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一种新型的管道内壁清洗方法

2019-10-31 09:13:18浏览:19 来源:清洗联盟   

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一种新型的管道内壁清洗方法

1、概述

在各种工业生产系统中,各种类型的管道被用于输送特定的液体或气体。尽管各种工业设备接触的介质有所不同,但在不同温度、压力、介质之间的物理化学作用下,常常会在设备中产生高温聚合物、结焦、水垢、油垢、沉积物、腐蚀物等,这些污垢影响了设备运行的效益和安全,使效率下降、能耗物耗增加、工艺流程中断、设备装置失效、恶性事故发生。尽管通过水质处理、添加化学剂、采用合理的工艺参数等措施可在一定程度上改善这些状况,但要完全避免污垢的产生是不可能的,因此采用正确的清洗方法就成为工业生产中的一个不可缺少的环节。管道清洗的传统方法有:人工清洗、化学清洗、高压水射流清洗、PIG清洗等。但是上述清洗方式除了工作时要与化学产品或高压水接触外,还需要对管子进行拆卸,既不安全又费时费力,而且在清洗弯管、U形管、蛇形管和螺旋管等异型管时困难很大,于是我们有必要对清洗的方法进行一定的研究和改进。

2、流体运动学方法的原理及应用

基于以上考虑,本文介绍了一种新型管道清洗方法,即在管道清洗中应用流体运动学方法,我们称之为流体运动学清洗法。此方法按照以下步骤破坏结垢与管壁之间的结合:首先使管中充满液体,然后利用压力脉动在不可压缩流中产生驻波,通过空化产生的气泡破裂得到的感应冲击波对管子进行清洗。流体运动学在管道清洗中的应用实际是建立一个基于多个速度的声波系统,通过它产生声波振动,用于破坏结垢层与管壁之间的结合,随后管中的结垢被水冲走。

流体运动学清洗*****效。例如在乳制品厂,可清除管中的乳脂沉积物;在使用海水的工厂,可清除附着在管线内部的贝壳;另外,实验证明此方法对于清除石油基的沉积物尤其有效,在此工作环境中有机化合物被大大降解,而无机化合物或者氧化或者减少;在石化厂中,此方法可清除单基物、共聚物以及水垢等污垢,包括软粘性材料、硬脆性材料和它们之间的中等硬度材料;此外,它不但可以清除极薄的污垢层和管中的实心堵塞以及两者之间的不同程度的沉积物,并对清洗管中凹陷处的结垢很有效。

3、实施方法

3.1主要设备

要通过此系统在管中产生声波,需要的设备有:一个泵或其他高压流源、一个卸载阀、流体加速器、两个以上阀门、一个冲头和喷嘴件。当清洗管道时,管子的两端首先要开口,在管子上安装喷嘴来封住入口,通过一个多缸正排量泵使流体缓慢充满管道,然后向管中相对静止的流体中注入高速水流,泵的缸数应为单数并应带动一个脉动装置,另外应配备一个卸载阀;为了在管中流体中产生共振,除了卸载阀以外还需要至少两个阀门;当管中充满液体时,由结垢或人工插入的充塞物引起的阻碍会使得压力突然增大,这就产生空化现象,清洗过程开始。

在管子被结垢完全堵塞时,使用流体动力学清洗法进行清洗要在管中插入一个充塞装置,此装置有助于感应声波,这与PIG清洗法相似。对充塞装置只要求其尺寸能够封住管子,对其材料无限制,是否可压缩也要由特定的情况来定;另外在管中有坚硬结垢的情况下,因为结垢可当作充塞,所以无需人为插入充塞装置;与PIG法不同的是,此处的充塞装置是在结垢之前或与结垢一同被冲离管道的,而不是在结垢之后。

3.2空化现象

空化现象指的是由于流体的压力而使得大气泡或空腔发生爆裂,成为振动源。空化现象能够在流体中生成强烈声波,这种波会交替产生压缩和扩张,形成可爆裂的气泡;压缩循环对液体分子施加正压使之聚集,而扩张循环对液体分子施加负压使之分离,并且强度足够的声波可产生空穴。在声波的压缩和扩张循环中,气泡要吸收能量,生长的气泡最终会达到一个临界尺寸,此时它可以从声波中最有效地吸收能量;一旦气泡不能再有效地吸收能量了,液体就冲进其中,气泡发生爆裂,其中的气体或蒸汽被压缩,产生大量的热,使得周围流体的温度升高,产生了一个快速分散的局域热点。

如果气泡在固体表面附近形成,例如结垢物或管内壁表面,由于空化发生在固体表面处,所以空化泡闭合时是不对称的。它起初是球形的,继而迅速地进行不对称收缩,形成一个流速大于110m/s的指向固体表面的液体射流,这种射流能对固体表面形成巨大的冲击作用,并能产生局部表面破坏,射流与气泡爆裂产生的波共同作用于固体表面,对其进行剥蚀,去除结垢层和脆性碎片;表面附近的气泡爆裂产生的高温和压力也进一步促进了反应的进行。气泡爆裂产生的高速射流的碰撞对于结垢物的管壁在不同频率下产生共振、结垢物的软化和管壁的深度清洗有很大影响。

气泡形成过程中,声波扩张循环使得负压克服了流体的抗张强度,流体越不纯,抗张强度越小,所以不纯的流体介质可以增强空化现象,如纯水中加入碳酸钠或金属液;另外爆裂的强度可以通过改变频率、声强、温度、静压力以及流体种类而变化,环境温度越高,爆裂过程进行越慢,所以可通过冷却或加热液流来增强清洗能力。

4、新方法的优点

4.1工作压力比普通的水射流压力低很多,且不与化学产品接触,工作环境的安全系数提高了;

4.2对于清除石油基的沉积物尤其有效;

4.3无需拆卸即可清洗复杂管道中的污垢,省去了昂贵的管子装配费和起重机费用等;

4.4结垢物通常是大块排出,收集起来比较容易;

4.5新方法不但耗时短,而且耗水量小,大大提高了工厂的产量和经济效益。

5、结论

应用此方法可以减少管道清洗的时间以及耗水量,使工厂有更多的时间来进行生产;改善清洗作业的环境,保障清洗工人的安全;在其他传统方法受限制时,它也是一种有效的替代方法。

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