清洗系統的概念

為保證清洗過程各工藝條件的準確實施和連續正常，一些藥劑存放、配制的箱體或罐箱以及管道閥門、泵體與被清洗的設備構成一個臨時的體系，以滿足設備清洗過程中的若干要求，這一系列設備稱為清洗系統。

清洗系統設計的共同原則

由于設備結構布置特點、參數高低、熱力系統復雜程度、釆用的清洗介質以及積垢量和分布位置等的不同，要求提供的清洗系統大小、復雜程度亦有所差異。盡管每臺設備清洗時所釆用的清洗系統都不盡相同，但是設計清洗系統時均應滿足下述要求：

（1）提供給清洗系統中的熱源、水源和電源應充足并安全可靠。

（2）采用循環流動劃分清洗回路時，應力求各回路中的介質流速相差不要太大，并力求流過清洗面流速均勻。盡量避免清洗系統中的局部區域因流速過高而造成沖擊腐蝕。

（3）在不影響清洗效果的前提下應盡量簡化并便于各項清洗操作。

（4）為保證清洗循環泵的連續可靠運行，清洗系統中最好設置備用泵。清洗泵盡可能選用耐酸泵，可用普通水泵代用，但使用時泵殼及葉輪應涂刷防腐耐酸涂料進行保護。為保證軸封嚴密，最好用外部加壓水密封。盤根處應加裝油浸柔性石墨盤根，或用聚四氟乙烯浸泡過的盤根等。

（5）清洗系統的熱源必須來自于表面式或混合式蒸汽加熱器。在酸洗除垢過程中，嚴禁采用設備自身加熱清洗液，以防受熱面局部過熱及產生氫氣，引發爆炸事故。

（6）清洗系統的沖洗系統可以借用設備的給水系統。排放清洗廢液時應用單獨的、有廢液處理措施的排放系統，酸清洗不經中和或稀釋處理不可以直接就地排放。

（7）清洗系統要力求簡單，應避免死區與“盲腸管”，要求閥門布置便于操作，取樣管和儀表集中，便于監督。

（8）為清除清洗下來的鐵銹沉渣，清洗系統內應設置一定容積的清洗箱。清洗箱的標高及液位應能滿足清洗泵的吸入高度（清洗泵出口與泵吸入口的位差至少應有2m），以防泵抽空，清洗箱一般可用疏水箱代替或另行制作。清洗箱上可設有加熱、攪拌、過濾、排污以及水沖洗等裝置。

（9）清洗泵入口側（或清洗箱出口）應裝濾網。濾網孔徑應小于5mm，有效通流截面積應大于入口管截面積的3倍。安裝泵進出口管道時，應考慮熱膨脹補償措施，不使水泵承受過大的推力。

（10）清洗系統中必須有足夠的取樣點，以便能及時準確地取出清洗箱、進酸管、回酸管等處的清洗液樣品，切不可在流量表或水位計處取樣。

（11）安裝在清洗系統中的臨時管道中不得有砂石或其他雜物。水平設置的臨時管道，朝排水方向傾斜不得小于1/200。應按永久管道質量要求檢查臨時管道焊接質量。焊接部位應位于易觀察處，焊口不宜靠近重要設備。臨時管道的直徑選擇以流速小于5?6m/s為原則。

