常用施工设备工具介绍系列清洗技术培训教材

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第一章高压水清洗技术 一、基本概念： 射流是指一束从小口径孔中高速射出的流体，作用在材料上，可以其所具有的足够能量进行材料清洗、剥层、切割。高压水射流就是将水射流的动能变成出去材料的机械能。 高压水射流清高压水射流清洗技术是传统的水射流冲洗技术的最新发展，是随着高压水射流技术发展起来的高新清洗技术。 国内外水射流技术现状 自 20 世纪 70 年代高压水射流清洗技术问世以来，由于有广泛的通用性和对环境无害性，在清洗行业中异军突起。应用的领域有：石油、化工、煤炭、冶金、航空、航天、交通、铁路、船舶、海洋、建筑、轻工、机械核工业等领域。 我国：化学 70 ％左右 高压水射流 20 ％左右 超声波 5 ％左右 PIG 3 ％左右 其它 2 ％ 发达国家：高压水射流 80 ％ 美国 ：高压水射流 90 ％ 化学 5% 1 、高压水射流清洗的技术特点 高压水射流清洗与传统的水射流清洗、机械清洗以及化学清洗方式相比具有以下优点。 a. 选择适当的压力等级，高压水射流不会损伤被清洗的基体。 b. 高压水射流清洗不会造成二次污染，清洗过后如无特殊要求，不需要进行洁净处理。 c. 能清洗形状和结构复杂的物件，能在空间狭窄或环境恶劣的场合进行清洗作业。 d. 高压水射流反冲力小，易于实现机械化、自动化以及数字程控。 e. 高压水射流清洗既用水又节水，清洗能力强，工作效率高，使用成本低。 f. 高压水射流清洗用途广泛。不仅能清洗物体表面、疏通管道、进行涂装前的表面预处，而且能防锈除锈、清除附着的海生物以及钢坯除鳞、铸件除毛刺等。 2 、高压水射流清洗压力等级 低压： 0.5 － 20MPa 中压： 20 － 70MPa 高压： 70 － 140MPa 超高压：＞ 140MPa 二、高压水射流清洗设备与基本部件 1 、高压水清洗设备 清洗机主机 组成 ：高压泵，电机（电控柜），柴油机（油箱、电瓶），调压阀，溢流阀，安全阀，压力表，减速箱（通常与泵头一体称为液力端，动力端），水过滤器（初级 40 目，精过滤 80 ～ 100 目），水箱，供水管路，供水泵（大于 100MPa ） , 机架或车架（棚）等。 2 、附件 电缆、电控脚阀、高压管、刚性枪、气动旋转喷枪、挠性喷枪、各种枪头、二维、三维旋转喷头、地面清洗机。 主要附件 高压管 安全阀 地面清洗机 换热器自动清洗机 刚性枪旋转清洗器 船体除漆机 3 、喷嘴： a. 喷嘴的内部形状和特点：圆锥收敛形、圆锥带圆柱段形、收敛扩散形、喇叭口形、流线形。 b. 喷嘴的材料：宝石喷嘴、碳化硼、铜、不锈钢、轴承钢、渗碳钢、合金钢。 c. 喷头喷射基本形式：直射喷头、扇形喷头、前方喷射喷头、后方喷射喷头、前后方喷射喷头。 喷嘴参数 为使喷嘴性能先进，要考虑 五要素 ：结构、材料、尺寸、加工、检验。 各式各样的喷嘴 各式各样的喷嘴 各式各样的喷嘴 容器清洗用喷头 高压水射流压力调节与控制 安全阀 调压阀 4. 高压柱塞泵介绍 分动力端和液力端。和离心泵相比输出排量不大，但压力较大。往复泵的流量与压力无关， 主要取决与泵本身的动力、强度和密封性能。 柱塞泵图片 电机或柴油机驱动 主机 5 、国际国内的生产厂家 国外：德国 乌拉卡 URACA 、哈默尔曼 Hammelmann 、法尔师 falch AMATK 沃马 美国 福禄 FLOW NLB JETSTREAM 日本杉野 国内：北京亨必通、荣盛、天津通洁、上海沃玛 哈莫尔曼高压水清洗设备 乌拉卡超高压清洗设备 美国福禄高压清洗水设备 第二章 超声波清洗 超声清洗技术是通过 20KHz—100KHz 的声波频率，让被清洗工件得到了粗洗和精洗的清洗方法。