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1、换热器列管内孔水射流清洗工艺的研究一、引言石化企业的生产设备中有大量的换热器。这些换热器在生产中，其管程和壳程会被介质及污垢堵塞。结垢的换热器失去了应有的作用，必须更换和清洗。清洗的方法有很多种，如图一。本文只对其中的高压水射流清洗换热器列管内孔的工艺展开讨论。 碳酸盐 磷酸盐 硫酸盐 硅酸盐 锈垢 化学方法 微生物 粉尘 结焦换热器列管 溶解 积碳内孔的清洗 无机物 有机物 聚合物 手工 机械 物理方法 高压水射流 爆破 超声波 干冰二、基本情况的分析1. 污垢因素：要开展清洗作业只有认真了解被清洗对象。才能有针对性的选择合理工艺。换热器（如图二）是一种由众多的列管组成的换热设备，在这些管孔
2、内可能结有不同成分、不同密度、不同硬度、不同粘度的污垢。采用高压水射流清洗，除垢的基本原理不是溶解污垢，而是切割、破碎、冲刷、排出污垢。所以对污垢的化学成分并不很注意。但是，对污垢的硬度、粘度却很关心。因为它对清洗时，需要的参数有很严格的要求。我们认为可以将污垢分为两类，脆性的污垢和粘性的污垢，结合表一、表二，我们可以看出脆性的污垢，在清洗时随硬度的增加, 所需的水压和流量都要增加。只有这样才能保证将污垢切割破碎排出，这个道理比较容易理解。而粘性污垢在清洗时，粘度增加不一定非要提高压力。因为，这时破碎污垢所需的压力并不高. 而需要较大的流量将清洗下的污垢尽快的排出管孔。否则，这些污垢将再次粘在
3、管孔内壁或清洗管外壁 , 见图三 . 形成一种活塞效应。这是一种非常危险得便效应，这时喷头射入管内的高压水，会在管内形成一种向外推清洗管的力量 . （F=S*P，推力 =列管内孔面积 * 高压水的压强。如果列管内径为19mm，清洗水压为 70Mpa,流量为 50L/min, 仅将其中 60%的水压转化为推力，就可能会产生 1000Kg的向外推力）这是一个很大的力量, 是几个操作人员根本无法抵挡的。同时这种现象又会在瞬间发生，（t=V/Q，时间 =管孔容积/ 喷头流量，如果条件上，两秒钟之内高压水将把喷头向外推出三米）在操作人员还没有任何反应时 , 喷头已经飞出管孔。通过上面的分析我们可以知道
4、, 此时需要的不是高压切割破碎，而是需要大流量的水，形成管孔内高速排渣水流，迅速将污物排出，减少再次沾贴的可能。另外当某污垢粘性达到一定程度后，又会变为固化的弹性体。在高压水的切割下会变为象爆米花一样的垢团，排渣更为困难，此时需要特殊的操作方法才能将其排出。这些情况下不是简单提高压力能解决问题的。所以认真了解污垢性质，合理选择水压和流量，才能有针对性的解决清洗问题。2 、设备因素、环境因素：被清洗对象虽然只是换热器列管的内孔，但是还有很多其他因素要影响清洗操作工艺。我们用表三，将这些因素对清洗工作的影响进行分类介绍：3 、射流因素：除了要了解清洗对象，还要了解我们的主要武器- 高压水射流。通常
5、流体在压力发生器的驱动下，经过特定的喷嘴便可以形成射流。严格的讲射流有很多类型和很多形态。在清洗过程中它们具有不同的能力，不同的作用。请看表四。经过列表对比我们可以看出：A 、提高压力可以增加射流的流速，提高打击力和冲刷力。B 、选择合理的喷嘴内型腔，能提高流速。C 、在介质中增加有益物质，（高聚物或磨料）能提高射流的聚集力和切割能力。D 、避免淹没射流状态能提高射流有效距离，增加切割破碎能力。E 、避免连续射流产生的水垫作用（见图四）能提高射流能力。F 、选择合理的靶距也能提高射流的切割破碎能力G 、选择特殊的喷嘴内型腔 , 使射流含有微气泡 , 在污垢表面产生爆破，也能提高射流的切割破碎能
6、力。4 、排渣因素：前面已经谈过流量对排渣有很大影响。但那只是影响排渣一个因素，除此之外，还有一些因素影响排渣。A 、尽量增大排渣环隙，在条件允许的情况下，尽量选择较大的排渣环隙。（ =S/Sk环隙 =喷头截面 / 管孔截面尽量选择系数小于0.5 ）pB 、增加清洗软管的运动或震动有利于排渣，装有喷头的清洗管在换热器管孔内的反复进退运动和转动、震动，十分有利于排渣。C 、提高清洗管外壁的光洁度和直线度有利于排渣。D 、提高温度、降低污垢粘度、有利于排渣。E 、尽早打通前方孔径，有利于排渣。通过讨论以上四类主要因素，我们已经了解到一些基本原理，同时知道了那些因素有利于提高清洗能力，那些因素不利于
