水清洗系统的附件及应用详解

简介

在确定好所需压力、流量和泵的规格后，下一步要考虑的就是如何将加压水输送到最终用户处。

有以下两种方式可供选择：

*使用弹性软管：这对于机动清洗系统很关键；

*使用刚性管：主要用于固定的清洗系统，但在固定清洗系统的某些地方也会用到弹性水龙管。

弹性软管及其接头

现在市面上有许多各种规格的软管。从安全与实用操作的角度出发，选择合适的软管十分重要，因为操作者直接操作软管，并有可能会造成软管过度磨损。方便起见，本章将主要讲解应用于低压、中压和高压清洗系统中的软管所提供信息仅供参考之用。在实际选择针对每种用途的合适的软管及其接头时，用户应与供应商商议后再购买，因为需要考虑当地的有关安全因素方面的规章和条件。相关的英国和国际标准请参照表5-20。

表5-20弹性橡胶和塑料的水力软管：国内和国际标准

表格P328页

在选择软管及其接头时，应当考虑以下几点因素：

*液体兼容性所有材质应与所使用的液体兼容

*液体的最大工作压强这一般由某增压液体清洗技术特定的操作条件决定，除非软管制造商详细说明了产品的清洗任务，并在数据表中列出了软管的最大工作压强。表5-21列出了DunlopWaterblast2软管的参数，一般用最小破裂压强乘以0.4得到正确的最大工作压强，除非当前国家安全规章中规定使用不同的因子。温度范围一包括内部和外部的温度

*软管的直径这一参数取决于流速，软管直径的选取要折中几个因素，即保持合理的压降（Δp），达到一定的流速，以及大直径软管的成本/重量比值。（参见图5-41和图3-42）

表5-21Waterblast2高压注水软管

图5-41软管的压降

图片P329页

图中粗线与软管的管口直径有关。

以下是软管装配的四个主要部分：

①与所使用液体相兼容的内部衬套。通常由合成防油橡胶生产，专门用于增压水。

②纤维织物或钢质的增强层。该编织层可以增强软管承受能力。

③一层外皮。通常由强负荷的、防油、抗侵蚀和磨损的人工合成橡胶材料制成，有时还会用到聚亚安酯。

④相关接头。要符合国家标准。

以下所列不同规格的软管是应用于低压、中压和高压水清洗的典型例子。

1.低压清洗系统

典型规格：SAE100R3BS4749型号1ISO4079型号3

构造：内部管道由抗油、抗清洁剂的合成橡胶制成，并由两层织物加固，而外皮由防油、抗侵蚀、磨损的人工合成橡胶制成。

最大工作压强：

12.5mm（1/2"）名义内径—6.9×10⁶Pa（1000psi）

19.0mm（3/4"）名义内径一5.2×10⁶Pa（750psi）

25.0mm（1"）名义内3.9×10⁶Pa（565psi）

31.5mm（11/4"）名义内2.6×10⁶Pa（375psi）

2.下水道清洗喷头

这是一个特殊的装置，考虑到操作时需要的长度（长度可达150m），必须用一条直径大的、重量轻的软管。虽然某些需要更高的压强，但大多此类装置的工作压强都在120〜200L/min（气象学所用的压强单位）之间。水流速率的范围在100-360L/min之间。

一种典型的排水注射式软管的规格应包含：

核心：聚合物

加固：人工合成编织物覆盖层

外皮：聚氨酯化合物

工作温度：-18〜+75°C，并且短期内可承受110°C

最大工作压强（中等压强装置）

13.0mm（1/2"）名义内径一2×10⁷Pa（2900psi）

19.0mm（3/4"）名义内径一1.7×10⁷Pa（2465psi）

25.0mm（1"）名义内径一2×10⁷Pa（2900psi）

31.5mm（11/4"）名义内径一2×10⁷Pa（2900psi）

3.中等压强清洗系统

除下水道清洗系统之外，其他大多中等压强清洗系统中，在小型压力清洗装置中使用9.5mm内径的软管，在较大的压力清洗装置上使用13.0mm内径的软管。但如果水流速率较高，而且软管特别长的话，也可以考虑用19.0mm直径的软管来减少压力差。