（12）化學清洗系統加藥方式可有以下幾種：

a.清洗回路充滿水后，先進行循環，然后向清洗回路加入藥品，邊循環邊配藥。

b.采用開路法清洗時，將藥品按一定比例的用藥量打入正在運轉的給水泵出口或清洗泵出口。

c.在溶藥箱內配成一定濃度的藥液，再用清洗泵送入清洗系統。

對清洗系統的評價方法

對一個清洗系統的優劣，主要從以下幾個方面進行評價：

1.經濟性

特別是一般工業清洗領域，對經濟性要求十分突出。

2.效率和省力性

希望清洗系統效率高而且具有省力的優點，即能進行自動化操作，盡量縮短工藝流程、降低勞動強度和生產成本。

3.可靠性

要求清洗系統的清洗質量穩定，能保證達到規定的洗凈程度的要求。

4.對清洗對象的影響

要求清洗過程對清洗對象造成的損傷盡可能少，并且不能產生對清洗對象的二次污染。

5.保持良好的生產環境

要求清洗系統能保持良好的生產作業環境，使工人的健康和安全得到充分的保證。

6.有利于對自然環境的保護

要求清洗系統必須能夠防止清洗中產生的廢棄物對自然環境造成破壞。

選擇清洗系統應考慮的因素

1.清洗參數

在選擇一個最適合的清洗技術時，根據不同的用途需要考慮到很多因素。下面列岀了每個清洗系統相關重要性所占的百分比：

高壓清洗系統（大于2.5×10?Pa）—水的沖擊力100%；

中壓清洗系統（0.5?2.5×10?Pa）—水的沖擊力60%，溫度影響20%，化學藥品影響20%；

低壓清洗系統（不超過5×10?Pa）—水的沖擊力34%，溫度影響33%，化學藥品影響33%。

以上三種清洗系統中，沖擊力是一個普遍特性，泵壓越高，水力影響越大。許多情況下，選擇這些水清洗系統就足夠了，但是在清洗有大量油污的薄膜和殘渣時，還需加熱或加入化學添加劑。特別是醫藥、精細化學、生物技術工廠等領域，必須用溶劑才能清除。

2.清洗頻率

清洗頻率是由工藝操作過程決定的。例如，一個多用途的化學醫藥設備，生產出的產品需要每個月進行更換，就需要制定一個完整的清洗計劃；一個批量生產不同顏色染料的工廠，就要每天或每周對設備進行清洗。通常經常清洗設備要比有沉積物后再清洗效果好得多。清洗頻率對設備設計所需的精密度有一定程度的影響。

3.節省費用

在評估清洗系統的成本效益時，費用的節省是一個主要方面。對于醫藥設備，通常在不同藥物生產中間需要間隔6?8天來清洗設備，占了相當大一部分生產時間。按一年計算，間隔時間就是60天，既無生產能力，也無經濟效益。無論什么類型的企業，當考慮到勞動力成本時，一般都采用減小企業規模的辦法，并充分利用現有的人力資源。清洗被認為是非生產性的、勞動強度大的行業。實際上，在很多工業生產中，清洗是一個完整過程的一部分，能否節省費用，關鍵在于是否通過自動化或半自動系統完成。

噴射清洗工藝及設備

噴射清洗主要用于不易搬動或外形結構決定它不適用于浸泡或循環清洗的大型工件。

噴射清洗工藝

噴射清洗是利用噴射出的水或清洗液的沖擊力使污垢解離分散的，并能充分發揮清洗液的洗滌溶解作用，加快了對污垢的清洗速度。

噴射清洗工藝過程可劃分為以下幾個基本過程：污垢微粒剝離被清洗表面、流液使污垢微粒處于懸浮狀態，將污液送往過濾（凈化）裝置。其中污垢微粒的剝離過程是整個清洗過程的最基本過程。

噴射清洗的分類

噴射清洗可根據噴嘴、工藝運送方式、噴射壓力和射流聚集不同方式分類。

（1）根據射流壓力的大小分類可分為低壓噴淋（壓力在0.5MPa以下）、中壓噴洗（壓力在0.5~1.0MPa）和高壓沖洗（10MPa以上）3種。從原理上看，低壓和中壓噴射清洗是利用清洗劑和水力沖刷的雙重作用達到去污目的，而高壓射流清洗則以水力沖擊作用為主，清洗液所起的作用很小。

