油罐底泥清洗机器人本体设计研究现状与展望

油罐底泥清洗机器人本体设计研究现状与展望

油罐清洗机器人融合了移动技术、控制技术、清洗技术和资源化处理技术，是特种机器人的一种，具有很好的经济性和社会效益。从国内外研究现状出发，分析了油罐清洗机器人的清洗特点，并与国内外清洗系统做简单比较，凸显了油罐机器人开发的必要性、实用性和紧迫性;最后，总结了在油罐清洗机器人的几个技术难点，并提出了油罐清洗机器人近期发展中的特点和研究方向。

1、引言

随着社会的不断发展，汽车的保有量逐步增加，对油料的需求量也越来越大，油库设备的维护工作变得更加频繁。油罐经过3～5年的使用将出现腐蚀、变形、不均匀沉降、排水管不畅等问题，产生大量的油泥和杂质沉淀物，影响油罐的正常存储。机械化清洗为确保储运的安全提供了良好的条件。另外，油品变更时，为避免造成相互污染，也需要对油罐进行清洗。

目前，油罐的清理方式大多采用人工清洗，具有设备少、操作简单和施工成本低等优点。同时也存在以下几个问题:首先，清洗时，油罐油气浓度很难达到2%以下(非爆浓度)，极易因金属的敲击和静电引起爆炸及油气浓度过高引起油气中毒和伤亡等事故;其次，人工清洗对罐底油没有合适的方法进行回收再利用，造成油料浪费和环境污染，给经济和环境带来直接的损失;再者，人工清洗周期较长，容易对油罐造成不可避免的损坏，清洗后不得不对油罐进行防腐处理。因此，开发自动化、智能化和小型化的油罐清洗机器人显得非常必要。

2、国内外油罐清洗系统的研究与应用现状

2.1国外研究现状

油罐清洗的主要方法有:人力手工清洗、热水循环清罐法、热油循环清罐法、化学药剂清罐法及机械清罐法，机械清理法主要分为两种:机器人清罐及同种油喷射方式。

机器人清罐方式比较有代表性的研究是英国NESL公司的MoverjetVehicle，美国PetroleumFer-ment公司开发用于流化和喷击底泥的水力车，英国Surfacecontrol公司开发的真空槽车，拉格比Hydro-vac工业和石油服务有限公司开发的水力推土机罐内作业工具。同种油喷射方式的代表就是日本的Cow清罐系统和丹麦奥瑞克公司的BLABO系统。

2.2国内研究现状

由于我国石化行业起步晚，直到1933年，才开始有人关心原油罐底泥的清除和利用，油罐清洗技术与世界先进水平还存在着一定的差距，许多炼油厂尚停留在人工清泥洗罐的现实生产阶段。1995年高光军等通过对几种原油罐罐底油泥方法的比较后，认为整体加热法清理罐底油泥是一种经济、有效的清理方法。同年WangC和ChenC等人开发了油罐清洗的喷头，具有喷击压力高、能360℃旋转和使用安全等特点。石油天然气管道技术公司在1998年首次进行了油罐清洗工艺在我国的现场应用。

结果表明，比人工清罐具有原油回收率高、无环境污染、施工周期短、安全可靠和机械化程度高等优点。随后，中国科学院力学研究所环境科学与技术中心也在世纪之交进行了罐体油泥自动清理系统研究，通过一个工程的应用，给出了一套能解决油田罐体含油泥砂自动清理及无污排放难题的工艺流程。新世纪，镇海炼化公司首先进行了系统化油罐底泥自动清洗技术的国产化探索。

国内开发的系统可以使油罐底泥中油、泥、水得到有效地分离;用于自动清洗的喷头技术以及离心机在油罐底泥综合处理中的优化配置研究也正在紧罗密布的研制试验中，油罐自动清洗的整套设备国产化是完全可能的，性能和效用上可以达到进口成套装置的水平，价格上却有很大的优势。