例如：

规格DIN200222SN

构造：

内管：防重油合成橡胶

外皮：防重油合成橡胶

加固：2层金属丝编织层

6.5mm（1/4"）名义内4×10⁷Pa（6000psi）

13.0mm（1/2"）名义内2.75×10⁷Pa（3990psi）

19.0mm（3/4"）名义内2.15×10⁷Pa（3120psi）

25.0mm（1"）名义内1.65×10⁷Pa（2395psi）

4.高压清洗系统

压强在7.5×10⁷Pa以上，内径大于13mm的高压软管的选择是有限的。英国DunlopHiflex公司生产了一系列称作“Waterblast2”的软管，专门用于高压清洗系统，被水喷头建造者广泛使用。详情见表5-21。

“Waterblast2”的规格与操作建议

规格要求：

平滑无缝的聚合体衬套和外皮，四条高弹性的钢丝螺旋盘绕和一条附加的高弹性钢丝编织层。除此之外，还有以下特征：

*经2.5：1安全因子测试（此项测试被美国RMA、英国RFPA和德国DIN接受为一项国际标准）；

*绝缘防火外皮；

*工作压强高于1.8×10⁸Pa（26OOOpsi）；

*NPT，BSP和DKO规格的接头。

操作建议：

①使用时，如果工作压强超过软管最大工作压强，就会导致软管加固物超负荷，并会导致软管过早地出现故障。脉动压强将对软管产生相同的效果，会减短软管寿命，在这种情况下，可以用减震装置来减少这种危害。

②在压力下，软管长度会发生变化，变化范围在+2%~-4%之间。如果没有考虑到这个实际情况，软管可能会破裂或脱离其固定装置，并可能会伤害操作者身体。所以在使用安全链来确保软管长度时，必须考虑到这些变化。

③软管接头的维持力显著受温度影响。如“Waterblast2”软管的2.5：1安全因子是基于不超过50°C这个前提的。

④接头被锚在软管上以抵抗来自管内的压力，没有其他用途。虽然在注水操作中，用它连接几段长软管是很正常的，但我们不提倡这种悬挂连接方式。因为处于最高位置的接头会承受较大的压强，而且限制了软管在正常压强下自然缩短的能力。通常要避免拉力负荷，但实际中任何在软管末端增加负荷的设计安排都应该与制造商进行商议。

⑤由撞击或变形引起的物理损害会扭曲金属丝加固物并最终导致软管出现故障。外皮损害引起的加固物暴露会使水渗入并腐蚀金属丝。被损害的软管具有潜在的危险，应及时更换。

备注：欧盟内现行水压测试认证是强制性的。

5.水力软管接头

接头生产标准与软管的标准一样，并作为软管组装的一部分经过“爆裂压强”水压测试。所用的原材料包括不锈钢和镀有高速切削钢钻锌。用于高压软管的接头通常用锁锻工具塑造，并且通常被设计为旋转接头。这些都需要特殊的设备和做锻设施，并有生产商提供的说明书。必须对整套装置进行测试，以确保接头与软管的兼容性。表5-22所列为最常用接头类型。

表5-22软管接头的类型

（英国液体动力学会提供）

表格P332页

此类装配有两个主要组成部分：

*套圈——是接头的外部，被套在软管和嵌件上；

*嵌件——依靠其外部阳或阴螺纹安装到软管的内部，并可以固定或旋转用来与另一条软管或刚性接头相连。

根据工作压强的不同，用来密封结合点的方法有锥形螺纹或平行螺纹，对低压和中压系统，还可能与PTFE胶带和圆锥或DIN（德国）标准接头联用，对高压系统，用圆锥表面和“O”型环密封条。

6.微型高压软管

以上所讨论的软管大都用于普通高压注水和排水清洗，除此之外，还有一种特殊的微型软管，其口径在4.6〜10mm之间，专门用来清洗用于热交换器、冷凝器或类似的车间设备中的小口径管道。这些小口径管道内经常覆有不易清洗的沉积物。微型软管中有二或四股高弹力电镀钢丝，内核为聚酰胺或聚酯一人造橡胶，外层为聚亚胺酯；微型软管有时被称为“弹性喷枪”，与特殊的喷嘴共同工作。其工作压强范围为4.5×10⁷〜1.4×10⁸Pa，并有一个在4×10⁸Pa压强下用于喷射切割的特殊设计。

