【文章內(nèi)容簡介】 要用戶分布在石油、化工、發(fā)電、煉油、動力、釀造、造紙、橡膠、冶金、制藥及市政工程等行業(yè)或部門。若我國大中城市及大中型企業(yè)都使用大型高壓水射流清洗機(jī)，需要量將成倍增加，因此，其在我國清洗機(jī)制造及使用潛在市場都很巨大。我國大型高壓水射流清洗機(jī)重量多在23t，主要用來清洗城市上下水管道、工礦企業(yè)排污及物料運(yùn)輸管道、各類熱交換器、工業(yè)鍋爐、大型容器和罐體、大型設(shè)備表面和建筑物外墻等。高壓水射流工業(yè)清洗在我國已初步形成產(chǎn)業(yè)，并且每年大約以10%20%的速度增長[13]。（1） 高壓水射流清洗系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1 所示。1. 自動控制系統(tǒng)；；；；；；；；； 自動控制線 管路圖1 　高壓水射流清洗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 供水裝置、高壓泵、罐車高壓清洗機(jī)、自動調(diào)壓裝置及抽液裝置的運(yùn)行均由自動控制系統(tǒng)控制。廢氣凈化裝置和長管空氣呼吸器防護(hù)裝置分別自成系統(tǒng)。罐車清洗過程由自動控制系統(tǒng)控制自動完成。另外，自動控制系統(tǒng)還具有監(jiān)視、通訊、語音提示、關(guān)鍵參數(shù)檢測等功能。廢氣凈化裝置采用二級凈化技術(shù)(預(yù)濾器和過濾吸收器)，將真空泵抽出的廢氣凈化，以達(dá)到國家有關(guān)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，減少大氣污染。長管空氣呼吸器防護(hù)裝置是人員進(jìn)入罐車的保護(hù)裝置之一，它利用壓縮空氣為氣源，經(jīng)過六級過濾將足夠的新鮮空氣供給罐車內(nèi)的工作人員呼吸[14]。（2）高壓水射流清洗系統(tǒng)自動工作流程鐵路罐車高壓清洗采用27－50MPa（清洗盛裝不同介質(zhì)的罐車，所需壓力有所不同）的高壓水。其原理是利用高壓水的動能將罐壁上的殘存介質(zhì)、聚合物及機(jī)械雜質(zhì)等剝離，然后通過機(jī)械及人工清除，達(dá)到罐車特洗的目的。高壓水洗車是利用柱塞式高壓泵將水壓升至27－50MPa（對于比較粘稠的殘存介質(zhì)，需將水溫適當(dāng)提高），然后通過帶密封蓋的全自動三維清洗裝置（結(jié)構(gòu)簡圖見圖1）對罐車進(jìn)行清洗。該清洗裝置的清洗過程是彎管帶動三維自動洗罐器分別定位于圖3所示的4點(diǎn)，其清洗順序為A→B→C→D。三維自動洗罐器連續(xù)旋轉(zhuǎn)，其上的高壓水噴嘴又在自轉(zhuǎn)，因此形成球面清洗軌跡，由噴嘴噴射出的高速水流能夠穿透20㎝厚的水層，并沖擊掉水層下面罐壁上的聚合物及機(jī)械雜質(zhì)等這一點(diǎn)已得到實(shí)際驗證。在洗車的同時，真空排水系統(tǒng)將車內(nèi)污水排除，使車內(nèi)積水不超過15㎝，因此清洗效果非常好。整個清洗過程既可人工控制，也可計算機(jī)控制，高壓水清洗的時間一般為2040分鐘，整個清洗過程一般為4070分鐘。所有需要特洗的罐車都可用此種工藝清洗完成，更由于其配備了廢氣密閉抽吸系統(tǒng)及微正壓供氣系統(tǒng)，極大地改善了操作環(huán)境[15]。清洗系統(tǒng)自動工作流程如圖2所示。圖2 儲罐清洗全自動三維清洗流程（3）三維洗罐器在罐車內(nèi)的清洗位置通過分析確定了三維洗罐器的清洗位置如圖3中A、B、C、D 四點(diǎn)所示。大量的罐車清洗實(shí)踐證明此四點(diǎn)清洗方案的清洗效果好，效率高。鐵路罐車節(jié)能清洗新工藝系統(tǒng)最終采用一點(diǎn)定位清洗，三維噴頭位于檢修人孔蓋下部居中位置[16]。圖3 噴頭在罐車內(nèi)的清洗位置2. 