3、油罐清洗机器人概述

油罐清洗机器人是特种机器人的一种，用于代替人工对油罐进行清洗维护工作。为实现安全清洗作业，油罐清洗机器人必须具备三个基本功能:安全检测功能、移动功能和清洗功能。

由于油罐油气浓度过高，易发生爆炸，清洗机器人必须配备浓度检测装置和惰性气体发生器，利用惰性气体稀释油罐内油气，确保清洗过程安全。

机器人的移动方式有车轮式、履带式和步行式(分两足和多足)等多种形式。车轮式移动速度快、控制灵活;履带式对地面的适应性强，越障能力强，但其转向能力较差;步行式移动速度慢，但承受能力大。根据不用的移动方式可以组成多种不同形式的移动机器人。油罐清洗机器人采用车轮式移动方式，主要是看重车轮式的移动速度和控制灵活性。

清洗工艺的选择决定清洗的速度及效果。主要方式的清洗有:高压水射流清洗、声化除油清洗和化学除油清洗等。高压水射流清洗与传统的高压水冲洗、化学、机械、人工等清洗方法相比，具有不腐蚀被清洗的物体，不污染环境，不会损坏被清洗物，清洗效率高、质量好、成本低、节能和操作简单，易于实现机械化及自动化控制，能够在有毒、有放射性、易燃、易爆条件下安全清洗。超声清洗也被称作“无刷擦洗”，其利用超声空化产生的局部高温形成蒸汽型空化，对污层直接反复冲击，一方面破坏污物与清洗件表面的吸附;另一方面也会引起污物的疲劳破坏与工件表面脱离。超声波不仅本身有很强的清洗作用，还能明显促进化学清洗的进行。化学清洗主要是利用化学药剂进行油水分离，其操作简单，但效果不如其他清洗方式。

现有的清洗系统，在功能上能够符合清洗的要求，但仍存在不足:首先，开发的系统不能实现清洗的自动化和智能化，清洗速度较慢;其次，设备体积过于庞大，操作复杂;更重要的是清洗人员的安全问题没有得到解决。油罐清洗机器人却能很好的解决这些问题。传感器装置的应用能较好的解决清洗过程自动化和智能化的问题;不需要人工进入油罐，可以有效防止油气中毒和爆炸引起的伤亡事故;而且能将底油回收，节约清洗成本，避免造成环境污染，实现安全、健康、环保式清洗。具体如表2所示。

4、油罐清洗机器人的技术难点分析

由于工作环境及任务的特殊性，油罐清洗机器人的总体设计要求比较高，目前还处于实验室研究阶段，离实用化还有一定的距离。缩小尺寸、降低造价和安全高效地工作是机器人市场化的首要目标。还需解决以下技术难点。

(1)安全技术:油罐底部环境复杂，油气浓度较高，要求机器人能自动检测油气浓度，并注入惰性气体，准确测量油气浓度，防止意外事故的发生。

(2)移动技术:移动机构需小型和高效，使机器人具有便捷移动功能，可灵活调节行走速度和方向。

(3)控制技术:控制机器人的整体工作，各部分的协调配合、故障诊断和综合管理，要求控制灵活、可靠。

(4)遥控技术:要保证信号远距离通讯的实时性和可靠性，实现机器人的灵活控制。

(5)清洗技术:设计安全有效的清洗机构，达到令人满意的清洗效果。

5、结论与展望

随着国家对大型油库建设、能源紧张和环保问题的日益重视，人工清理油罐已经不符合社会发展的客观要求，必须研究封闭式、无需人工进出油罐的全自动的清洗设备，提高原油的回收率和清洗效率，提高油罐的清洁度，减少油污、污水和废气对环境的污染，实现安全、健康、环保式清洗，自动化、智能化、小型化清洗成为发展的大趋势。油罐清洗机器人的研究符合发展的要求，具有广阔的应用前景及应用价值。