内浮顶储油罐清洗机器人的研究现状与发展

内浮顶储油罐清洗机器人的研究现状与发展

摘要：根据内浮顶油罐清洗机器人的工作环境，为国内外研究现状机器人内浮顶储罐的功能要求进行清理的综合分析。清洗槽包括移动机器人的设计结构分析装置，进油箱结构分析装置，用于分析和清洗;控制系统包括通信分析，控制分析，路线规划及分析等控制策略。国外比较性能NESL，Landary和其他公司的产品，国内产品缺乏证据的设计经验，没有匹配的脐带电缆，收放线机器人和远程控制无人缺乏理论分析和实验验证，行走性能和清洁效率改进和优化。对于安全，环保，高效的内部方面浮顶油罐清洗机器人，低成本将是未来的发展趋势。

关键词：内浮顶储油罐清洗;

根据国家规定，原油、成品油储罐大修间隔5ー7年，油品大修或更换前必须进行清理，储罐内积存的污泥必须定期清理回收。 油罐清洗技术先后经历了人工清洗和机械清洗两个阶段。 随着油罐清洗作业的安全性、效率、成本和环保要求的不断提高，油罐清洗机器人技术作为一种无需人工进入油罐的清洗技术，在国内外受到越来越多的关注。

1、作业环境和功能要求

早期清洁机器人主油箱用于原油罐，罐内也是相对简单的结构;为“储油空气污染物排放标准(GB20950-2007)”国家标准这种引入实施例，为了降低蒸发损失和空气污染的问题，浮顶储罐中广泛使用的各种仓库。根据行业标准和国家标准GB50341-2003 SH3046-1992预定的，浮顶储罐到开放式水箱壁具有至少一个人孔钢，罐人孔直径的壁不小于DN500以下，中心高度650之间〜915毫米;浮盘在成品油中的浮顶储罐的数由浮动盘高度的底部不支持小于1800毫米支柱的后排空水箱，浮盘支杆间隔开约千毫米，大多浮板和铝支柱结构，强度不易发生变形;在另外有罐底和出油管，扩散器，管，加热器，充气管和其它附件的量。当罐充满雾操作，暗视力模糊，图像传感器不能正常运行位置时，信号容易受到干扰的电磁钢体结构。罐填充有油，如由国家标准易爆场所GB50058-2014和分割区域属于区域0定义罐(进惰性气体，可以适当地降低)，所述箱的区域外，根据所述场景可以被分成区1区，2区或安全区。

根据清罐机器人的工作环境，提出以下功能要求：

(1) 机械结构简单紧凑。它可以保护和清洁照明摄像设备。它可以组装不同的清洗模块。它具有牵引力大、承载力强、油泥少、清洗效率高、防静电、防碰撞、防腐蚀、防沉等能力。

(2)能够实时监控工作环境，实时定位，跟踪预定轨道，自主避障。

(3)最大速度0.15米/ S，转弯半径不大于1μm时，不低于20蠕变梯度°，不小于10米行程的深度。

(4) 采用防爆工艺设计制造。

2、结构形式设计

2.1油罐清洗机器人的移动机构研究油罐清洗机器人根据移动机构的形式可分为吸附式、轮式和履带式。 吸附式移动机构的优点是可以在罐壁上行走，适应地形，具有油罐检查、维修、涂装等功能。

根据油罐清洗的过程，提出了一种壁虎式油罐清洗移动机构，具有附着和移动的功能。上海交通大学研发的一种罐壁爬行机器人，由磁盘驱动模块，变磁吸附模块，转向调节模块组成，可用于储油罐罐壁的清洗检测..由于吸附机器人不能承受较大的载荷，其清洗能力较弱，清洗作业主要集中在浮板与罐底之间的内浮顶罐上..吸附机器人清洗效率低。

移动轮机构具有高度的移动和高效率特性的灵活性。 周利坤和描述了一个定向轮清洗机器人，使用三个全向移动机构部三个完整的布局对称抽吸清洁工作，可以类似于吸入路帚清扫机。中国石油大学，“一个沉淀池出水在线清洗装置，它的主体是由一个微型伺服电机驱动的轮式小车的发展，并与车辆的车身底部的喷射部件虹吸管在第一操作以清除污泥确保它平滑运动。轮移动结构及其适应地形障碍物的能力差的能力，转动效率低，在汽油更大的使用更薄的泥沙，煤油罐滴，不适合于较厚的沉积物柴油和粗油罐使用。

履带式移动结构是目前最常用的移动结构。它具有较强的越障能力和地形适应性，能原地转弯，能适应各种类型的油罐。最具代表性的是英国surfacecontrol公司开发的清洗油罐的真空罐车，美国petrolemfem公司开发的流态化和喷射底泥的全液压罐车，由美国海上清洁系统公司开发的工业和由美国L.Andy服务公司开发的遥控自动车。

2.2油罐清洗机器人进罐结构研究

目前主流的履带式机器人清洁罐其主体结构组装和2种变体中的形式大多使用。组装机器人往往通过拆分后沙井投产罐外箱体积大，巨大的机器人的需求，熟练的工人终于发送到槽中，完成组装。橄榄球Hydrovac和石油〜服务有限公司已开发资源罐沉淀被称为推土机(Hydrodazer)洗涤履带式车，汽车保险杠由土方机械桶和该组合物的压力喷射清洗头，液压驱动可以很容易地分解成不同的部分，组装油箱。 “497”，并描述在图中所示的污泥槽清洁机器人系统。 8，轨道的由左，右履带的机械结构，铲，主体和五个模块的头，每个模块可通过进入人孔壁罐中的罐分裂，这种模块化设计来解决的问题的机器人进入罐。装配机器人需要使用外接电源，可以运到水箱内各部分，当保安人员需要被组装成箱，不仅费时而且存在安全隐患。

