水清洗系統的附件及應用詳解

簡(jiǎn)介

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

有以下兩種方式可供選擇：

*使用彈性軟管：這對于機動(dòng)清洗系統很關(guān)鍵；

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

彈性軟管及其接頭

現在市面上有許多各種規格的軟管。從安全與實(shí)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(huì )造成軟管過(guò)度磨損。方便起見(jiàn)，本章將主要講解應用于低壓、中壓和高壓清洗系統中的軟管所提供信息僅供參考之用。在實(shí)際選擇針對每種用途的合適的軟管及其接頭時(shí)，用戶(hù)應與供應商商議后再購買(mǎi)，因為需要考慮當地的有關(guān)安全因素方面的規章和條件。相關(guān)的英國和國際標準請參照表5-20。

表5-20彈性橡膠和塑料的水力軟管：國內和國際標準

表格P328頁(yè)

在選擇軟管及其接頭時(shí)，應當考慮以下幾點(diǎn)因素：

*液體兼容性所有材質(zhì)應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說(shuō)明了產(chǎn)品的清洗任務(wù)，并在數據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，一般用最小破裂壓強乘以0.4得到正確的最大工作壓強，除非當前國家安全規章中規定使用不同的因子。溫度范圍一包括內部和外部的溫度

*軟管的直徑這一參數取決于流速，軟管直徑的選取要折中幾個(gè)因素，即保持合理的壓降（Δp），達到一定的流速，以及大直徑軟管的成本/重量比值。（參見(jiàn)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(yè)

圖中粗線(xiàn)與軟管的管口直徑有關(guān)。

以下是軟管裝配的四個(gè)主要部分：

①與所使用液體相兼容的內部襯套。通常由合成防油橡膠生產(chǎn)，專(zhuān)門(mén)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。通常由強負荷的、防油、抗侵蝕和磨損的人工合成橡膠材料制成，有時(shí)還會(huì )用到聚亞安酯。

④相關(guān)接頭。要符合國家標準。

以下所列不同規格的軟管是應用于低壓、中壓和高壓水清洗的典型例子。

1.低壓清洗系統

典型規格：SAE100R3BS4749型號1ISO4079型號3

構造：內部管道由抗油、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"）名義內徑—6.9×10?Pa（1000psi）

19.0mm（3/4"）名義內徑一5.2×10?Pa（750psi）

25.0mm（1"）名義內3.9×10?Pa（565psi）

31.5mm（11/4"）名義內2.6×10?Pa（375psi）

2.下水道清洗噴頭

這是一個(gè)特殊的裝置，考慮到操作時(shí)需要的長(cháng)度（長(cháng)度可達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(lèi)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格應包含：

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，并且短期內可承受110°C

最大工作壓強（中等壓強裝置）

13.0mm（1/2"）名義內徑一2×10?Pa（2900psi）

19.0mm（3/4"）名義內徑一1.7×10?Pa（2465psi）

25.0mm（1"）名義內徑一2×10?Pa（2900psi）

31.5mm（11/4"）名義內徑一2×10?Pa（2900psi）

3.中等壓強清洗系統

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

例如：

規格DIN200222SN

構造：

內管：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4×10?Pa（6000psi）

13.0mm（1/2"）名義內2.75×10?Pa（3990psi）

19.0mm（3/4"）名義內2.15×10?Pa（3120psi）

25.0mm（1"）名義內1.65×10?Pa（2395psi）

4.高壓清洗系統

壓強在7.5×10?Pa以上，內徑大于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(chēng)作“Waterblast2”的軟管，專(zhuān)門(mén)用于高壓清洗系統，被水噴頭建造者廣泛使用。詳情見(jiàn)表5-21。

“Waterblast2”的規格與操作建議

規格要求：

平滑無(wú)縫的聚合體襯套和外皮，四條高彈性的鋼絲螺旋盤(pán)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接受為一項國際標準）；

*絕緣防火外皮；

*工作壓強高于1.8×10?Pa（26OOOpsi）；

*NPT，BSP和DKO規格的接頭。

操作建議：

①使用時(shí)，如果工作壓強超過(guò)軟管最大工作壓強，就會(huì )導致軟管加固物超負荷，并會(huì )導致軟管過(guò)早地出現故障。脈動(dòng)壓強將對軟管產(chǎn)生相同的效果，會(huì )減短軟管壽命，在這種情況下，可以用減震裝置來(lái)減少這種危害。

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

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

④接頭被錨在軟管上以抵抗來(lái)自管內的壓力，沒(méi)有其他用途。雖然在注水操作中，用它連接幾段長(cháng)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(huì )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。通常要避免拉力負荷，但實(shí)際中任何在軟管末端增加負荷的設計安排都應該與制造商進(jìn)行商議。

⑤由撞擊或變形引起的物理?yè)p害會(huì )扭曲金屬絲加固物并最終導致軟管出現故障。外皮損害引起的加固物暴露會(huì )使水滲入并腐蝕金屬絲。被損害的軟管具有潛在的危險，應及時(shí)更換。

備注：歐盟內現行水壓測試認證是強制性的。

5.水力軟管接頭

接頭生產(chǎn)標準與軟管的標準一樣，并作為軟管組裝的一部分經(jīng)過(guò)“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，并且通常被設計為旋轉接頭。這些都需要特殊的設備和做鍛設施，并有生產(chǎn)商提供的說(shuō)明書(shū)。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(lèi)型。

表5-22軟管接頭的類(lèi)型

（英國液體動(dòng)力學(xué)會(huì )提供）

表格P332頁(yè)

此類(lèi)裝配有兩個(gè)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(yáng)或陰螺紋安裝到軟管的內部，并可以固定或旋轉用來(lái)與另一條軟管或剛性接頭相連。

根據工作壓強的不同，用來(lái)密封結合點(diǎn)的方法有錐形螺紋或平行螺紋，對低壓和中壓系統，還可能與PTFE膠帶和圓錐或DIN（德國）標準接頭聯(lián)用，對高壓系統，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(zhuān)門(mén)用來(lái)清洗用于熱交換器、冷凝器或類(lèi)似的車(chē)間設備中的小口徑管道。這些小口徑管道內經(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(shí)被稱(chēng)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(gè)在4×10?Pa壓強下用于噴射切割的特殊設計。