近年来超声技术发展很快，美国、日本都推出相应的超声清洗设备，国内有大连尼特、深圳市科达、上海杰恩普等生产超声清洗设备。随着应用范围不断拓宽，可清洗矿物质颗粒表面的胶体泥土，锅炉和加热炉的除灰结焦，适用于液晶屏、硅片、珠宝、硬盘及光盘的精密清洗。还可进行有毒，难降解有机污水体的处理方面显示出具有方便、有效的应用前景。超声技术方便、快捷、洁净度高，对清洗表面无损伤，安全环保。如能在工业设备，核退役设备清洗方面开发应用超声技术，将对我的清洗技术带来很大的提高和发展。 一、超声波清洗的原理 声波，是一种机械波，它只能在气体、液体、固体的介质中传播。它的传播速度比较慢，空气的声速约 334m/s ，水的声速约 1448m/s ，钢铁的纵波声速约 5941m/s ，横波声速约 3100m/s ，而电磁波的传播速度为 3×108 m/s ，显然声波的速度仅为电磁波波速的 10 － 5 。 超声波特点：在水中的声强要比空气中的声强大 3600 倍。人耳听到的声音频率为 16 － 20000Hz 左右。低于 16Hz 的叫次声波；高于 20kHz 的叫超声波。 二、超声波清洗的应用领域 精密超精密工业清洗是要洁净高，设备技术含量高。近年来，一些新型的清洗技术和设备逐步得到开发和应用，如真空清洗，等离子清洗、紫外／臭氢清洗，激光清洗．干冰清洗等崭露头角，展示了良好的效果和应用前景。精密工业清洗所需要的清洗设备，清洗剂和清洗技术，目前已经基本可以立足国内，完全可以满足我国清洗行业的需要。 2005 年精密超精密工业领域清洗设备和清洗剂的生产销售仍将以 30 ％一 50 ％的速度高速增长。一方面是国内需求的不断扩大、包括淘汰 ODS 和实施 IS014000 体系出现的替代设备需求，以及大量的新建和扩建工厂采购新的清洗设备；另一方面，随着我国清洗设备生产厂家技术水平和设备质量的迅速提高，价格优势更加明显，外资企业开始大量采购国产清洗设备，大批质优价廉的中国制造清洗设备出口国外，今年还将出现几十家新的设备制造企业，包括一些国际知名公司到国内直接设厂或加工基地。市场竞争更加激烈，企业间的联合或并购成为增加直接竞争力的重要手段。真空清洗等一些新型清洗设备和技术，开始批量生产和应用，一些大型的自动化清洗装置进入汽车等生产领域。今年，各行业对清洗技术和清洗设备的需求依旧强劲，并形成以下几大热点市场： ① 电子信息领域：全国各地的开发区，在很长一段时间内，主角绝对是电子信息产 业．新建项目和发展重点，大都是电子类产品，伴随着国外企业将生产加工基地向国内转移。今年将有大批的电子工厂和生产线新建或扩建， 需要大批的清洗设备。超精密工业清洗设备和高附加值设备的比例逐步加大，其中重点领域包括：通信产品，电脑及部件、半导体、液晶及光电子产品。 ②汽车：巨大的市场需求，带动了中国汽车工业的高速发展，这与世界其它地方的不景气形成了鲜明的对比。现在全世界的汽车厂商都渴望到中国设厂。一些零部件生产厂商也大批进入国内，独资、合资建厂。汽车及零部件生产普遍需要精密清洗。对清洗技术和清洗设备提出了新的要求。研发适应汽修行业零部件清洗的超声专用设备很有必要。 ③医疗器械：医疗器械如注射器，手术刀具等在生产过程中不但要精密清洗．还要通过人体实验．注射针头属于深细空清洗．