在折叠配置依赖于自身实力，进入罐的内部通过槽井壁，然后延伸至展开配置清洗作业。英国开发公司所谓的远程控制NESL清洁小车。液压驱动，并且在由两个液压缸驱动所述连杆机构在机箱的前部的底部被改变用于提升和测头保持器，从而实现了形态变化。美国Landary服务开发的自动折叠罐车，由液压缸驱动，而连杆机构可以改变测头的位置和歌唱履带底盘。在机器人的机械结构，液压系统和控制系统的形式变化较为复杂，但可以达到非工作人员进入水箱清洗作业，帮助自动化控制，提高了真正意义上的效率。

2.3油罐清洗机器人清洗装置研究

所述清洁装置决定所述机器人携带机构的形式。 根据所采用的清洗技术，常见的清洗装置可分为三类:

用于机械破碎沉积物的工具，用于通过高压水射流将沉积物流态化的各种喷头，用于吸入沉淀物的固液混合物的吸入泵..清洁机器人只能携带一个设备或几个设备使用。英国NESL公司开发了一款Comebi Moverjet轿车，它的喷嘴固定在云台上，可以灵活地控制水射流的方向，流化后的沉淀物通过安装在底盘前端的吸嘴拉出。由新加坡Envi-m-Farce公司研发的“水槽清洗跟踪器”搭载了一台移动式污水泵，该泵在前部装有一个动力螺旋切割机，可以有效地将沉淀物分解。流态化的固液混合沉积物通过工具后面的通道从储罐中吸出，以供下一步使用。由意大利Germtto Federico公司研发的Lombrico迷你吸嘴挖掘机，由工业吸尘器，微型挖掘机和摄像机照明设备组成，有一个特殊的吸嘴，可以在挖掘时吸到沉淀物..

三种清理方式，并抽污水泵头可以更好地完成清洗槽;破碎机工具，在厚厚的泥沙原油罐区常用的，而不是成品罐。

3、控制系统研究

考虑到机器人所处的环境是爆炸危险的场所，所使用的电气设备必须是防爆型的。由于早期防爆产品的缺乏和昂贵的价格，以及国内外浮顶储油罐结构的不同。国外公司如Nesl开发的遥控清洗车、意大利gerato Federio开发的lombrico微吸挖掘机、landary service公司开发的遥控自动车均采用液压驱动、有线通讯和遥控的方式。当机器人进行工作时，它携带CCD摄像机、LED灯、可燃气体传感器和氧传感器。在位于安全区域的控制室内，操作人员通过车载摄像机监视机器人的运动状态和清洗效果;观察机器人在罐内的位置，通过在人孔或浮板上增加一个全局摄像机来确定清洗区域;并通过可燃气体传感器和氧传感器实时检测罐内油气和氧气浓度，确保操作安全。

根据图像采集和显示装置的情况，机器人可以手动操作行走和清理，也可以按照设定的程序自动行走和清理。 周利坤等“全方位移动式清扫机器人”包括通信传感器单元、控制单元和电源单元，通信传感器单元可以检测机器人周围环境和各种信息。

并反馈给远程控制单元：所述控制单元包括手动控制模块和智能控制模块..

随着技术爆炸的不断发展，大量防爆产品出现，为机器人选定型号的电气设备的逐渐增多，对系统的控制可能在储罐先进的控制理论与技术，计算机技术的清洁机器人的应用。我们的清洁机器人控制研究坦克和行走路径规划控制策略进行，提出了全覆盖覆盖路径规划方法和评价指标的闭环控制策略，基于一些电动液压PLC。

4、总结与展望

早在1986年，各种内浮顶油罐清洗机器人就已投入使用。许多提供高质量清罐服务的企业都设计了基于机器人技术的先进的非人员清罐系统，并在实践中取得了良好的效果。由于国内外对内浮顶油罐结构的不同(国外没有浮板支撑)和运行管理的要求(国外可通过插入惰性气体保证油罐为1区)，家用机器人的操作环境相对比较恶劣。虽然国内在清罐机器人领域的研究取得了一定的进展，一些线路提出了行走和控制方案，并开发了相关的样机，但并不适合内浮顶油罐相关产品的商业应用。机器人清洗行走装置对罐内复杂环境的适应性、清洗效果、控制性能、安全保障和经济效益有待进一步研究。总的来说，我国坦克清洗机器人技术正处于研究和探索阶段。

对于我国内浮顶储油罐清洗机器人研发而言，仍有一些亟待解决的难题：

(1)防爆设计。避免发生静电集聚，避免产生碰擅火花，机器人进罐应有引导机制，防止与人孔碰擅，机器人进人危险区域内携带的电气设备需要达到相应的防爆等级，电气连接符合防爆型式的要求，减少电气使用并尽量避免中间接线。

(2)脐带缆的设计及收放缆控制。机器人拖换的脐带缆需要具备耐磨、耐疲劳、耐腐蚀、防静电、抗拉的特点;同时脐带缆的收放要匹配机器人的控制，机器人行走过程中应当避免摩擦、碾压和缠绕脐带缆。

(3) 远程无人控制。实现机器人工作状态的实时监测、故障诊断和抗干扰通信，合理规划路径，独立可靠避障。

(4)行走性能及清洁效率。 本实用新型能够适应复杂地形，实现底泥的高效清洗和清洗机构参数的优化。