基于高压水射流的管道清洗方案设计.docx

基于高压水射流的管道清洗方案设计吴同锋;蔡晓君;刘湘晨;王丽萍【摘 要】Taking water-jet cleaning of a 200m-long and 300mm-diameter pipeline with grease stain as an example,the whole cleaning scheme was designed,in which,having basic parameters identified to select or design each structural components for the cleaning;and each component of the cleaning was introduced and both cleaning process and risk control were described.Economic analysis explicitly expresses the advantages of this water-jet cleaning technology.%以石化行业管长 200m、管径 300mm 的硬油垢管道的高压水射流清洗为例来分析整个清洗方案的设计.方案设计以根本参数确定为起点,对各清洗构造组元进展选择或设计,并具体介绍了清洗系统各组成局部的功用及工程施工过程和风险掌握.经济性分析显示了高压水射流清洗技术的优越性.【期刊名称】化工机械【年(卷),期】2023(044)001【总页数】4 页(P43-46)【关键词】管道清洗;高压水射流;清洗参数【作 者】吴同锋;蔡晓君;刘湘晨;王丽萍【作者单位】北京石油化工学院机械工程学院;北京石油化工学院机械工程学院;北京石油化工学院机械工程学院;北京石油化工学院机械工程学院【正文语种】中 文【中图分类】TQ055在石油石化开采、炼制、运输及销售行业中，管道成为主要的运输和存储工具，管道在长周期运行过程中无可避开地会因运输流体物性及流淌参数的变化而形成大量的污垢，并附着于管道内部及管道流淌变化区域，降低物料有效输送截面积，从而降低管道的实际运输力量，甚至造成运输管线的停运1,2。因此，管道的清洗对保证管道的运输及工艺生产至关重要3。企业一般承受物理或化学方法来去除管道内壁上的水垢、油垢等污垢，从而使管道保持通畅，以保证物料的正常输送 4。目前常用的管道清洗技术分为 3 种：机械清洗、射流清洗和化学清洗5。机械清洗设备简洁磨损且被清洗下的污垢不简洁排出，而化学清洗简洁造成环境污染、被清洗设备的二次污染，具有清洗费用高等缺点，高压水射流清洗在 20 世纪 70 年月得到快速进展，并逐步抢占化学清洗的市场份额。现在，高压水射流清洗已成为兴旺国家的主流清洗技术，并占到了清洗业市场份额的 80%以上6。随着高压水射流清洗技术的推广应用，合理的方案设计成为石化企业实施清洗作业的重要环节， 并且能够为企业节约大量的资源与财力。笔者以燕山石化炼化为背景，结合现有清 洗案例，提出了合理的管道清洗设计方案，为业内人士进展管道清洗作业供给了合 理化的建议和参考。1.1 设计总布局高压水射流设备分为压力机组、清洗喷嘴与高压软管以及关心设备等模块7(图 1)。压力机组把清洗介质(水)加压至规定压力级别，通过操作掌握开关，将带压水流输送到高压软管内。高压软管一端连接压力机组，一端接清洗喷嘴。在关心设备的协作下清洗喷嘴可沿着管内移动，从而实现去除管内沉积污垢的过程。1.2 射流清洗装置诸元作用1.2.1 压力机组压力机组是实现清洗液流加压的主要来源，其原理是借助泵体把常压的液流加速到高压。压力机组依据动力源可分为柴油驱动机与电力驱动机，通常柴油驱动机比电力驱动机的功率大，同时柴油驱动机的设备尺寸也比电力驱动机大。电力驱动机组 多用于中小型管道清洗作业，其自身尺寸也与功率呈正相关。特别是在人力手持作 业中，电力机组往往成为这一领域的主要领军者。对于大口径管道而言，往往需要 大功率柴油机组。现在的压力机组在流量输出和压力调整方面可以实现宽调的功能。除此之外在关心设计上，也依据流量配有大容积水箱，其设备自身也具有压力抗爆 特性。在选择时，特别是针对石油石化领域的应用中，对抗爆性有更高要求。