难度很大，一般都是使用氟里昂清洗．在最后还要用氟里昴作为分散剂，在针头表面均匀覆盖一层硅油，以减轻针头刺入皮肤时的疼痛感。 CFC-113 的控制使用和消费量的减少，给全国 100 多家这类生产企业造成了生存上的危机。到现在，尚无比较理想的替代技术和配套设备。 ④光学：各种光学产品和部件，如照相机镜头。大屏幕背投电视镜头。幻灯机，投影机镜头等仍需求强劲，今年将有多家企业新建或扩建．这些产品对清洗设备的要求很高。适合光学清洗的技术和设备可以得到丰厚的回报。 随着高科技大量涌进工业领域，清洗手段不断得到发展。为了提高清洗效率和清洗质量，针对不同的清洗对象，专用清洗装置正在逐步形成。当前，我们不但要注意高科技在清洗机械的应用，重视专用清洗机械和设备的设计、研制和生产，还必须了解其发展趋势，深入实际，摸清情况，把握好重点，优先进行开发，不断开拓新的清洗领域。 三、超声波清洗的参数选择 1 、功率：超声波清洗的主要参数，是清洗池内被清洗件表面处的功率密度大小。功率过大可提高清洗效果，但也会使较精密的零件产生蚀点。功率太小即使花很长时间也不会有明显的清洗效果。 2 、频率的选择：超声清洗的频率一般在 20 － 100kHz 之间，当然还有兆赫级的超声清洗，其频率达到了 0.8 － 1.0MHz 的范围。一般用 15 － 30kHz 的超声波，对于小缝隙、间隙、深孔等表面形状复杂的零件，则用高频，一般 40kHz 以上较好。半导体硅片清洗则用兆赫级。 3 、清洗笼的使用：频率为 28kHz 时，使用网眼大于 10mm 的网笼较好。 4 、清洗液温度选择：最适宜的温度为 40 － 60℃ 第三章 PIG 清洗技术 PIG 技术简介 PIG 是由特殊聚氨酯材料制成的形状如子弹的清洗材料。具有以下特点。 1 、收缩性强 选用材料密度范围 0.032-0.128g/cm3, 收缩比可达 35 ％，因此 PIG 具有很强的通过性，可以通过变径管、 90° 弯头、 180° 回转弯头、阀门、管接头等处。 2 、强度高 采用不同的高分子弹性材料的混炼，以及异种高分子弹性材料的包覆外层，因此表面强度高能在较高压力和温度下进行清管而不损坏。有些 PIG 表面还装有钢刷、铁钉等突起物，使其能够清洗硬垢而表面无损坏。 3 、尺寸规格齐全 PIG 直径尺寸范围为 5 － 3000mm ，常用的 PIG 系列外径尺寸差仅 1/4 寸，配合以不同密度、不同表面包覆物的变化，完全可以适用各种尺寸规格管道的清洗。 4 、专用 PIG 种类多 除通用 PIG 之外还有各种特殊功能的专用 PIG ，如探测 PIG 、中心有旁路通孔的旁路 PIG 、磁力 PIG 、除焦 PIG 、隔离 PIG 等。 一、 PIG 系统 由 PIG 、发射器、接收器、检测系统、动力源及推动介质 二、相关检测系统 1 、压力监测装置 2 、 PIG 定位装置 3 、 PIG 通过指示器 三、动力源及推动介质 1 、动力源：离心泵、柱塞泵、空压机 2 、推动介质：水、空气、油或其他输送流体介质。 清洗实例 1 、 PIG 的选择 对于新管道的除锈扫线，一般采用 AB 型 PIG 和 ACC-WB 型 PIG 相结合的方法来清洗。 2 、清洗范围 需清洗管线的规格、长度如下： 管线名称 材质 规格 长度 清洗方法 醋酸外管 不锈钢 8 ＂ 15KM PIG 甲醇外管 碳钢 8 ＂ 15KM PIG 3 、清洗前的准备工作 a. 选择 PIG 的类型： 根据详细分析、论证，我们决定采用 AB 型 PIG 和 ACC-WB 型 PIG 进行清洗。 