储油罐高温蒸汽清洗机设计

储油罐高温蒸汽清洗机设计

根据大型储油罐清洗要求提出了高温蒸汽清洗机设计方案，通过分析高温蒸汽清洗原理，采用高压蒸汽喷射泵做为高温蒸汽发生源，用高速数字信号处理器为核心的控制系统对清洗过程进行实时检测和控制，并对清洗效果在线检测。高温蒸汽清洗机可有效地解决大型储油罐清洗问题，具有广范的推广应用价值。

1、引言

无论是地上还是地下储油罐经过一段时间的使用，因冷热温差的变化，冷凝水顺罐流入罐底，使罐底产生腐蚀，加快燃油的乳化，黑油泥会逐渐增加，不仅影响油罐的使用寿命，提高了维修频率，而且会影响油品质量。尽管绝大多数储油罐都采用了先进的防腐工艺对内表面进行了处理，但仍需要定期对储油罐内部进行清洗维护，以保证油品质量，提高油罐的使用寿命。传统的油罐清洗方法是采用人工作业的方式进行，作业人员需进入油罐内部用化学融剂清除罐底沉淀物和废渣。对人体危害大，清洗时间长，影响油罐周转使用，对油罐和周围环境污染严重。

近些年来随着清洗技术和自动化技术的快速发展，对自动化蒸汽清洗设备的要求也越来越高，主要表现在以下几个方面。

(1)自动化技术的广泛使用，针对传统蒸汽清洗方法自动控制和检测的局限性，大量的智能化控制与检测方法理论，如模糊控制、神经网络控制、小波理论等智能控制技术的发展，为蒸汽清洗设备的发展开辟了广阔天地。

(2)现场总线控制技术的发展，基于网络的非现场控制和监测技术的普及，使得蒸汽清洗控制避免了高温高压带来的危险，得到了更为广泛的应用。

(3)新材料技术的发展，耐高温高压非金属材料的研制，使得蒸汽清洗设备向高度集成化方向发展，设备相比以前，要求占用空间更小，操作更为简便快捷。高温蒸汽清洗机对储油罐清洗是采用智能控制清洗设备，能够对储油罐内部进行快速清洁。由于清洗主要介质是水蒸汽，作业过程中设备对储油罐内的气体进行实时监测，有效地防止安全隐患的发生。

2、蒸汽清洗原理

蒸汽喷射清洗技术始于19世纪30年代，到目前已经历近两百年的发展。蒸汽清洗技术开始重点应用于机械零部件表面的除油、工业轴承的清洗，工业设备的除垢，建筑外墙的保洁去污等方面。到20世纪末，国外的蒸汽洗涤发展非常迅速，在我国，蒸汽清洗技术起步相对晚一些，从2000年以后开始进入快速发展期，与传统的清洗方法相比，高温蒸汽清洗对于大型储油罐清洗具有以下几个显著的优势作用效果。

(1)蒸汽高温溶解、熔融作用。高压蒸汽的喷出温度可达150℃以上，能增加污渍成分在蒸汽汽雾中的溶解度，使高熔点、高黏度油泥成分在高温蒸汽的作用下迅速发生流态化。使低熔点有机物升华和分解。从而使污垢迅速受热而产生膨胀而降低表面附着力并脱离基底表面，使油泥快速驱散和脱落。

(2)高压蒸汽的冲击力作用。高温蒸汽从喷嘴中射出时，能够产生高达(3～5)kg/cm2〔(0.3～0.5)MPa〕压强，使被高温蒸汽松动的表面附着物，在高压力蒸汽的作用下受力发生位移和松动而脱落，同时蒸汽遇冷迅速凝聚成微小雾滴，形成巨大的气液表面，对油泥和污垢产生吸附和分散作用。从而使污垢碎化而脱离基底表面，增加了污垢成分在蒸汽汽雾中的溶解度。同时喷射蒸汽产生的摩擦力对污渍也具有很强的机械清除作用。