高壓水射流清洗核心裝置國外典型機(jī)械清洗系統(tǒng)（1）懸臂式清洗組件懸臂式清洗組件主要由錐形筒、流體入口管、排氣管、擋水板和旋轉(zhuǎn)噴頭組成，固定安裝于罐頂人孔處（如圖4所示)。通過水力或空氣驅(qū)動噴頭對罐車內(nèi)壁進(jìn)行三維沖擊清洗，具有結(jié)構(gòu)簡單、靈活性好等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)就地清洗，但噴頭在罐內(nèi)的位置無法調(diào)節(jié)，因此對其噴射距離要求較高。旋轉(zhuǎn)噴頭通常采用水力驅(qū)動，清水壓力一般為1MPa左右，一個清洗周期約為10 min，完成整個清洗作業(yè)僅需(20～50) min。在開發(fā)適用于罐車機(jī)械清洗噴頭方面，技術(shù)水平領(lǐng)先的公司有美國Gamajet 公司、美國Butterworth公司和瑞典Scanjet公司，所研發(fā)的多種類型噴頭產(chǎn)品還可用于清洗公路罐車等其他石油化工產(chǎn)品運(yùn)輸車[17]。圖4 懸臂式罐車清洗組件安裝示意（2） 導(dǎo)軌式清洗組件導(dǎo)軌式清洗組件主要由對位裝置、升降裝置、旋轉(zhuǎn)噴頭、噴頭定位桿和控制部件等組成，通常固定安裝于專用洗罐站( 洗罐所或洗槽站臺) 廠房內(nèi)，如圖5 所示。對位裝置包括桁架、移動輪和動力機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)清洗組件與罐車人孔準(zhǔn)確對位。通過升降裝置和噴頭定位桿將清洗組件主體送入罐內(nèi)，旋轉(zhuǎn)噴頭固定在伸縮桿端部，利用液壓或氣壓經(jīng)定位桿與伸縮桿連接處的傳動機(jī)構(gòu)( 如齒輪齒條) 驅(qū)動伸縮桿水平外伸和收縮，進(jìn)而隨時改變噴頭所處位置。罐車一端清洗完成后，可將伸縮桿移至人孔調(diào)整或直接在罐內(nèi)旋轉(zhuǎn)180176。，對罐車另一端進(jìn)行清洗。還可通過直接在噴頭定位桿兩側(cè)對稱安裝兩個伸縮桿和噴頭，以實(shí)現(xiàn)對罐體兩端同時進(jìn)行清洗[1820]。將落地支架代替桁架可以降低支撐清洗機(jī)構(gòu)的三維吊裝高度，從而降低洗罐站廠房高度，節(jié)約了建造成本，解決了在引進(jìn)國外罐車清洗系統(tǒng)時，普遍存在的因原有廠房高度( 7 ～ 9) m 較低而必須對其進(jìn)行拆除重建的問題。圖5 導(dǎo)軌式清洗組件安裝示意 美國KMT 公司開發(fā)了另一種形式的導(dǎo)軌式清洗洗組件，主要由旋轉(zhuǎn)噴頭、支撐架和伸縮桿等組成，結(jié)構(gòu)如圖6 所示。兩個伸縮桿端分別固定有旋轉(zhuǎn)噴頭，并相對于支撐架對稱安裝，旋轉(zhuǎn)噴頭可位于多個角度進(jìn)行定點(diǎn)清洗，隨伸縮桿的伸縮而軸向移動。清洗組件直接固定在人孔上，無需懸吊裝置，僅在安裝或拆卸時借助吊裝設(shè)備輔助移動。圖6 美國KMT 公司罐車清洗組件結(jié)構(gòu)示意（3） 弧形管式清洗組件弧形管式清洗組件的特點(diǎn)是可通過調(diào)節(jié)罐外旋轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)使弧形鋼管和旋轉(zhuǎn)噴頭在罐內(nèi)作剛性移動。德國URACA公司的TWK－Trunkojet 清洗組件、美國JETECH 公司的ITC－G2 清洗組件和美國Butterworth公司的罐車清洗組件均采用了這種結(jié)構(gòu)形式[21]。德國URACA 公司的TWK－Trunkojet 罐車清洗組件主要由旋轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)、弧形鋼管、旋轉(zhuǎn)噴頭等組成( 如圖7 所示) ?