7.半彈性清洗噴槍

有時(shí)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(shí)，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(huì )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(chē)上螺紋，以使之能夠與微型清洗噴嘴相連（類(lèi)似于彈性軟管上面所使用的），另一端與一個(gè)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(dòng)結合可以很好地清洗本來(lái)難以清洗的管子。

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

典型規格：

O.D.Wall最大測試壓強爆破壓強

軟管規格和標準的總結見(jiàn)表5-23。

表5-23高壓軟管標準和工作壓強總結表

表格P333頁(yè)

提示：由于不斷更新，應該參考采用最新的標準。表5-24列出了一些國內和國際提供標準組織。

表5-24—些國家和國際標準組織

剛性管裝置

大多數永久性高壓水清洗系統都是利用剛性管來(lái)使高壓水分散到有關(guān)設備的周?chē)?。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。這對一些把衛生和清潔看得極為重要的地區顯得特別重要，例如制藥、精良化學(xué)藥品、食物和飲料的加工場(chǎng)所。不過(guò)，還是有很多含碳鋼管設備。

1.管子的規格和設計標準

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

圖5-42管道和軟管的尺寸列線(xiàn)圖

圖片P334頁(yè)

注：設計高壓水硬管清洗系統需要進(jìn)行復雜的計算機計算，并要涉及到一些當地的因素和標準。這些計算必須由那些認證設計工程師來(lái)完成，以確保能得到一個(gè)安全的設備。彎管、閥門(mén)及其他配件都會(huì )將增大壓降和流速。

英國高壓管道系統設計規范通?；贐S806標準，或者是同等的ASME或DIN標準。不過(guò)，歐盟于1999年11月29日實(shí)施了一個(gè)新的有關(guān)壓力設備的歐盟指導，即壓力設備指導（PED），該指導協(xié)調了歐盟各成員國的現有標準。新的指導涵蓋下列項目：壓力容器，管子，閥門(mén)和其他附件（設計壓力大于5×10?Pa）。按計劃，該指導在2002年5月29日全部生效，并具有法律效應，必須服從。

由于成本原因，用硬管是不切實(shí)際的，倘若總長(cháng)度不是太長(cháng)的話(huà)，可以考慮利用高壓軟管，大約50?80m長(cháng)。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。軟管可以放在設備托盤(pán)上，并要考慮到軟管的“可撓性”和長(cháng)度變化。當工作壓力大于4×10?Pa時(shí)，軟管的壁厚和材料成本就會(huì )顯著(zhù)上升。

例子：水流速19.11L/min，轉速3.6m/s。那么恰當的管口直徑為10.54mm。范圍A涉及到抽吸和返回線(xiàn)路中水流的推薦速度；范圍B輸送線(xiàn)路中的水流速度。

2.管道天氣保護

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

3.快速液壓接頭

在許多高壓水清洗設備中，在不同的地方使用各式各樣的配件，這時(shí)就需要比較短的軟管。此時(shí)，使用快速液壓接頭有顯著(zhù)好處，快速液壓接頭可以自密封，而且當管線(xiàn)受壓時(shí)，接頭不會(huì )被連上或者斷開(kāi)。接頭安裝在管線(xiàn)的關(guān)鍵位置上，并有隔離球閥門(mén)，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(lái)最有趣的一些發(fā)展就是清洗系統配件的設計。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

清洗用途噴頭設計的基本原理可以從水力學(xué)和流體流動(dòng)定律中找到，牛頓（1643年）和伯努利（1700年）曾對此做過(guò)闡述。但是他們因為實(shí)驗條件的限制，沒(méi)有辦法做以音速甚至超過(guò)音速流動(dòng)的高壓水的試驗。例如在2.5×10?Pa的壓力下，噴頭水速可達2415km/h。噴頭把水泵里的高壓水的壓力能量轉變成動(dòng)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(lái)的水的射流反作用力的基本公式是從牛頓第二運動(dòng)定律導出的。牛頓第二運動(dòng)定律指出物體的動(dòng)量的變化率跟它所受的力成正比，這里動(dòng)量的定義是質(zhì)量乘以速度。

這個(gè)公式可以寫(xiě)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(lái)表達質(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（噴頭流水的真實(shí)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(shí)際流量要小于噴頭理論流量。

優(yōu)質(zhì)圓形噴頭：Cd=約0.9—相當于81%的效率

扇形噴嘴和多個(gè)噴嘴的噴頭：Cd=約0.7—相當于49%的效率

公式就變?yōu)椋篎=Cd×6174×Q×P（N）

牛頓第二運動(dòng)定律也適用于計算向一個(gè)平面噴水產(chǎn)生的效果，此時(shí)向前的動(dòng)量完全消失了。因此當噴頭跟被清洗表面的距離足夠近時(shí)，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(lái)的瞬時(shí)沖擊壓可以根據上面的方法計算出來(lái)。如，沖擊壓=沖擊力/水柱的面積。為了擴展這個(gè)理論，我們需要做一些假設。

假設1

水柱的橫截面積隨著(zhù)離噴頭的距離的增加而上升，但我們認為水柱保持穩定的話(huà)，水柱的沖擊力沒(méi)有損失。這個(gè)假設可以用以下方式來(lái)量化：

水柱噴出0.5m，水柱的橫截面積會(huì )變?yōu)槠鋭傠x開(kāi)噴頭時(shí)初始面積的1.5倍。相同的沖擊力，橫截面積變大，據此可以求出0.5m處的沖擊壓。

假設2

一旦水柱開(kāi)始散開(kāi)，水柱的橫截面積就會(huì )增加，并且總的沖擊力也會(huì )下降。這兩個(gè)效果的關(guān)系可以用一個(gè)負平方關(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(gè)噴頭的水流的性能可以用下式來(lái)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。

制造噴頭所用的材料的選擇十分重要。腐蝕最終會(huì )使噴嘴的有效直徑變大且破壞其表面涂層。這兩個(gè)因素都會(huì )使得流出系數（Cd）減小。由于清洗效果跟流出系數的平方成正比，所以上述因素可能會(huì )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(zhù)水離開(kāi)噴頭，水柱開(kāi)始分裂，從而導致動(dòng)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(zhù)明顯的不同，故而現在噴頭的設計多種多樣，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(jiàn)的材料，但是利用其他更貴的材料如硬質(zhì)合金可能會(huì )比硬化不銹鋼有更好的性?xún)r(jià)比，這一點(diǎn)在超高壓水條件下尤其明顯。