（2）根據噴嘴情況分類：根據所使用的噴嘴情況把噴射清洗分為兩類。

a.噴嘴位置固定的噴射清洗：噴嘴位置固定，待清洗對象通過輸送帶或其他方式從噴嘴下方通過，清洗液通過噴嘴對待清洗對象進行清洗和漂洗。這種噴射清洗適合于清洗對象是多個小型物體的清洗。為使待清洗對象的各個側面都受到均勻的噴射清洗，必要時可設計成使待清洗對象旋轉或使噴嘴從不同方向同時噴射的組合結構。

b.噴嘴位置可以任意移動的噴射清洗：由人工控制噴嘴的噴射方向，適合于大型設備的容器壁面、機器外形、飛機、火車外殼等的清洗。

（3）按待清洗對象輸送形式分類：按待清洗對象輸送形式可把噴射清洗分為七類。

a.萬能式噴射清洗待清洗：對象固定不動，人工手持噴汽噴槍對待清洗對象各個面進行清洗。適合于清洗重型，大型設備油污及車輛外殼的灰塵。

b.旋轉式噴射清洗待清洗：對象置于自動旋轉的工作臺上，噴嘴在進行180°的回轉中進行噴射清洗，其中清洗液可循環使用，適合清洗小批量的機械零件上的污垢。

c.螺旋輸送式噴射清洗：待清洗對象由螺旋槽輸送，先后經過清洗液清洗、清水漂洗與熱風吹干三個工位。可清洗螺釘、螺母、鏈條、滾子等標準件及密集型放置的小零件。

d.網帶式連續輸送噴射清洗：待清洗對象由網帶輸送，先后通過清洗液清洗，清水漂洗及壓縮空氣吹干三個工位。這種噴射清洗適用于機加工零件的工序間清洗。

e.網帶式步進輸送噴射清洗：待清洗對象由網帶輸送至清洗液清洗，清水漂洗及壓縮空氣吹干三個工位后可停止不動由噴嘴旋轉清洗待清洗對象。

f.液壓步進式定位噴射清洗：待清洗對象須由液壓輸送至清洗、漂洗和吹干工序后停止不動，由噴嘴對準工件進行清洗。

g.懸掛鏈式噴嘴清洗：把待清洗對象掛于懸鏈上先后通過清洗、漂洗及吹干工位。這種清洗適合于噴漆線和裝配線上工序的連續自動化清洗。

（4）根據射流和物質狀態分類按噴射的物質的狀態可把噴射清洗分為三類。

a.高壓液體清洗機：射流是液體介質，有常溫高壓和高溫高壓兩種。

b.蒸汽清洗機：噴射出來的是水蒸氣，利用水蒸氣冷凝時放出的凝聚熱使污垢受到熔化或軟化而被清除。適合于粘性油污垢的清洗和表面形狀復雜的物體的清洗。

C.固液雙相射流清洗：固液雙相噴射清洗中的液相是水，固相是有一定粘度的石英砂或其他韌性的固體顆粒，由于含有固體顆粒所以射流密度大、慣性大，在相同速度下比液體射流對垢層有更大的沖擊作用。適合于對難溶的脆性污垢進行清洗。

噴射清洗設備

根據工件輸送形式、射流的壓力、射流的物質狀態等噴射清洗設備可分為很多種。這里簡單介紹一種常溫高壓水射流清洗設備。

圖5-1是一種常溫高壓水射流清洗裝置示意圖。它是由動力機械、大功率的高壓水泵、輸水管道、高壓軟管、安全閥、儀表和噴槍等組成的。水由輸水管道送至高壓水泵經加壓后，經高壓軟管送至噴嘴，被噴射至待清洗對象上。

圖5-1常溫高壓水射流清洗裝置結構示意圖

圖片P259頁

1.高壓水射流清洗裝置的組成

高壓水射流清洗裝置主要由高壓柱塞泵、動力設備、噴嘴、高壓軟管及工作附件等組成。

a.高壓柱塞泵：高壓柱塞泵是高壓水射流清洗裝置中最重要的部件。在柱塞泵中，柱塞在防漏的填料函內移動而不與泵管內壁接觸。柱塞泵只有一個固定的填料函而便于維護，其傳動系統和輸液系統是分離的，能保證良好的密封，適用于高壓下工作。這正是高壓水射流清洗中廣泛采用柱塞泵的主要原因。