；⌒武摴軆啥朔謩e與旋轉(zhuǎn)噴頭和旋轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)連接，通過進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動其在罐內(nèi)作弧形運(yùn)動。當(dāng)清洗頭降至罐內(nèi)中心處時，開始作直線運(yùn)動，達(dá)到最遠(yuǎn)端稍停即開始返程升至高點(diǎn)，將旋轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動180176。，對罐壁另一側(cè)進(jìn)行清洗。清洗組件主體部分固定在罐外，僅有弧形鋼管和旋轉(zhuǎn)噴頭位于罐內(nèi)，因此容易跨越罐內(nèi)障礙物，但同時也導(dǎo)致整個機(jī)構(gòu)重心偏移，在清洗作業(yè)時難以保持平衡和穩(wěn)定。為此，需配套使用吊車裝置，將清洗組件剛性固定在吊車橫梁上，橫梁升降及水平移動始終保持清洗組件處于平衡狀態(tài)，便于對準(zhǔn)人孔進(jìn)行定位安裝。美國JETECH 公司的ITC－G2 罐車清洗組件主要由可移動支架、滑軌、液壓動力系統(tǒng)、真空抽吸管、兩個弧形鋼管和旋轉(zhuǎn)噴頭等設(shè)備組成。清洗組件主體結(jié)構(gòu)懸置于滑軌上，分別調(diào)節(jié)X、Y和Z軸方向上移動支架可實(shí)現(xiàn)弧形鋼管三維移動，進(jìn)而與人孔進(jìn)行準(zhǔn)確對位。ITC－G2 m、4. 47 m、 m， m， m，最大轉(zhuǎn)動角度達(dá)110176。，采用電動馬達(dá)驅(qū)動。旋轉(zhuǎn)噴頭在罐內(nèi)可達(dá)到的最大水平移動距離( 相對人孔中心處距離) m，最小循環(huán)周期( 即噴頭從人孔處移動至最遠(yuǎn)處一個行程所用時間) 為5 min。每個旋轉(zhuǎn)噴頭上對稱安裝4 個噴嘴，利用水力驅(qū)動，驅(qū)動壓力為10. 3 MPa， L/min，噴頭最大旋轉(zhuǎn)速度為140 r/min。清洗系統(tǒng)最大工作壓力為138 MPa，最大流量為760 L/min，可通過的最小開孔直徑為480 mm，清洗作業(yè)過程通過PLC 實(shí)現(xiàn)自動控制。圖7 TWK－Trunkojet 清洗組件安裝示意（4） 清洗機(jī)器人 隨著自動控制技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，基于遙控操作的移動機(jī)器人逐漸應(yīng)用于罐車自動化清洗中。旋轉(zhuǎn)噴頭安裝于機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)上并隨其在罐車內(nèi)移動，工作人員通過手持控制面板進(jìn)行操作。由于機(jī)器人技術(shù)在罐車清洗中的應(yīng)用尚處于發(fā)展階段，目前全球開發(fā)此類清洗機(jī)器人的公司較少。圖8 為美國Mcwhorter＆Associates 公司研發(fā)的罐車清洗機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。機(jī)器人主體支架由通過輪軸連接的兩個車輪和滑塊支撐，支架頂端固定有一個旋轉(zhuǎn)噴頭，并安裝有高壓水入口接管。通過位于支架中間位置的液壓缸控制輪軸和滑塊支架伸縮，確保機(jī)器人在罐車內(nèi)平穩(wěn)移動，車輪進(jìn)給運(yùn)動由安裝在車輪中心處的馬達(dá)控制。機(jī)器人采用在特定區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的清洗模式，保證了清洗軌跡覆蓋罐內(nèi)所有區(qū)域。旋轉(zhuǎn)噴頭為美國NLB 公司產(chǎn)品，工作壓力為( 20 ～138) MPa，工作流量為( 50 ～ 189) L/min，可實(shí)現(xiàn)空間三維旋轉(zhuǎn)。