（2）提高噴頭和清洗性能

通過(guò)實(shí)驗室試驗，人們已經(jīng)證明有高達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(shí)際設計和構造外，影響能量損失的另一個(gè)主要的因素就是液體自身的實(shí)際流動(dòng)。液體的湍流是造成能量損失的一個(gè)主要原因，一個(gè)簡(jiǎn)單的補救辦法就是在噴頭內安裝一個(gè)流體調直器。在滿(mǎn)足操作限制的前提下，應當盡量減小噴頭到工作表面的距離，因為距離越長(cháng)噴出的水流越容易分裂?，F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(cháng)鏈聚合物”。該方法使得清洗性能得到顯著(zhù)提高，調查表明主要是因為以下原因：

①?lài)娮旌蛙浌軆缺砻媾c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(shí)沖擊力也變大了。在弗吉尼亞的一個(gè)石油精煉廠(chǎng)進(jìn)行的試驗表明，加入長(cháng)鏈聚合物助劑后，管道清洗時(shí)間可以減少30%?35%。液態(tài)聚合物價(jià)格是0.024$/L，整個(gè)清洗消耗聚合物總成本為300$，這個(gè)成本可以從減少清洗和工廠(chǎng)停產(chǎn)時(shí)間中得到更多的補償。

（3）空泡能量

在第二節中，已經(jīng)對“空泡”產(chǎn)生能量的現象進(jìn)行了討論，并闡述了其對高壓水泵的損害，而且該現象是1972年英國考文垂“國際噴頭切割會(huì )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(shí)驗室的實(shí)驗證明這種能量可以被控制，并且可以用來(lái)提高水力的清洗性能。當這些小氣泡破裂，氣泡周?chē)乃M(jìn)入氣泡時(shí)，會(huì )在小面積上產(chǎn)生非常高的壓力（這實(shí)際就是“空泡”效果）。利用一種特殊設計的噴頭可以實(shí)現這種現象，需要在噴頭的中間安裝一個(gè)小探針。隨著(zhù)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，從而導致了空泡效應。雖然目前將該技術(shù)用于高壓水清洗有很多優(yōu)點(diǎn)，尤其是用于清除船體海面增生物和污垢。但是，最成功的應用還是用它來(lái)切割很堅硬的物體如巖石。

（4）脈動(dòng)和間斷流

劍橋大學(xué)的研究者們對利用脈動(dòng)和間斷流來(lái)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(huì )議及"雨水腐蝕會(huì )議”上發(fā)表了幾篇論文。簡(jiǎn)而言之，管子或軟管中液體的間斷流會(huì )產(chǎn)生速度很高的“子彈”，要比連續穩定的流體流速快3倍。這個(gè)效果類(lèi)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(diǎn)已經(jīng)在實(shí)際應用中體現出來(lái)了，尤其是在管子、管道和下水道的清洗中得到廣泛應用。

可以用以下幾種方式來(lái)獲得間斷流：

①利用一個(gè)活塞式水泵的不規則運動(dòng)，包括讓水從一個(gè)汽缸在循環(huán)的過(guò)程。在利用這個(gè)方法以前建議先去跟供應商或制造商咨詢(xún)一下。

②利用一個(gè)活塞式水泵，小型受液器和安全閥。從水泵出來(lái)的穩定水流在軟管的末端會(huì )被一個(gè)與小型受液器相連的自動(dòng)開(kāi)關(guān)阻斷，當水壓高到安全閥的設定值時(shí)安全閥就會(huì )打開(kāi)。安全閥的開(kāi)關(guān)跟積蓄池的水壓曲線(xiàn)的變化相協(xié)調。通過(guò)調整安全閥可以改變脈動(dòng)的循環(huán)從而為各種特殊的應用創(chuàng )造最適宜的循環(huán)壓力。

③一個(gè)圓筒，慢運動(dòng)、往復式水泵，比如第三節中描述的那種“快速?lài)娏鳌彼谩?/span>

2.噴頭的選擇

為每種特定的應用選擇最合適的噴頭：

①根據以往的經(jīng)驗或實(shí)驗來(lái)決定清洗特殊的沉積物需要的壓力和液體。

②根據表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(shí)候，還要考慮安裝噴頭的個(gè)數，例如噴槍可能只有一個(gè)噴頭，而一個(gè)油罐清洗頭則有2或4個(gè)噴頭，并且噴頭數隨著(zhù)總液體流量增加而增多。

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

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

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

3級區域：包括噴頭反作用力在250N以上的所有的操作情況，這時(shí)所有的噴射設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(cháng)的擴展噴槍。

a.為了噴頭計算，必須考慮壓降，以便從配件上讀數據時(shí)得到真實(shí)的壓強。

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

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(yè)

噴槍噴頭：用實(shí)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噴頭（圖5-43），該噴頭安裝在噴槍的末端。這種設備跟傳統噴頭相比，其工作速度明顯提高了。

圖5-43高速旋轉噴頭

圖片P338頁(yè)

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、半剛性噴槍以及標準的12mm和25mm口徑軟管。目前有很多種噴頭設計，要選擇何種噴頭，需要根據沉積物類(lèi)型和管子或管道的情況來(lái)選擇。圖5-44是一個(gè)特殊的清洗噴頭設計，需要穿過(guò)口徑僅為25mm而且半徑為60mm的彎管。

噴頭大致有四類(lèi)：

a.排水管和下水道清洗噴頭。這種應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(jiàn)圖5-45。那兩個(gè)扁平狀的噴頭被稱(chēng)為“犁”。因為它們自身的重量，它們可以在下水道的底部移動(dòng)，利用高壓水流使較松的沉積物移動(dòng)，然后利用常規的抽吸裝置清洗掉。