(3)冷凝水的浸润软化和吸附作用。高温蒸汽从喷头中高速喷出，雾滴在清洗表面凝结，能使油泥等等污垢吸水软化，并被冲击力打散，高度分散的冷凝水又防止了清洗过程中产生的破碎颗粒物的飞扬。

3、储油罐蒸汽清洗机工作原理

储油罐蒸汽清洗机的工作原理是利用高温蒸汽，经设备增压系统加压后，由喷头射出形成具有很高冲击力和剥削能力的高速蒸汽射流，将储油罐内壁上的结垢、沉淀物和附着物清除。高温蒸汽清洗机所采用的专用变角度多束蒸汽喷头，可产生多束蒸汽高压射流，对储油罐内部的结垢和附着物以及堵塞物进行彻底地切削、破碎、挤压、冲刷，以达到清洗储油罐的目的。

高温蒸汽清洗机主要由蒸汽喷射泵、喷水减温器、压力传感器、温度传感器、数字控制器、控制面板、显示面板组成。

3.1蒸汽喷射器

蒸汽喷射器的工作原理是利用高压蒸汽通过喷嘴进入蒸汽喷射泵时产生高速气流，在喷嘴出口处产生低压区，在此区域将低压蒸汽吸入，高压蒸汽在膨胀的同时压缩低压蒸汽，用高压蒸汽的裕压提高低压蒸汽的压力，然后进行混合。混合后的蒸汽通过扩压恢复压力，通过压力传感器和截流阀检测出口压力，以及控制高压蒸汽和低压蒸汽的流量，以达到控制输出蒸汽压力的目的。以不同的高、低压蒸汽参数来进行混合，可以得到各种压力等级的蒸汽，进行不同要求的清洗作业。

喷水减温器能够同时调节蒸汽压力和温度，回收废热蒸汽的高效节能设备，与常规的减压器降低有效热能的原理不同，通过温控水来减温减压的清洗机能使工作蒸汽的有效能得到合理利用。蒸汽喷头使高压射流蒸汽减压增速，在蒸汽清洗出口将蒸汽的势能转化为动能，高压蒸汽喷头节流后，速度升高，压力降低。以高温高压高速射流的方式流出喷嘴，切削清洗表面，将表面的泥垢、沉淀物剥离。

3.2自动控制系统工作原理

数字控制器是蒸汽清洗机的核心，控制器的设计工作原理如图2所示，自动控制系统需要实现以下功能:(1)基本作业功能，实现高压蒸汽清洗的蒸汽喷射器高、低压蒸汽节流阀控制，喷水减温器的节流阀控制。实现对高温蒸汽清洗机的蒸汽温度、压力等各项指标的调节功能。

(2)根据作业要求自动采集各种工况信息，包括压力、温度、过滤器、减温水液位等传感器信号，过程中自动监测和显示测试信号数据。

(3)检测信息显示、分析和存储，在清洗机工作的不同时间，通过检测一系列相关数据，包括烟度、冷凝水离子浓度等信号，防止过度清洗和清洗不足情况的发生，并在清洗完成后，输出清洗检测结果，与存储数据相对比，分析检测清洗效果。

(4)故障诊断辅助系统，根据传感器反馈信号分析，智能分析可能的故障点。实现清洗设备信息记录等。并提供设备操作的电子手册，供操作人员学习使用。

(5)打印输出，数据保存和计算机通信功能。

(6)冗余手动控制。为保证系统安全可靠地工作，高温蒸汽清洗机还提供一套与自动控制并行的手动控制系统，自动控制与手动控制互为备用，最大限度地保证设备控制的安全性和可靠性。

3.3高温蒸汽储油罐清洗流程

高温蒸汽储油罐清洗机的清洗程序流程设计，主要包括系统自检、基本参数设置、清洗作业流程、结果处理四大部分。

3.3.1系统自检

系统自检是在清洗工作开始前，全面地检测蒸汽入口压力、温度、液位、烟度、浊度等各项指标，确定各项指标正常，能够保证安全工作后，再进入清洗操作主程序流程。

3.3.2基本参数设置

高温蒸汽清洗机是集清洗作业和检测与一体的设备，为建立被清洗储油罐的记录，掌握清洗效果变化和清洗作业规率，系统设置了专用界面，用于操作人员将当前的清洗对象，清洗前的状态，清洗时间、储油罐类型等信息进行录入。针对不同种类的清洗对象和类型，系统在数据库中生成记录，以便日后进行分析、对比。