b. 制作、安装 PIG 发射器： PIG 发身器的主要作用为 PIG 进入管道内运行导向，并作为动力源入口。 PIG 发身器根据管线现场的实际情况不同可有多种形式。其基本形式为两端直径不同带有一定锥度的圆柱体。直径大的一端一般比被清洗管道内径大 20-50 ％，以便于 PIG 装入。直径小的一端与管道内径相同。长度为所发 PIG 长度的 1.5-3 倍。 采用如下图所式的简易发射器。 PIG 接收器 在清洗前提前安装好 PIG 发射器。 PIG 接收器安装在清洗管道的末端，回收清洗后的 PIG 。 相关检测系统 (1) 压力监测装置 清洗过程中需密切注意管内压力的变化，由此可判断管线内结垢情况和 PIG 运行状况。压力表是最常用的压力显示仪器。清洗过程中，如压力表读数稳定，表明 PIG 在管内运行平稳，垢层分布较均匀；若持续上升，则有 PIG 被堵塞的危险。压力表读数的变化与 PIG 在管内的运行状态是相对应的，所以清洗过程中应始终注意压力表读数的变化。 常用的压力监测装置还有压力记录仪等。 记录清洗过程中压力变化，可以为分析清洗过程、管内结垢及清垢状况提供可靠的依据。当清洗过程中出现问题时，通过分析压力记录结果，可以判断 PIG 运行状况，为确定阻塞位置提供依据。并且可以为其它的清洗工作提供可比数据。对于本次清洗来说压力监测装置用压力表即可。 (2)PIG 定位装置 PIG 定位装置可以将地下管道中运行的 PIG 与地面探测器实现有效的联系。安装在 PIG 体内或被 PIG 拖拉的信号发生器发出的低频信号可以克服管壁和土壤的吸收衰减，被地面的接收器有效地接收，从而可以比较准确地判断 PIG 运行状况或停滞的位置。本次清洗 PIG 定位装置选用我们从德国进口的定位仪器，它的连续工作时间为 170 小时，有效接收范围为 9 ～ 12m, 信号发射频率为 20Hz 。 动力源及推动介质 动力源是提供适宜的推动力来推动输送介质。对于该管线来说，最适合的动力源是压缩空气。利用空压机压缩空气产生推力来推动 PIG 运行。 阀门及管道附属设施的拆除和处理 对于 PIG 清洗来说，闸阀在常开状态不影响 PIG 运行，但是蝶阀 PIG 不能通过，所以在清洗前要对管线上所有的蝶阀和其他影响 PIG 运行的附属设施的数量、规格进行统计，统一拆除后再用同等规格的闸阀或者短节连接。 4 、公用工程准备 由于 PIG 清洗用压缩空气做动力源，所以公用工程主要是压缩空气。 5. 清洗操作步骤和监测方法 清洗操作步骤 : 打开发射器盲板 ; 把 PIG 从发射器塞入管道 ; 拧紧发射器盖 ; 打开空压机控制阀 PIG 开始在管内运行 , 同时沿途跟踪定位 ; PIG 出来后调整尺寸重复下一次发射至清洗结束 . 监测方法 根据管线的具体情况 , 每隔 500 米─ 1000 米选择一个合适的位置作为跟踪点 , 或者选择特殊位置 ( 如阀、井、最高点、最低点、三通处 ) 作为跟踪点 . 在清洗前对确定的跟踪点编号 , 每个监测人员安排几个点在施工时用车来回运送 , 依次从出口到末端更换跟踪位置 . 确保 PIG 的运行在控制范围内 . 如超过预定时间 15─30 分钟 PIG 未到达预定地点 , 则抽调机动检测人员在卡定的两个区间内移动查找定位 . 6 、清洗施工过程 本次清洗主要分三个部分进行： 1 ．探测阶段：准备工作就绪后，先发射一枚探测 PIG （带跟踪器），探测 PIG 尺寸应与管线现有通径相同或略大一点。