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(lèi)似的堅硬沉積物，這些東西需要高達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(gè)朝后的聯(lián)合噴頭，可以利用水泵大約80%的有效動(dòng)力來(lái)推進(jìn)噴頭向前運動(dòng)并清除掉比較柔軟的沉積物，洗掉松動(dòng)的殘余物。向前的那個(gè)有右側角度的噴頭是在水泵的滿(mǎn)功率下運轉，壓強高達4×10?Pa，負責切割掉堅硬的沉積物和其他牢固的侵入物，這些都是多數下水道清洗面臨的主要問(wèn)題。噴頭清洗性能的切換是利用一個(gè)壓力敏感閥自動(dòng)完成的。對那些更加堅硬和更難清洗的沉積物利用URACADFK800旋轉噴頭在8×10?Pa的高壓下清洗，這個(gè)噴頭帶有一套組合噴嘴和一個(gè)有中心控制閘的右側角度噴頭。

清洗的應用及其附屬工具

如表5-26所示，清洗的應用主要可以分為三大類(lèi)：

①表面清洗。

②地下管道、輸送管及下水道的清洗。

③水箱及容器內表面的清洗。

表5-26內部清洗系統應用及技術(shù)

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1.外表面的清洗

（1）噴槍

噴槍是目前世界上應用最廣泛的清洗工具。它由一個(gè)操作者控制，噴槍后面連有一根軟管來(lái)提供高壓水。噴槍有多種設計，根據實(shí)際應用中的壓力、成本及需要的安全設施來(lái)選擇所需的類(lèi)型。不同噴槍的特點(diǎn)不同，從只有一個(gè)自動(dòng)防故障扳機的基本模型到有自動(dòng)卸載設備的復雜設計，變化范圍很大。其實(shí)在每一種設計里面，有一點(diǎn)本質(zhì)是不會(huì )變的，那就是操作者一直掌握對高壓水供給的絕對控制權。

下面從更多的細節方面來(lái)考慮對不同設計的選擇：

a.帶有一頭封死的卸載閥的基本自動(dòng)防故障扳機

在這種情況下，噴槍上的那個(gè)扳機可以通過(guò)調節閥門(mén)來(lái)關(guān)閉和打開(kāi)高壓水的供給。一旦關(guān)閉了，軟管中水的壓力會(huì )逐漸上升，當達到一個(gè)臨界值時(shí)，泵上的一個(gè)由彈簧控制的安全閥就會(huì )打開(kāi)并將水引入到抽吸線(xiàn)路上。

雖然這個(gè)裝置簡(jiǎn)單并且實(shí)用，但也有一些缺點(diǎn)：

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(shí)，這幾秒鐘時(shí)間也會(huì )異常重要。

②抽絲現象導致了卸載閥機座的過(guò)度磨損和破裂。

b.帶有傾瀉閥的基本自動(dòng)防故障扳機

這是一種相對比較簡(jiǎn)單和安全的設計。在這種設計中，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(guò)，這樣將浪費大量的水。

一般說(shuō)來(lái)，對于如低于3×10?Pa以及不常使用的清洗系統，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(kāi)發(fā)出了更加可靠、安全的組裝和卸除噴槍的方法。

噴槍?zhuān)簣D5-46就是一個(gè)典型噴槍的例子。

圖5-46裝有遠距控制配件的噴槍

（URACAPumpenfabrik提供）

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C.噴槍安裝的遙控裝置

這個(gè)裝置包括一個(gè)由觸發(fā)器控制的“本質(zhì)上安全”的感應開(kāi)關(guān)。當觸發(fā)器打開(kāi)時(shí)，一個(gè)低壓微流的電信號就通過(guò)導線(xiàn)傳到泵上的電液卸載閥，此時(shí)閥門(mén)就馬上打開(kāi)讓高壓水以低壓水的形式排到水泵的抽吸線(xiàn)或水箱中。跟這個(gè)類(lèi)似的設計經(jīng)常使用。另外，現在一些最新的噴槍設計都有一個(gè)電液穩定中斷閥和一個(gè)更長(cháng)的觸發(fā)器。這樣能使操作者更加容易控制并減少了開(kāi)關(guān)閥門(mén)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(chǎng)跑道，尤其是飛機的輪胎開(kāi)始接觸地面剎車(chē)的地方。這個(gè)作用將導致一層橡膠陷入跑道的表面，加上平時(shí)的風(fēng)吹雨打，這對飛機構成的重大威脅。同樣地，停機坪上溢落的飛機燃料會(huì )造成飛機打滑。圖5-47所示設備中包括旋轉的成角狀的高壓水噴嘴和一個(gè)容量罩，在這個(gè)例子中，所示裝置是手動(dòng)的。在機場(chǎng)跑道的清洗中，所用裝置與此設計思想相同，只不過(guò)里面有兩個(gè)旋轉設備，作用面積更大，可覆蓋大約2m2的面積。通常將這種清洗設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(gè)8000L的水箱中，該水箱帶有一個(gè)真空裝置用來(lái)推動(dòng)水的移動(dòng)并且把水引入一個(gè)體積一樣的另一個(gè)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(chǎng)的標配，從中國的首都機場(chǎng)到倫敦的Gatwick機場(chǎng)，都有這種設備。不單單是機場(chǎng)，該技術(shù)還適用于石油精煉廠(chǎng)，石化工廠(chǎng)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(shí)間就會(huì )造成危險。在委內瑞拉，有一條臭名昭著(zhù)的路，在過(guò)去的十年內就因為車(chē)禍造成了很多死亡，原因就是路面有石油沉積物。委內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裝有高壓旋轉噴頭的地板清洗機

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

（1）管子（pipe）和導管（tube）

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

根據不同應用的特殊性，我們得出以下結論：

①壓力和水流速度。這個(gè)我們可以通過(guò)反復試驗或者特殊實(shí)驗得到。多數管子、排水溝和下水道的清洗裝置都是裝載在車(chē)輛上或有拖車(chē)拉動(dòng)的，與電動(dòng)固定速度相比，這種裝置通過(guò)改變汽車(chē)引擎速度和水流速度可獲得更大的靈活性。

②一般來(lái)說(shuō)，要根據所清洗的管子或導管的尺寸來(lái)選擇使用微型彈性噴頭或標準軟管，同時(shí)還要考慮到工作壓強。注：選擇合適的工作壓力時(shí)，要考慮壓力差和水流速度，故而軟管的長(cháng)度要保持一個(gè)最小值。