3.3.3清洗作业功能

清洗功能是高温蒸汽储油罐清洗机的主要功能，系统设置了主要作业界面，针对不同的作业对象来设定清洗程序。清洗工作主要是通过控制电路，对控制阀、指示灯、报警器、电机等进行控制和调节，从而实现清洗作业的功能。在进行清洗操作之前，需要通过人机交互来输入一些清洗基本要求参数，如清洗压力、温度等指标。

3.3.4自动检测功能

高温蒸汽清洗机控制系统具有显示、分析、比较、存储以及安全报警等自动化检测功能。在对储油罐进行清洗的过程中，通过检测一系列相关的烟度、温度、浊度等信号数据的变化情况，不仅可以实时地查看到清洗达到的效果，而且可以在线对比，供用户参考比对，检验清洗效果。

3.3.5辅助功能

高温蒸汽清洗机辅助功能包括清洗历史记录查询，打印数据输出，与外部计算机接口、设备操作电子手册等。用于向用户提供打印服务，进行数据对比分析，帮助操作人员尽快地熟悉设备使用要求，为用户及维修人员快速排除故障等。

4、高温蒸汽清洗机设计中的问题与解决方法

(1)在高温蒸汽清洗机的设计中，前端喷头与蒸汽喷射泵之间的连接需要使用柔性连接，才能保证清洗设备在使用过程中的灵活性。与普通流体介质输送要求不同，高温蒸汽清洗机需要在软质管线中输送高温高压蒸汽。为此需要使用柔软、轻便、挠性好，耐热性高，隔热效果好的多层复合材料来制作蒸汽输送软管。

(2)高温蒸汽清洗机使用环境恶劣，要求电控系统能在冷、热、高湿环境中可靠地工作，智能控制温度和压力，并有漏电保护，故障报警等功能。在设计中使用防护等级为IP65电子器件，采用全封闭结构，并使用手动与电动互为备份的设计，提高了系统的可靠性。

(3)针对部分需要清洗的储油罐存在锈斑以及除漆等要求，而高温蒸汽对于这种清洗需求而言效果不理想的情况。设计了混液喷砂除锈附属装置，可与高温蒸汽清洗机快速连接使用，有效地去除锈斑、漆斑，扩大了清洗作业效能。

采用高速数字信号处理器控制方法，以高温蒸汽为载体快速高效地清洗容器内表面的方法应用于大型油罐的清洗，在工程实践中得到了验证和应用，常规清洗中需要10个工人花费一周时间来完成的清洗工作，使用高温蒸汽清洗机只需3～4个工人，3天时间就可以轻松完成，估测结果表明，采用高温蒸汽清洗机来去除油罐内污染物，清洗效果比常规清洗方法提高30%，用水用电量减少50%，由于减小了洗涤剂的使用，对环境的污染和影响也较常规清洗方法少60%以上。

5、结束语

储油罐内部清洗时，不仅存在清洗工作繁重、清洗难度大、清洗要求高的问题，而且还面临着成本控制和环境保护的问题，因此，需要既能满足清洗需求又能降低清洗成本的现代化清洗技术和设备。同时机械设备修造厂、管道维护管理单位，都普遍存在着生产设备、场地、生产环节上重油污、油垢的清洗等问题，它们需要快速、高压、高温的清洗设备来解决清洗问题。

储油罐高温蒸汽清洗机设计上使用高温蒸汽喷射泵混合发生高温高压蒸汽源，采用高速数字信号处理器，通过外围设备接口，实时采集温度、压力、烟度、浊度等信号，控制清洗蒸汽温度和压力，在清洗面快速形成高压切削和高温融化面，使油泥和污垢迅速受热受压而脱离基底表面，形成良好的清洗效果。不仅适用于储油罐内部的清洗，而且对于各种蒸汽清洗设备的设计具有很好的借鉴作用。