1.2.2 高压软管与清洗喷嘴高压软管主要起到输送流体介质的作用，同时还可以保证高压射流不被泄漏从而保护施工人员。一般高压软管由强化塑料或者高密度纤维制造而成，在充压的状况下整个软管具有肯定弹性，这样可以保证高压软管可以在简单多变的管道中沿管道走向前进。一般高压软管的额定压力应不小于压力机组中高压泵的额定压力8。高压软管的内径大小直接影响清洗系统的压力损失和喷嘴所受的反作用力，因此高压软管的选择还应考虑不同的工况选用适宜的软管内径9。清洗喷嘴与高压软管的一端连接，在喷嘴上带有不同方向的孔口。向后的孔口保证射流作用在管壁后受到向前的反作用力，带动喷嘴自身与软管在管道里前进。其他方向的喷口用来保证喷射的流量，到达管道除垢的目的。此外，从安全角度和适用的工作压力考虑，人工作业环境下的喷射压力较小，从而被手持式水枪清洗取代。手持式喷枪的反作用力一般不大于 200N，作业人员承受的反作用力在其体重的三分之一以内10。自进式的管道高压水清洗装置一般作业压力在 50MPa 以上，对喷嘴的要求也比较高，所以要依据实际需要来选择喷嘴的种类和喷射形式。1.2.3 关心设备关心设备的主要功能有：确保射流软管在工作空间的通过性；保护操作人员和设备的安全，起到安全防护的作用；保证整个作业有效运行。其中主要的关心设备有旋管装置、管口导向装置与喷嘴集成模块。旋管装置主要用于掌握软管沿管道方向的进给速度，保证清洗效果的均衡性，此外， 旋管装置必要时还可以作为清洗装置在弯曲管道环境下的次要动力源。一般此类装 置可以分为大中型与集约型设备。管口导向装置与喷嘴集成模块主要用于保证高压 软管在作业区域内的有效进给以及在管口安装安全防护装置。清洗方案的设计是以被清洗管道的技术要求和根本参数为根底的。根本参数确实立为方案的具体实施供给了理论保障。笔者以石化企业管长 200m、管径 300mm、结垢为硬油垢的管道为例来分析清洗参数的选取。清洗方案的根本参数有：a. 油垢厚度为 520mm,受管道输送物料的性质、运行工况及清管周期等因素的影响11。b. 清管周期，工程中常用理论计算的方法，将最大允许压降作为管道是否需要清洗的标准，利用 PipeFlow 软件计算管道的理论清洗周期12。c. 射流介质，水作为常用的清洗介质，一方面是由于水能够防止被清洗下的污垢再次吸附到管体，另一方面被剥离下的污垢可以随着介质水被永久去除，有效地防止污垢二次污染被清洗对象。介质水存在外表张力过大和对油性污垢亲和力较差等缺点，在清洗过程中，可以在水中添加碱类、肥皂或者合成洗涤剂来增加对油性污垢的亲和力，参加适量的外表活性剂来降低水的外表张力，从而增加对被清洗污垢的浸润力量，提高水的清洗效果。d. 射流方式为连续射流，连续射流可以避开水锤效应，降低压力脉动，一方面削减了能量的不必要损失，另一方面可以降低噪声。e. 流量范围 80100L/min，压力 5070MPa(行业标准)。泵压的大小打算着附着层的破坏程度，压力过大简洁破坏被清洗基体和产生不必要的能量铺张，压力过小则不能到达清洗效果。泵流量的恰当与否同样关乎清洗效率和效果，两者均通过能量的形式在清洗过程中表达出来，因而在选择压力机组时压力和流量的匹配是至关重要的，压力与流量的常用匹配状况见表 1。压力和流量确实定是其他水力参数确定的根底，各水力参数的估算公式为： 单喷孔理论流量单喷孔实际流量 qf=qt 单喷孔射流打击力高压软管内水流速度水射流速度 v2=44.72 喷嘴直径 d2=0.69式中 d1高压软管内径，mm； p高压清洗机的压力，MPa； Q高压清洗机的流量，L/min； 流量系数。水力学参数确实定有利于进一步进展管道清洗装置机械构造的设计以及高压软管的选用，同时又为清洗装置工作参数确实立供给了理论依据。具体施工要求有：a. 依据管路长短，在接头处撤除或安装盲板。保证清洗长度合理，射流压降正常， 以保证清洗效果。b. 依据具体施工条件选择射流方向和固定条件，例如在简单区段内要适当在管内供给支撑，增大旋管装置扭矩、进给力和机组功率输出，从而保证射流出口获得足够大的反作用力。而对于直管只需要供给足够的进给力同时在管口位置放置适当约束即可。c. 对射流所去除的污垢以及工业废水应分别依据规定回收和再循环处理。