③依照清洗的類(lèi)型，沉淀的狀況和軟管的直徑來(lái)選擇相應的噴頭。這些噴頭的構造設計以及孔的直徑大小如圖5-48所示，這是根據作用力表計算得出的結果，參見(jiàn)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)入到管子或者導管中。一般都需要使用多種噴頭才能達到清洗目的。

⑤當使用小口徑軟管清洗大口徑管道時(shí)，要注意避免噴頭發(fā)生180°的旋轉以至傷害操作者。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導管中拉出，要在噴嘴后約500mm處做一個(gè)不可去除的標志，或者安裝專(zhuān)門(mén)端殼包住噴頭，從而讓軟管正常工作。

標準式

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(dòng)被拉入管子的

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非排斥噴頭對清洗沉淀物有效果最好

同時(shí)還適于清洗濾筒

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圖5-48不同樣式的噴頭

⑦為了安全和健康起見(jiàn)，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(gè)站在安全距離以外的另一操作者控制的安全閥。第二個(gè)操作者的職責就是根據清洗員的需要或發(fā)生緊急情況時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉安全閥。

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

圖5-49腳控的水泵閥

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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(dòng)腳控制閥。這個(gè)作用機理跟噴槍的設計很相似，噴槍中就有一個(gè)腳踩閥來(lái)操作感應開(kāi)關(guān)，腳踩閥會(huì )對泵上的卸載閥發(fā)出一個(gè)指令，從而讓水立刻以低壓的形式排泄到抽吸線(xiàn)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(lèi)似。但是，因為排水溝和下水道一般在地下，長(cháng)度比較長(cháng)，并且比管子更加難以接近。在絕大多數情況下，下水道清洗使用中壓清洗，清洗裝置可移動(dòng)，裝有柴油驅動(dòng)泵。不過(guò)，也確實(shí)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備，該設備配有“DFK”特殊旋轉噴頭，其工作壓力最高可以達到8×10?Pa。

（3）閉路電視檢查

大多數發(fā)達國家都利用閉路電視來(lái)檢查下水道的清洗過(guò)程和清洗結果。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(hù)提供證據證明下水道已經(jīng)被清洗到所要求的標準了。

圖5-50高壓下水道清洗設備。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60年代初，高壓水洗剛剛興起的時(shí)候，清洗船舶外殼就是其最引人注目的應用之一，當時(shí)該技術(shù)最著(zhù)名的使用者是德國的Hammelmann公司。生物的生長(cháng)例如海藻等會(huì )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(cháng)50.8mm厚是很常見(jiàn)的，尤其是當船舶在溫暖水域作業(yè)時(shí)。除了清洗掉生物生長(cháng)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(lái)清洗的，例如用手擦，強力的鋼絲刷，強力圓盤(pán)和干燥的沙子摩擦，盡管現在有更加安全的研磨介質(zhì)可用（見(jiàn)替代技術(shù)相關(guān)章節），但這種技術(shù)對身體有害，因為操作過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生可在空氣中傳播的硅化物顆粒和細沙，會(huì )對肺造成影響。

可以在船舶航行時(shí)進(jìn)行高壓水洗，不過(guò)，目前多數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(lái)，帶有一個(gè)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(gè)噴槍1h能清洗70~100m2，不過(guò)，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(shí)用，可是它的強烈振動(dòng)非常容易使人疲憊。在20世紀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，這種系統在過(guò)去的30年中又有了顯著(zhù)的改進(jìn)。

這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：

①消除操作者過(guò)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(guò)3000m2/h）

③保證持續穩定的清洗效果。

一般說(shuō)來(lái)都用清水來(lái)清洗，除非清水比較短缺，例如中東地區，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(chēng)為"Aquablast"，該裝置包括一個(gè)過(guò)濾系統能夠收集到90%的廢棄碎片以供處置。清洗系統包括一個(gè)或多個(gè)旋轉的組合在一起的清洗噴頭，每一個(gè)的直徑為500mm，裝配在一個(gè)水壓平臺上，而遠距控制面板位于一個(gè)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(shí)還需要去掉銹蝕，例如根據瑞典標準SAE2??3，就要用一個(gè)濕研磨清洗系統，該系統的清洗速度一般是一個(gè)噴槍30m2/h，或者與"Dockmaster"系統配合使用。

4.海上石油平臺的清洗

在很多方面，這個(gè)應用與船舶清洗類(lèi)似，但是也有特定的異同之處：海上平臺被列為危險區域，因此泵的設計和安全認證必須在2級區域內。大多數平臺都有小型的水泵設置來(lái)做日常的清洗任務(wù)，這些水泵通常都是由柴油發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)，而且都是防爆設計（見(jiàn)第二節）。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，需要訓練潛水員讓他們學(xué)會(huì )利用特制的噴槍?zhuān)@種噴槍帶有兩個(gè)排水口，一個(gè)包含清洗噴頭，另一個(gè)朝后，其作用是抵消噴頭的反作用力，使潛水員行動(dòng)自由。這種方法的優(yōu)點(diǎn)就是潛水員不會(huì )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(shí)流速的兩倍來(lái)供給高壓水，這就需要兩倍的動(dòng)力。工作壓力在4×10?~8×10?Pa之間是很常見(jiàn)的。水泵裝置和相關(guān)設備經(jīng)常被裝在一個(gè)容器里面，而該容器被放在一個(gè)固定在鉆塔上的“支撐”容器中。

5.自動(dòng)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(chǎng)、石油化工企業(yè)、電廠(chǎng)及其他重處理工業(yè)中循環(huán)系統的主要組成部分。管道經(jīng)常會(huì )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?chē)目臻g都被限制了，多數工藝問(wèn)題都是由此引發(fā)的，從而導致企業(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(kāi)各個(gè)管道，在管道上鉆孔或者敲打管道來(lái)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(lái)帶到清洗的地方。這兩種情況無(wú)論是哪種情況，手工清洗管道束都是一個(gè)耗時(shí)、費力又存在潛在危險的工作。為了避免這些問(wèn)題，人們設計了一些自動(dòng)和半自動(dòng)的管道束高壓水洗設備，這些設備的工作原理基本上是類(lèi)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(dòng)一般是以氣壓或水壓作動(dòng)力的。噴頭可以是固定的，也可以是旋轉的。如果要清洗長(cháng)6800mm、直徑20mm的管子的話(huà)，一般一個(gè)噴頭每分鐘能清洗4根這種管子。這個(gè)系統由一個(gè)操作者通過(guò)清洗區域附近的一個(gè)控制臺進(jìn)行操作。