在探测 PIG 运行过程中，沿途每隔一定距离设跟踪点， PIG 通过后记录时间，待 PIG 出来后根据记录的结果计算其运行速度，同时根据 PIG 本体的磨损情况来制定进一步的清洗计划。 2. 除锈阶段：在这个阶段发射 ACC-WB PIG ，除去管线内沉积的垢和管壁上附着的氧化铁等污物。 3. 吹扫阶段：除锈结束后再发射一个或者几个 PIG 把管道内残存的杂质推出，从而达到理想的清洗效果。 另外在施工过程中 PIG 的跟踪、定位应及时准确，确保发射计划顺利完成。 第四章 化学清洗设备 1 化学清洗泵站 泵站的设计知识： 泵站是清洗工程最常用的清洗设备，因此为了确保清洗工程质量，就需要按照清洗工程的装置设备的情况来设计清洗泵站。下图是一个中型清洗泵站的图片： 中型全自动泵站 常规的泵站设计要点和注意事项： ⑴ 清洗泵的选择要满足被清洗设备的清洗要求，这方面主要是扬程和流量的要求。同时在考虑泵的扬程、流量时，还应考虑清洗泵站的用电负荷。必要时考虑备用泵。清洗泵的扬程和流量的选择，计算方法参见清洗泵扬程、流量的选择方法及依据部分。 ⑵ 清洗泵站设计时，要设计有温度监控、压力监控、流量监测、流速监测、监视管段和清洗取样的部位。 ⑶ 清洗泵站的管路部分的设计要求及要点见清洗泵进口设计及操作要点部分。 ⑷ 清洗泵站的控制阀门部分的各种阀门，应确保安全性和操作简便。 ⑸ 清洗泵站的清洗箱应满足清洗时循环要求：标高及液位能满足清洗泵的吸入高度，防止抽空。箱内配有蒸汽加热装置，在箱底的最低处设计有排污口，在泵的进液口部位应设计有过滤装置。 ⑹ 对清洗泵站一般设计有清洗回路、自循环回路，具有正反向切换功能。 ⑺ 对清洗泵站的整体设计，结构合理且牢固，便于装卸和操作。 国内先进的化学清洗设备 —— 全自动化清洗泵站 长期以来化学清洗一直沿用着配液槽加清洗泵的简单设备。因此在清洗操作中存在着劳动强度大、操作环境差和清洗数据资料误差大等诸多弊病。蓝星公司研制开发的新一代全自动清洗泵站是全国第一台全自动化的清洗设备，对提高我国清洗工业装备水平具有重要意义。该设备造型美观、操作简单、自动化程度高、清洗控制程序化、清洗操作数据化，从而减少了操作失误，极大的提高了工作效率、降低了劳动强度，并能有效保证工程质量。 喷淋清洗 喷淋头的制作及使用 根据以往清洗现场所遇到的储罐类容器来看，常见的有 10000m 3 、 5000 m 3 ~1000 m 3 、 1000 m 3 以下等几种。在清洗施工中为节约原材料降低成本，储罐类容器一般采用喷淋方式进行清洗，而这种清洗方法需要根据储罐的不同形状及尺寸制作不同的喷淋头；现就喷淋清洗中常用的几种喷淋头的制作及使用加以简单说明。 1 、以 10000m3 及 5000 m3 储罐为例：此种储罐的直径较大一般在 20~30m 之间，这样除了要制作旋转喷头之外还需制作喷淋架。 喷淋头组成 如图 1 所示喷淋头主要由旋转腔和喷淋腔两部分组成。旋转腔主要由进液法兰、进液管、盘根压盖、盘根、推力轴承、轴承挡板、轴承托盘、旋转腔管和旋转腔接口法兰组成；喷淋腔由喷淋腔接口法兰、喷淋腔管、加固板、喷淋管、喷淋架接口法兰、支撑架定位管、支撑架接口法兰组成。 喷淋架由罐顶喷淋管、管壁喷淋管、喷淋管支撑架、拉杆和拉杆定位板组成，如图 3 所示。喷淋架的长度一般由储罐直径决定，两侧喷淋管距管壁 2 米左右，如果距离太近喷射到罐壁上的水流有一部分会被反弹，影响喷淋效果。喷淋管两侧的加强筋及支撑架、拉杆的作用是防止喷淋架在吊装及清洗过程中因重力或其它应力作用而产生变型。