清洗機(jī)器人可通過的最小開孔直徑為18 in( 45. 7 cm) ，條件允許時，可將視頻攝像監(jiān)控設(shè)備自人孔懸掛于罐中，實(shí)時監(jiān)測罐內(nèi)清洗進(jìn)程[22]。圖8 罐車清洗機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意3. 其他設(shè)備除了上述供水及核心設(shè)備之外，還有其他有關(guān)的配套設(shè)備，現(xiàn)介紹如下：（1）抽殘液及廢水設(shè)備由真空泵、中間罐、廢污罐、殘液罐及閘門等組成。其作用是抽殘液，抽出洗罐的污水；罐車就位后， 將抽料管插入罐車底部洼口。通過真空泵將殘液抽至殘液罐。殘液用氮?dú)鈮褐翚堃汗?。清洗過程開始后， 同樣利用真空泵將廢水抽至污水罐。當(dāng)罐內(nèi)水位達(dá)到預(yù)設(shè)液位或一節(jié)罐車清洗完畢時， 自動打開壓空管路電磁閥， 關(guān)閉真空管路電磁閥， 停真空泵， 將罐內(nèi)污水壓至污水處理系統(tǒng)[23]。（2）空氣凈化設(shè)備由真空泵、過濾器、真空閥等組成。罐體洗完之后，罐體中的廢氣抽出罐外凈化處理之后才被允許排放到大氣中。（3）供氣設(shè)備工人進(jìn)入罐內(nèi)作業(yè)，戴長管呼吸器，由空氣壓縮機(jī)、儲罐及精密過濾器向長管呼吸器供清潔的新鮮空氣。（4）烘干設(shè)備經(jīng)清洗處理后的罐體用熱風(fēng)烘干，熱風(fēng)由熱風(fēng)機(jī)供給。（5）通訊設(shè)備由電話、電視、交換機(jī)、攝像機(jī)等組成。（6）控制設(shè)備主要設(shè)備由PLC和可編程控制器及電磁閥、行程開關(guān)、壓力、溫度、液位傳感器、指示燈、顯示儀、繼電器等組成。高壓水清洗罐體清洗機(jī)的動作及水壓選擇、清洗速度的選擇等，可以人工手動，也可以自動控制[24]。1. 工作壓力確定高壓水射流清洗的工作壓力應(yīng)根據(jù)結(jié)垢性質(zhì)合理選擇，針對不同的污垢，工作壓力會不一樣。高壓水射流剝離與工作壓力關(guān)系可以由表1查的。表1 剝離層材料與壓力對照表壓力(MPa)剝離層材料10游泥、疏松巖層21輕度船舶贓物，輕度燃料油殘留物，鋁質(zhì)散熱器和殼體32疏松混凝土、普通海生物、砂石和泥石層、輕度熱軋鋼錠氧化層、疏松漆層銹層4270管內(nèi)混凝土、海生物層、鑄鐵件模型、跑道除膠、輕基石灰石、石子層、焦油沉積物、常見石化垢層70105混凝土切割和剝除厚漆層、石灰石、大量熱軋鋼錠氧化皮矽土型芯、燃燒碳沉積物、厚層煤渣105210花崗石、大理石、石灰?guī)r、船舶的環(huán)氧基漆、鉛板、鋁板橡膠等切割，冷凍食品2. 實(shí)際流量確定噴射時的實(shí)際流量一般取決于原始的額定流量，計算時可采用經(jīng)驗公式。3. 載荷面所受打擊力的經(jīng)驗確定連續(xù)射流垂直打擊平坦表面時，載荷面所受的打擊力F可以由經(jīng)驗計算公式得到。4. 噴射距離的確定噴射距離是指噴嘴到清洗表面的距離，它的大小對清洗質(zhì)量有很大的影響。噴射距離增大時，射流到被清洗表面的擴(kuò)散程度增大，于是也就增大了射流功率的損失；噴射距離減小時，單位時間內(nèi)除垢面積也會減小。因此，噴射距離過大或過小都會降低清洗效率。5. 入射角的確定根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，我們可以知道清洗不同表面是的入射角，例如，清洗油脂表面時，入射角17度為宜[25]。 研究的基本內(nèi)容，詳細(xì)了解石油化工清洗技術(shù)的現(xiàn)狀，具體了解高壓水在清洗儲罐清洗裝置的技術(shù)比較、應(yīng)用場合、技術(shù)優(yōu)劣等。查閱相關(guān)資料，詳細(xì)了解高