水箱和容器的內表面的清洗

專(zhuān)門(mén)清洗水箱和容器內表面的清洗設備的開(kāi)發(fā)是過(guò)去15年以來(lái)幾種最為重要的安全且性?xún)r(jià)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(lái)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(guò)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(xiàn)，容器的內表面一般也含有大量的油脂，非常的滑。這已曾經(jīng)導致高壓水射流接觸并嚴重傷害操作者身體。

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，當一個(gè)供水軟管在一個(gè)狹窄的空間內像蛇一樣猛烈扭動(dòng)的時(shí)候，操作者就可能受到非常嚴重的，甚至致命的傷害。這自然而然地就導致了1998年英國提出了“如何在狹窄空間內安全工作”操作規范、管理和指導。關(guān)于水箱或容器內表面的清洗，其中有一段最為重要的一段：

“當不用進(jìn)入內部就完全可以把工作完成時(shí)，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?！?/span>

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

近年來(lái)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。例如氯化乙烯被認為具有致癌的特性。這促進(jìn)了對無(wú)人進(jìn)入清洗系統的需求，也促進(jìn)了對能夠進(jìn)行水箱或容器內表面清洗的設備的需求。

這個(gè)體系主要由下列主要部分組成：

1.高壓水泵

水泵大多數是活塞式或輻射狀活塞式設計，第三節對此有詳細介紹。電力規格可能是標準的或者隔爆型。

在選擇水的流速的時(shí)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遠的地方，并且總水流可能被2?4個(gè)噴頭平分。正如先前所說(shuō)，噴頭和被清洗表面之間的距離對清洗掉一個(gè)特殊的沉積物應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

當前內部清洗技術(shù)有效性的提高應該歸功于特別有效的高壓清洗頭的開(kāi)發(fā)，圖5-58所示是一個(gè)清洗頭。雖然清洗頭設計多樣，但是大多數清洗頭都是依據兩個(gè)軸承的原理進(jìn)行工作的。比如，一個(gè)360°環(huán)形清洗模型，它的旋轉運動(dòng)是由水射頭的作用力和回轉臂偏移產(chǎn)生的。這兩種力量大小幾乎相等，方向相反，所以一個(gè)懸浮的清洗頭在工作的時(shí)候就差不多保持一個(gè)固定位置?？梢杂靡粋€(gè)可調節的制動(dòng)閥、油壓和磁力來(lái)控制旋轉速度，沒(méi)有這些調節的話(huà)，回轉臂旋轉就會(huì )失去控制。該系統工作壓力一般在1.25×10??1.2×10?Pa之間。由此可見(jiàn)，我們必須計算出適宜的壓力，水流速度，回旋臂抵消量，噴頭尺寸和旋轉速度，否則的話(huà)，制動(dòng)裝置和齒輪就會(huì )遭受過(guò)度磨損，而且清洗效率也會(huì )受到影響。清洗頭是由磷青銅或不銹鋼制造的，并且根據不同的壓力和水流速度要求有不同的尺寸規格。

3.定位裝置

這個(gè)裝置的功能就是把清洗頭固定在容器內部以便于：

（1）能夠夠到煽動(dòng)桿、擋板和其他內部裝置后面的“陰影區”，使噴頭在理想狀態(tài)下達到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到最小。

要根據應用的不同來(lái)選擇不同的定位裝置。

高壓系統

通常的應用中，基本上有兩類(lèi)高壓系統。

1.專(zhuān)用系統

這種系統一般被永久地安裝在一個(gè)容器或者一系列的容器里面。通常用該系統在生產(chǎn)空檔期間對這些容器進(jìn)行清洗，或者容器內部的物質(zhì)必須嚴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(zhuān)用系統的范例：

圖5-51自動(dòng)化懸掛管清洗系統

（1）自動(dòng)化懸掛管系統

具體可以參見(jiàn)圖5-51，該圖顯示了一套聚氯乙烯加工裝置的清洗系統，該裝置有五個(gè)容器。每個(gè)容器都有一個(gè)獨立的清洗系統。在這個(gè)清洗系統里，清洗噴頭被放在一個(gè)氣密部件里，而這個(gè)部件放在容器的上方。當需要清洗的時(shí)候，一個(gè)連鎖開(kāi)關(guān)被打開(kāi)，清洗噴頭進(jìn)入容器內部，按預定的程序開(kāi)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。因為在這套裝置內部沒(méi)有隔板和攪拌器，所以只要讓噴頭沿著(zhù)容器的中心線(xiàn)移動(dòng)就可以得到全方位的清洗效果。該系統是自動(dòng)化的，人們可以在控制室對這個(gè)清洗系統進(jìn)行控制操作。

（2）空氣噴槍系統

該系統的主要特點(diǎn)是有固定的噴槍?zhuān)每諝庾鳛榍逑磩?dòng)力。當容器底部有一個(gè)動(dòng)力攪拌器，或者容器內部沒(méi)有配件產(chǎn)生陰影區的時(shí)候，我們可以用一個(gè)單獨的空氣噴槍進(jìn)行清洗任務(wù)。如果動(dòng)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(gè)空氣噴槍。在上述的兩個(gè)例子里，我們還可以考慮配備空氣密封的設計?？紤]到空氣噴頭的有效射程，該系統只能在小型容器里使用。因為空氣噴槍是固定的，噴頭的清洗區域范圍可以精確地事先規定好，而且布置在軸兩端的噴頭可以設計成S形的轉臂形狀，因此該系統的一個(gè)顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)就是特別適用于玻璃和涂裝容器的清洗。該系統同樣是完全自動(dòng)化的，可以預先編程以設定清洗步驟。（圖5-52所示為一個(gè)空氣噴槍系統的范例）。

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2.便攜式系統

便攜式系統的定位裝置、噴頭和軟管可以從一個(gè)容器轉移到另一個(gè)容器里面。這種設計適用于容器清洗間隔不規則的情況。根據容器尺寸和容器內部沉積物的性質(zhì)，定位裝置有多種不同類(lèi)型。