另外每根喷淋管上有一排喷淋孔和一排推力孔，分别位于喷淋管的正上方和正侧方，推力孔长度不能超过喷淋管长度的一半，如图 2 所示。 制作此种喷淋头和喷淋架所用材料如下： 无缝钢管 Φ 108 × 4 1 米（喷头进液管） Φ 159 × 4.5 1 米（喷头旋转腔和喷淋腔用） Φ 38 × 3 30 米（喷淋管支撑架用） Φ 56 × 3 40 米（罐顶及管壁喷淋管用） 角 钢 30 × 3 50 米（拉杆用） 钢 板 8mm 0.5m2 （拉杆定位板用） 10mm 0.5m2 （轴承托盘及加固板用） 钢 条 30 × 3 80 米（拉杆用） 法 兰 6 寸 4 片（喷头旋转腔和喷淋腔用） 4 寸 1 片（喷头进液管） 2 寸 8 片（喷淋管） 1.5 寸 12 片（喷淋管支撑架用） 弯 头 2 寸 2 个（管壁喷淋管用） 推力轴承 4 寸 2 个（一备一用） 盘 根 10 × 10mm 1 米（旋转腔密封用） 第五章 其它清洗技术 一、干冰清洗技术 该技术是目前国际上发达国家已经使用的一项先进的工业清洗技术，应用范围非常广泛。具有很多优势，颇具发展前景。 干冰清洗技术的工艺原理： (1) 利用极低温的干冰颗粒，喷射向处理物、使其表面的污垢冷冻至脆化及爆裂。 (2) 当干冰粒钻进污垢的裂缝后，随即气化，其体积瞬间膨胀近 800 倍，从而把污垢带离物体表面。 干冰清洗技术的优点： -- 不损伤模具，不留下任何残留物。 -- 可以清洗细小排气孔，这是其它任清洗方法无法做到的。 -- 不污染环境、对操作人员无毒、无刺激。 干冰清洗技术的主要设备： （ 1 ）干冰机：生产干冰清洗用的干冰颗粒 （ 2 ）干冰清洗机：喷射干冰颗粒 （ 3 ）喷嘴：不同的喷嘴清洗不同物体。 二、空气爆破清洗技术 市政供水、污水处理、运河、水渠排量的恢复一般不允许用化学清洗的方法进行处理，主要是担心化学残留物造成二次污染，在野外作业中，有时电源和水源是很难解决的问题。在这种情况下，使用空气爆破除垢技术就可以避免这些问题。 三、水气脉冲清洗技术 气脉冲清洗技术是以压缩空气为动力源，以水为清洗介质，由空压机送出的高压气流，通过脉冲震荡发生器，与水一起形成脉冲和高压水气流。脉冲随水气流向下继续传播，使管内形成高速水气湍流，伴随管道内硬性杂质（如砂石颗粒，铁锈渣等），使管道内壁产生冲刷和喷沙效应，促使附着在管壁上的软垢脱离，并随着水气流从末端排污口排除。气脉冲技术特点：    - 不使用任何化学清洗剂，对环境无污染；    - 操作简便，不破坏管网系统，只要在管网的适当位置找一个输入气脉冲的入口和排污口既可施工；    - 作业距离长，效率高。一次清洗可达 1000 米 —2000 米；    - 适应性强，可清洗管径范围在 DN25—DN1000 ，可在各种复杂管网条件下施工；    - 工期短，只要做好施工前的准备工作，一般在 4 小时内可清洗 1000 米左右的管道。     - 该清洗技术特别适用于自来水系统、供暖系统清洗。 四、激光清洗技术 激光清洗技术激光由于其单色性、方向性、相干性、高亮度等特殊性能已在工农业生产、科研、医疗、国防建设各方面得到广泛应用。采用 TEA-CO2 激光器为光源，美国科学家用激光器来清洗航空器上的油漆和铁锈，法国科学家用来清洗城墙。在其他清洗方面的应用也有很大发展，在文物和古建筑，精密部件，核反应堆的构件及环境保护方面都有应用。目前国内在激光清洗方面的应用还是一片空白。我们加大此领域的应用开发，将会有很好的市场前景。 谢谢！ 欢迎提出宝贵意见和建议 !