7.半弹性清洗喷枪

有时候，清洗堵塞或半堵塞的热交换器中的管子，或是清洗“U”形管时，完全弹性软管并不合适，这种情况下，使用半弹性不锈钢喷枪会比较好。这些待清洗管子外径通常是9.5mm或7.9mm，能承受7×10⁷Pa的工作压强，而且都是螺旋状的。首先要把管子的一端车上螺纹，以使之能够与微型清洗喷嘴相连（类似于弹性软管上面所使用的），另一端与一个适配器相连以连接高压供水，然后再把管子推进热交换器中。这样，高压水与体力劳动结合可以很好地清洗本来难以清洗的管子。

清洗管子的工作压强等级与每个设备的操作条件以及所要求的安全因素有关。这点只能由使用者来决定，以管子测试压强或名义破裂压强的比例表示。这些数值使压力增加到材料的理论点或最终弹力，该值通常为316不锈钢（退火后）。

典型规格：

O.D.Wall最大测试压强爆破压强

软管规格和标准的总结见表5-23。

表5-23高压软管标准和工作压强总结表

表格P333页

提示：由于不断更新，应该参考采用最新的标准。表5-24列出了一些国内和国际提供标准组织。

表5-24—些国家和国际标准组织

刚性管装置

大多数永久性高压水清洗系统都是利用刚性管来使高压水分散到有关设备的周围。制造这些钢管材料最常用的是316型不锈钢，这样能使腐蚀降低到最低限度。这对一些把卫生和清洁看得极为重要的地区显得特别重要，例如制药、精良化学药品、食物和饮料的加工场所。不过，还是有很多含碳钢管设备。

1.管子的规格和设计标准

任何型号的管子体系的规格都是由工作压力，水流速度，要处理的液体的温度和管子要伸长的长度决定的。一般最终设计都是一个可以接受的设备成本、压力下降（图5-42）和装置成本折中的结果。

图5-42管道和软管的尺寸列线图

图片P334页

注：设计高压水硬管清洗系统需要进行复杂的计算机计算，并要涉及到一些当地的因素和标准。这些计算必须由那些认证设计工程师来完成，以确保能得到一个安全的设备。弯管、阀门及其他配件都会将增大压降和流速。

英国高压管道系统设计规范通常基于BS806标准，或者是同等的ASME或DIN标准。不过，欧盟于1999年11月29日实施了一个新的有关压力设备的欧盟指导，即压力设备指导（PED），该指导协调了欧盟各成员国的现有标准。新的指导涵盖下列项目：压力容器，管子，阀门和其他附件（设计压力大于5×10⁴Pa）。按计划，该指导在2002年5月29日全部生效，并具有法律效应，必须服从。

由于成本原因，用硬管是不切实际的，倘若总长度不是太长的话，可以考虑利用高压软管，大约50〜80m长。高压软管比硬管便宜，对于压力较高的更是如此，而且软管更容易安装。软管可以放在设备托盘上，并要考虑到软管的“可挠性”和长度变化。当工作压力大于4×10⁷Pa时，软管的壁厚和材料成本就会显著上升。

例子：水流速19.11L/min，转速3.6m/s。那么恰当的管口直径为10.54mm。范围A涉及到抽吸和返回线路中水流的推荐速度；范围B输送线路中的水流速度。

2.管道天气保护

在那些管道和软管会暴露在比较冷的天气条件下的地方，需要提供一些排水点和蒸气或电力跟踪装置来保护设备不受霜冻的危害。

3.快速液压接头

在许多高压水清洗设备中，在不同的地方使用各式各样的配件，这时就需要比较短的软管。此时，使用快速液压接头有显著好处，快速液压接头可以自密封，而且当管线受压时，接头不会被连上或者断开。接头安装在管线的关键位置上，并有隔离球阀门，以进行维修。

清洗的配件

基于安全、性能和工作效率考虑，近年来最有趣的一些发展就是清洗系统配件的设计。所有的配件中最本质的东西就是喷头，它的作用不可低估。

1.喷头

清洗用途喷头设计的基本原理可以从水力学和流体流动定律中找到，牛顿（1643年）和伯努利（1700年）曾对此做过阐述。但是他们因为实验条件的限制，没有办法做以音速甚至超过音速流动的高压水的试验。例如在2.5×10⁸Pa的压力下，喷头水速可达2415km/h。喷头把水泵里的高压水的压力能量转变成动能，然后高速撞击被清洗表面从而洗掉沉积物。