簡(jiǎn)單便攜式系統的范例包括：

（1）固定噴槍系統（RPE）

盡管有一些差異，它的主要特點(diǎn)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(zhù)軟管，另一端則安裝噴頭。

*雙軸噴頭。

*—個(gè)球形接頭。上面附有可調節的夾子便于噴頭的旋轉、安裝和卸載以便重新定位噴頭。

*一個(gè)入孔（manwayplate，大型設備供人進(jìn)入清洗用進(jìn)口）蓋板。蓋板的設計必須配合球形關(guān)節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(huì )有一個(gè)標準的中心部件。里面包括球形關(guān)節和夾子，以及可更換的入孔蓋板以適應不同的入孔尺寸。

固定噴桿系統的好處有以下幾點(diǎn)：

*簡(jiǎn)單而相對便宜的設計。

*因為噴頭被固定在支架上，因此不必擔心噴頭搖擺的問(wèn)題。這種問(wèn)題在噴頭懸掛在軟管的時(shí)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。

固定噴桿系統有以下缺點(diǎn)：

*考慮到總體長(cháng)度和重量，該系統在容器內部操作會(huì )比較不方便。

*同樣地，容器上方的容納空間對于清洗系統而言可能有時(shí)候會(huì )不夠。

*噴頭轉動(dòng)的角度范圍是有限的（每邊大約能擺動(dòng)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。公路罐裝車(chē)清洗系統里就設計有固定噴槍?zhuān)饕糜谇逑醇b箱的凹面。之所以使用固定噴槍?zhuān)且驗榧b箱通常只有一個(gè)入孔，而且需要清洗的距離比普通的罐裝箱車(chē)大。

（2）懸掛管定位系統（SPE）

該系統最簡(jiǎn)單的設計就是一個(gè)安裝在軟管上的雙軸噴頭，該噴頭懸掛在容器的中心線(xiàn)上。應用對象的具體例子如罐裝箱車(chē)，容量為1000~3000L左右的小型加工容器等等。值得注意的是，當噴頭距離清潔表面有1m左右時(shí)，能量損失很大。該系統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部清洗方法。

圖5-54的設計最適合大型垂直容器的清洗，特別是當需要兩個(gè)獨立的噴頭以覆蓋容器內陰影區域時(shí)。該系統可以完全自動(dòng)安排雙軸噴頭定位和循環(huán)清洗的次數。軟管的線(xiàn)盤(pán)掛在容器上方的一個(gè)橫梁上。該系統也可以只使用一個(gè)噴頭工作，而且通常一個(gè)裝置可以用來(lái)清洗多個(gè)容器，只要這些容器都在橫梁的可達范圍以?xún)?。有些系統的設計可能在噴頭周?chē)卜乓蝗ζ鸨Ｗo作用的格網(wǎng)，以及使用較小的轉子和轉臂防止系統轉動(dòng)的部分在清洗的時(shí)候碰到容器。必要的時(shí)候，清洗系統還必須符合電氣規范中適宜在2級區域環(huán)境操作的規定?？紤]到配合大型容器的內部結構，其清洗系統的設計更為復雜。通常大型容器會(huì )在入孔的邊緣裝一扇特別設計的蓋板，以及有一個(gè)聯(lián)通的空間。這樣噴頭就可以從容器的一端移動(dòng)到另一端，避免了由于容器內部隔板或者扇葉的存在使得有些陰影區域無(wú)法清洗的情況發(fā)生，具體例子參見(jiàn)圖5-55。

圖5-54多缸懸掛管清洗系統

圖5-55手動(dòng)操作的懸掛管清洗系統

圖片P351-352頁(yè)

在大型容器清洗方面，懸掛管定位系統優(yōu)于固定噴槍系統的方面在于：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(wèn)題了。

懸掛管定位系統的優(yōu)點(diǎn)在于：

*具備清洗大型容器的能力，最大的箱體長(cháng)度可以到10m，直徑最大到4m。

*相對固定噴槍系統而言，懸掛管定位系統比較輕，而且可以分批運輸到目的地再組裝。

*噴頭可以抬高，對于容器底部和頂部的清洗更有效。

懸掛管定位系統的缺點(diǎn)：

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

*相對固定噴槍系統而言，懸掛管的定位沒(méi)肴那么精確。

（3）手動(dòng)可伸縮定位裝置

范例見(jiàn)圖5-56。手動(dòng)可伸縮定位裝置通常安放在容器入孔上，和固定噴槍系統差不多。不同在于：這套裝置是通過(guò)搖盤(pán)和齒輪，由人手進(jìn)行操作調節。

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

手動(dòng)可伸縮定位裝置的優(yōu)點(diǎn)：

*精確而且可重復的定位。

*可以用機械輔助手工操作（可以預先編程）。

不足之處在于：

*人力成本較高。

*當有多個(gè)容器需要清洗的時(shí)候，移動(dòng)裝置非常費勁。通常這種可伸縮裝置會(huì )用起重機吊在容器的上方或者使用手推車(chē)進(jìn)行運輸。

圖5-56。手動(dòng)可伸縮定位裝置

（4）自動(dòng)可伸縮定位裝置

與手動(dòng)可伸縮定位裝置類(lèi)似，但是自動(dòng)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(guò)一個(gè)可以到達容器各個(gè)部分的自動(dòng)伸縮裝置來(lái)實(shí)現的。

（5）Truncojet?清洗系統

如圖5-57所示，該產(chǎn)品的設計是專(zhuān)門(mén)針對體形較長(cháng)（最長(cháng)可達13m）的鐵路罐裝箱的，這些罐裝箱通常只在中間部分有一個(gè)入孔。問(wèn)題在于，位于這些罐裝箱內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(gè)問(wèn)題。英格蘭鐵路庫房負責處理大量的鐵路罐裝箱，這些罐裝箱曾經(jīng)承擔全英國碳化鈣（電石）的運輸工作。Truncojet清洗系統首先通過(guò)液壓裝置固定在罐裝箱入孔的邊緣，然后通過(guò)一個(gè)固定的曲管——里面包著(zhù)耐高壓可變形的軟管——將清洗噴頭放入內部定位。系統的清洗壓力為2×10?Pa，流量為200L/min。當罐裝箱的一段清洗完畢以后，定位裝置旋轉180。，然后在另一端重復清洗工作。最后，噴頭回到中心位置對罐裝箱的中部進(jìn)行清洗。整個(gè)清洗過(guò)程是自動(dòng)化的，只需要一個(gè)工作人員在控制臺進(jìn)行控制。沖洗下來(lái)的水將會(huì )被收集起來(lái)，以便作進(jìn)一步的利用。