b.動力部分：動力源通常為柴油機或電動機。為方便現場施工，一般車載的高壓水射流清洗裝置的動力源為柴油機，尤其適合在不具備大功率電源的工廠或車間使用。一些小型高壓水射流清洗裝置常用電動機作動力源。

c.高壓軟管：高壓水泵和噴嘴之間需通過高壓管路連接。高壓軟管由內管、增強層和外皮三部分組成。內管輸送水，增強層提高內管的強度以耐受高壓，外皮起保護作用，以防止腐蝕和機械損傷。高壓軟管的增強層用鋼絲編織，一般有2?3層。

d.噴嘴及工作附件：高壓水經高壓軟管到達噴嘴及工件。噴嘴的作用是將高壓低流速的水轉化為低壓高流速的射流。噴嘴及附件是影響清洗效果的重要因素。噴嘴一般由特種材料制成，有圓柱形和扁平形兩種形狀的噴嘴。圓柱形噴嘴射程遠，但作用面積小；扁平形噴嘴的射程較短，但作用面積大。同一型號的噴嘴有不同的口徑，一般為1.5?2.1mm，口徑小的噴嘴適用于高壓力低流量的清洗，反之則選用大口徑的噴嘴。

2.高壓水射流清洗的主要參數

a.工作壓力的確定：在高壓水射流清洗中，決定清洗效果最主要的參數是工作壓力。壓力過大，對設備要求就高，清洗成本提高。同時，過高的壓力射流到工件表面可能反射回去，形成干擾，抵消了水壓的作用。壓力過小則清洗不徹底。工作壓力應根據污垢性能、結垢程度、工作結構等綜合考慮。目前工作壓力常用類比法或試驗法確定。表5-1是常見沉積物用高壓水射流清洗選用的工作壓力。

表5-1常見沉積物選用的清洗噴射水壓力

表格P260頁

b.噴射流量及速度的確定噴射的實際流量一般取泵的額定流量，射流的速度可由下式得出：

υ=2p/ρ

式中：υ一流量，m/s；

p—工作壓力，MPa；

ρ一液流密度，kg/m3。

c.載荷面所受打擊力的經驗確定連續射流垂直打擊平坦表面時載荷面所受的打擊力F的經驗計算公式如下：

F=2.655×10-?×Ap1.5

式中：F—載荷面所受打擊力，N；

A—噴嘴的截面積，m2；

p—工作壓力，MPa。

d.噴射距離的確定：噴射距離是指噴嘴到被清洗工件表面的距離。噴射距離過大或過小都使清洗效率降低。噴射距離過大，射流擴散程度大，功率損失就增大；噴射距離過小，自然除垢面積就小。實際證明，對一般工件表面的油脂的清洗，噴射距離以噴嘴直徑的150?300倍為宜。

e.入射角的確定：入射角是指射流和被清洗表面的夾角。應根據污垢的特性和試驗確定。若清洗一般的油脂，入射角一般確定為17°，對于核反應堆工藝房間的清洗，入射角以60°?70°為佳。

3.高壓水射流的應用

隨著高壓水射流清洗技術的日益成熟，其清洗范圍、被清洗設備和所清洗的垢層等方面也日趨廣泛。以下是高壓水清洗在各個工業領域應用的情況。

石油化學工業：各類換熱器、蒸發器、反應塔、反應釜、管道、鍋爐；

油氣田：采油管、輸油管線、貯罐、輸氣管線；

船舶工業：船體表面的海生生物、漆銹清除，船內設備清洗；

冶金工業：鋼鐵材料除氧化皮，鑄件清砂，高爐清渣，管道疏通；

市政工程：下水排污管道、煤氣管道、水處理廠；

電力工業：氣輪機葉片、換熱設備、蒸發器、鍋爐、管線等；國防工業：彈藥除廢、火箭固體推進劑清除等；交通工業：油槽車油污清除，機車清洗。