图 2 所示为高压水射流清洗装置的分布，利用高压射流技术的施工主要分以下几个流程：依据实际管道设计布置施工量，计算射流用水射流压力，依据施工环境来选用设备类型；依据行业标准与甲方提出标准设计清洗工艺与设备具体布置状况； 拟定清洗流程并通过审核；依据施工安排与清洗流程实际布置工作；实施清洗作业并通过甲方验收；完成施工作业。利用高压水射流技术清洗的风险在于以下几点：a. 设备设计制造方面，由于具有高压环节，因此设备的设计与制造需要相关资质的企业进展设计加工。目前本行业相应的国家标准有待完善，只能凭借实践阅历自主设计与制造，对使用者来讲设备的安全牢靠性有肯定风险。对于研发企业来说具有工程投资风险。建议承受行业普遍标准设计与制造，同时企业也应当具有高压设备的设计制造资质。b. 在使用过程中存在高压射流泄漏的风险，对人和设备造成安全隐患。操作人员的素养对安全操作有很大影响。为此，建议在操作环节中设置压力防护设备，要求操作人员佩戴安全防护装置以及标准操作流程，宜承受合理压力标准避开对设备的损害，同时对操作者进展合格的岗前培训。c. 对作业环境(如防爆)或排放有特别要求的行业，甲乙双方宜在清洗方案拟定后对于可能存在的风险多做假设并依据相关标准协商解决。d. 具体施工时可能需要原有设备局部停车，对此甲乙双方应当沟通具体施工细则， 协调好生产与施工。高压水射流清洗，所花费用以购置装备为主，清洗介质(水)所占本钱很低；化学清洗不仅有装备花费，而且需要购置适用的化学清洗剂，由于管道污垢成分简单，而清洗药剂不具有普适性，所以药品费用反而成为化学清洗的一项重要开支；机械清洗因装备简洁磨损以及污垢不便排出而产生很多不必要的开支。综合考虑各种因素， 得出高压水射流清洗是最适合石化企业管道的一种清洗方法。高压水射流清洗化工 管道可以极大地降低清洗本钱，而且根本不需要对清洗污水进展后处理，用一个简易的沉降池就可以起到环保和节约资源的作用。对于石化企业管道清洗，无论是自进式的高压水射流清洗方式还是承受高压水枪的人工清洗都需要进展系统的方案设计。正确合理的方案设计可以为企业避开不必要的经济损失、施工延迟和材料损耗。清洗参数确实定可以为机械构造的设计、传动方式和驱动方式的选择供给参考，同时为使用企业供给选用标准和标准。清洗设备总体布局的规划、各组分作用的明确、具体技术实施流程的建立等设计过程完善表达了石化企业实施管道高压水清洗的具体步骤。对风险的分析使企业明确安全风险的来源，制订合理的安全标准以及选择正确的躲避方法。经济性分析更加佐证了高压水射流清洗技术的优越性，在保障清洗效果的前提下，高压水射流清洗无疑是石化企业清洗管道的最正确选择。【相关文献】1 苏文坤,成庆林,孙巍. 原油管道蜡沉积推测模型争论进展J. 化工机械,2023,43(1):2023.2 张旭昀,张正江,徐子怡,等. 输油管线内气液固三相流中沙粒沉积规律的数值模拟争论J.化工机械,2023,40(3):355359.3 宋加会,刘昌林,许胜涛,等. 高压水射流清洗技术及其在管道除垢中的应用J. 化工设备与管道,2023,51(5):7982.4 张俊. 管道清洗技术的现状及应用J. 化工施工技术,1999,21(3):3639，41.5 刘涛. 输油管道的清洗工作探讨J. 中国化工贸易,2023,4(3): 219220.6 刘庭成,范晓红. 高压水射流清洗设备的应用J. 中国设备工程,2023,(2):810.7 廉践维. 一种清洗管道内壁油垢的方法J. 油气储运,2023,19(2):55.8 陈思锭,汪是洋,付剑梅，等. 输气管道清管周期的影响因素及确定方法J. 油气储运,2023,32(4):392396，400.9 王瑛,李国栋,俞宏兴. 石油管道清管器清洗系统的开发与应用J. 油气储运,2023,24(7):3637.10 陈玉凡. 高压水射流清洗机的选配分析J. 清洗世界,2023,25(1):16.11 马汝涛,徐依吉. 石油工业中长距离运输管道的清洗技术J. 清洗世界,2023,23(10):2429.12 李维柏,李金梅. 高压水射流技术在化工设备检修清洗中的应用争论J. 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