在Truncojet清洗系統出現以前，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(gè)瓶頸。新的清洗系統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部工作的圖示。

圖5-57“Truncojet”鐵路罐箱車(chē)內部清洗系統

圖5-58“Truncojet”鐵路罐箱車(chē)筒的，能看到清洗噴頭和定位裝置

圖片P354頁(yè)

3.環(huán)境廢物罐裝箱

近年來(lái)關(guān)于環(huán)境廢物處理的法律條規開(kāi)始提高了標準，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(huì )在后部開(kāi)一個(gè)口，以便于把垃圾傾倒在指定的垃圾處理場(chǎng)。為了防止有毒物質(zhì)的煙塵泄漏，一般很少使用頂端開(kāi)口的罐裝箱進(jìn)行垃圾輸送。垃圾輸送主要會(huì )導致以下兩個(gè)問(wèn)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(lèi)。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(huì )引起一系列的健康和安全問(wèn)題。

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

為了減少這些問(wèn)題，人們設計了一種特殊的清洗系統，如圖5-59。這套系統有一個(gè)高壓泵單元，壓強可達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(gè)雙軸噴頭。有時(shí)候罐裝箱里面的隔板會(huì )限制清洗裝置通行，這時(shí)候可以在一個(gè)水平平面上使用一個(gè)微型的雙軸噴頭進(jìn)行清洗。整套清洗過(guò)程可以在一個(gè)安全的距離以外由工作人員進(jìn)行遙控。

圖5-59帶有一個(gè)擴展清洗噴頭的后開(kāi)門(mén)環(huán)境垃圾清理車(chē)

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(shí)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(shí)驗。他們的實(shí)驗設備包括一臺柴油動(dòng)力的可移動(dòng)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(kāi)口朝上，放在清洗噴頭下方。實(shí)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(shí)間的限制是為了讓污水的量降低到最少）。表5-27給出了實(shí)驗的結果。

表5-27對開(kāi)口朝上的鼓形容器使用高壓水清洗的實(shí)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期的好。一般說(shuō)來(lái)，大多數水基涂料都可以在合理的時(shí)間內清除掉。這個(gè)結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(shù)脂，尤其是濕的環(huán)氧樹(shù)脂，如果不用隔離劑的話(huà)幾乎不能清洗掉，它還會(huì )繼續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(lái)替代鼓形圓桶。所以將來(lái)對鼓形圓桶的需求會(huì )比較有限。IBC可以分成三個(gè)大類(lèi)：

①一種叫做“一次旅行”設計（雖然大多數仍被重復使用直到發(fā)生泄漏），市場(chǎng)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(zhuān)門(mén)用來(lái)運輸有毒、易燃和其他的一些液體。它們的設計必須符合聯(lián)合國有關(guān)的苛刻標準和國際安全準則。

③為食物和醫藥工業(yè)設計的衛生醫用IBC。

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

多數IBC的清洗應用只需要低等到中等壓力的技術(shù)，（見(jiàn)第四節，第五節），偶爾用一下比較高的壓力來(lái)清洗乳膠和其他類(lèi)似的物質(zhì)。最簡(jiǎn)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）。當需要清洗外面時(shí)，如果總量不大，那么一個(gè)手持噴槍就足夠了。

圖5-60清洗IBC的基本高壓水洗系統

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(wèn)題，尤其是當要去除放射性核素時(shí)，通常稱(chēng)這個(gè)過(guò)程為清除核輻射塵。清洗應用很廣泛，從清洗小的零件，如工具和跟維護活動(dòng)相關(guān)的器件，在運輸處理之前清洗盛滿(mǎn)放射性廢物的容器，到核設施退役前整車(chē)間的清除核輻射塵。一般利用傳統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(lái)尋找一種能夠既可以達到清洗標準又能把放射性對人體的危害減到最低的技術(shù)。

在許多場(chǎng)合，為了遵守嚴格的核安全和健康規則，現在都使用遙控處理裝置和自動(dòng)程序來(lái)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。

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

核污染物種類(lèi)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(lái)進(jìn)行內部清洗，還要一個(gè)裝有高壓水噴頭的噴槍來(lái)做外部的清洗。小的部件一般都是在一個(gè)清洗箱的“套子”中清洗，當操作者進(jìn)行操作的時(shí)候整個(gè)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(lái)在英國境內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(gè)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(shí)，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備方面具有優(yōu)點(diǎn)，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(lái)貯存成磅的核燃料。

涂料會(huì )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(lái)決定某個(gè)可接受的清洗標準所必需的最佳壓力和流速。在做內部清洗試驗時(shí)，對于清洗的覆蓋范圍，清洗的效果用一個(gè)模擬的容器和一個(gè)覆蓋物“作證明覆蓋物”例如“工程藍”做檢測，從而確保高壓水射流能夠完全覆蓋容器的內表面。

另外一個(gè)重要的和清洗應用就是清洗大量的裝過(guò)放射性廢棄物的密封不銹鋼鼓形圓桶，這些垃圾被預先壓縮在水泥漿里面以便放在鼓形圓桶里做安全處理。為了確保內表面沒(méi)有沾染上任何放射性污染物，在英國北部的核再加工工廠(chǎng)中安裝了清洗設備。這個(gè)程序完全是自動(dòng)的，并有機械處理系統來(lái)將鼓形桶送進(jìn)一個(gè)箱子中，這個(gè)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。

在英國的原子能權威技術(shù)中心已經(jīng)展開(kāi)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用，隨著(zhù)老的核電站退役，這項技術(shù)的應用方面會(huì )逐漸擴大和增長(cháng)。

小結

為了滿(mǎn)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(huì )持續下去。今后有必要對清洗系統在21世紀向完全自動(dòng)化“技術(shù)水平”的體系和程序發(fā)展的傾向進(jìn)行研究。