèi)化合物），可以釆用在沉積物上加灑一層稀溶劑（如原油），添加比例為10：1（沉積物總體積的10%），稀溶后再用氣彈爆破清洗，罐槽內的油泥、稀溶劑、沉淀硬質(zhì)垢在氣彈爆破清洗的作用下形成同質(zhì)液體油泥漿從罐槽低點(diǎn)排污口排出，無(wú)低點(diǎn)排污口可用泵抽出。然后進(jìn)行油、渣、水分離處理并循環(huán)再利用。

值得指出的是清洗原油儲罐時(shí)，所用的氣源應為氮氣。清洗時(shí)氣動(dòng)彈選用大功率的108mm及B108mm兩種彈頭。

圖4-43儲罐清洗