7、清洗。下面我们可以就具体工况讨论怎样在具体操作中，扬长避短的利用这些原理。三、清洗工艺的讨论：下面我们举一些具体实例, 讨论在清洗作业中如何运用前面的分析结论。1. 常规的水垢清洗工况介绍污垢：、成分：软化水水垢，含有一些藻类和杂质、硬度：略有硬度、粘度：无粘度、松散结合、脆性设备：、管孔内径：19mm、管孔长度： 6000mm、管孔类型：直管（固定管板式）、摆放形式：卧式环境：、作业层高：三层平台之上、作业场地：管板至平台栏杆距离米管板直径下沿距平台地面高0.6 米、周围设备：处于停车检修状态、施工季节：春季参数选择压力： 50Mpa（参考表一，因为硬度不高，这个参数足以破碎污垢）流量： 2
8、5x2 L/min (同时清洗两个管孔）环隙： 6.5 2/9.5 2= 0.47（小于 0.5 符合排渣要求 13/ 19）器材：选择一个入口，两个出口的脚踏阀一只，可以同时控制两根清洗管，提高工作效率。选择外径小于 13、内径 6mm、十米长的树脂管两根。（软管不需要大场地，距拦杆2米的空间足以施工）喷头：选择向前一个孔，向侧后六个孔的喷头两只（喷头自动向前推进可以减少劳动强度，但是损失了部分能量。）工艺要求、喷头向前的推力较大，要控制前进速度，保证喷头在有效靶距内工作。、经常的、反复的进退软管，提高排渣能力。、适当的转动软管，保证六个喷孔不要总重复打击同一条线。、适当调整操作人员脚下的垫
9、板，防止反喷回的排渣水喷向操作者脸部。、在软管前端和喷头之间安装一接杆，确保操作人员的安全，并保证喷头从管孔另一端喷出后不乱甩。、在软管前端 500mm处做一记号，保证向后拉软管时不会将喷头从操作者一侧的管孔中拉出。、在软管上喷头向后 6.1 米处作一记号，防止喷头从管孔另一侧伸出太多。、当污垢较多时，喷头打通全部管孔后，仍要保持喷射状态。操作者向后拉出清洗管 , 拉至 500mm记号处 , 再关阀 . 保证彻底排清管内污垢。、操作时必须当两个喷头都插入管孔内100mm后才能开阀。、两端管板及管口部位，应采用手持单孔喷枪扫射清洗。、当设备封头打开后，应立即开展清洗。否则水垢遇空气后，氧化反应，
10、形成氧化物，硬度大幅度提。大大增加了清洗难度。2. 较硬水垢的清洗工况介绍污垢：、成分：软化水在高温昨状态下结成的水垢、硬度：较硬、类似红砖、完全堵实、粘度：脆性、无粘度、本身结合强度较大设备：、管孔内径： 19mm、管孔长度： 6000mm、管孔类型：直管（固定管板式）、摆放形式：卧式环境：、作业层高：地面、作业场地：较开阔的水泥地面清洗基地将设备垫至适合操作的高度。、周围设备：周围没有可燃气可燃物便于施工、施工季节：冬季参数选择压力： 100MPa( 参考表一只有这样的参数才能有效的破碎污垢获得较大的冲蚀）流量： 50 L/min (参考表一只有这样的参数才能保证清洗效率12/ 19 =
11、0.398大大小于 0.5 有利于排大块污渣 .) 环隙、器材： 12x6.8 米、 12x3.8 米刚性喷杆钢管外径较小，增加了环隙钢管可以克服反力，将喷头的喷口全部向前用于清洗。喷头：向前七个孔的喷头这时所以的射流都在作功避免了能量损失最好能选用锥型型腔的喷头提高射流质量，增加切割破碎能力。工艺要求、喷头较大的反力，需要操作人员向前推送喷杆。、污垢硬度大，更要控制靶距。操作人员先将喷头向前推进顶住污垢，再向后退 50mm左右。在向前推进找到冲刷后新的垢面，如图 -令喷头始终保持在有效的靶距范围内活动。、当感到有大块垢渣卡喷杆，或感到冲蚀下的垢渣较多时，要进行行程 500mm左右的进退运动促进排渣。、当向前进度不快或停止时，应适当转动喷杆，令喷头射流切割一下射流盲区的殊垢如图 -、当听到或感到有大块垢被打活动，在管内浮动阻挡射流时，应采用吸引的方法将其带出管孔。如图- 这时由于射流的作用 , 垢块总在喷头前方小范围内浮动。喷头向前它后退。就如同有磁力在吸引铁块一样。利用这个特殊，操作者可从凭手感碰到垢块后，不关断水阀而缓缓将喷头向后退。退至管口处，猛