（1）射流的反作用力

计算从喷头出来的水的射流反作用力的基本公式是从牛顿第二运动定律导出的。牛顿第二运动定律指出物体的动量的变化率跟它所受的力成正比，这里动量的定义是质量乘以速度。

这个公式可以写成：F=MV

式中：F—反作用力，N；

M—质量流量，kg/s；

V—速度，m/s。

用下述方式来表达质量和速度：

d—喷头直径，mm；

P—喷头的压力，Pa；

Q—水流速度，mm/s；

Cd——喷头的流出系数（喷头流水的真实值跟理论值的比）。

喷头的性能是非常重要的。因为有能量损失，给定管径和水压，喷头实际流量要小于喷头理论流量。

优质圆形喷头：Cd=约0.9—相当于81%的效率

扇形喷嘴和多个喷嘴的喷头：Cd=约0.7—相当于49%的效率

公式就变为：F=Cd×6174×Q×P（N）

牛顿第二运动定律也适用于计算向一个平面喷水产生的效果，此时向前的动量完全消失了。因此当喷头跟被清洗表面的距离足够近时，喷出的水的冲击力跟它的反作用力几乎是一样的。

从喷头出来的瞬时冲击压可以根据上面的方法计算出来。如，冲击压=冲击力/水柱的面积。为了扩展这个理论，我们需要做一些假设。

假设1

水柱的横截面积随着离喷头的距离的增加而上升，但我们认为水柱保持稳定的话，水柱的冲击力没有损失。这个假设可以用以下方式来量化：

水柱喷出0.5m，水柱的横截面积会变为其刚离开喷头时初始面积的1.5倍。相同的冲击力，横截面积变大，据此可以求出0.5m处的冲击压。

假设2

一旦水柱开始散开，水柱的横截面积就会增加，并且总的冲击力也会下降。这两个效果的关系可以用一个负平方关系式表示。

（P₁/P₂）=（R₁R₂）²

式中：P₁一在距离R₁处的冲击压；

P₂—在距离R₂处的冲击压。

一个喷头的水流的性能可以用下式来计算：

Q=Cd×1.75×10⁴×d²Pmm/min

式中：Q一水流速度（mm/min）；

P—压强（Pa）；

d—喷嘴口的直径；

Cd—流出系数。

制造喷头所用的材料的选择十分重要。腐蚀最终会使喷嘴的有效直径变大且破坏其表面涂层。这两个因素都会使得流出系数（Cd）减小。由于清洗效果跟流出系数的平方成正比，所以上述因素可能会浪费到大约50%的有效能量。主要的能量损失发生在喷头和工作表面之间。随着水离开喷头，水柱开始分裂，从而导致动能和冲击力损失。不同的材料可以使得喷头的磨损和水柱性能有着明显的不同，故而现在喷头的设计多种多样，包括表面硬化钢、陶瓷硬质合金和刚玉嵌件。尽管硬化不锈钢依然是目前最为常见的材料，但是利用其他更贵的材料如硬质合金可能会比硬化不锈钢有更好的性价比，这一点在超高压水条件下尤其明显。

（2）提高喷头和清洗性能

通过实验室试验，人们已经证明有高达30%的能量被浪费在了喷头和工作表面之间，所以在这方面的任何改进都是非常有益的。除了喷头的实际设计和构造外，影响能量损失的另一个主要的因素就是液体自身的实际流动。液体的湍流是造成能量损失的一个主要原因，一个简单的补救办法就是在喷头内安装一个流体调直器。在满足操作限制的前提下，应当尽量减小喷头到工作表面的距离，因为距离越长喷出的水流越容易分裂。现在，有人试验了另外一种方法，非常成功，就是向流体中加入少量的“长链聚合物”。该方法使得清洗性能得到显著提高，调查表明主要是因为以下原因：

①喷嘴和软管内表面与流体的摩擦力减小了。

②液体流连贯性的提高，这使得流体“离岸距离”变得更大，同时冲击力也变大了。在弗吉尼亚的一个石油精炼厂进行的试验表明，加入长链聚合物助剂后，管道清洗时间可以减少30%〜35%。液态聚合物价格是0.024$/L，整个清洗消耗聚合物总成本为300$，这个成本可以从减少清洗和工厂停产时间中得到更多的补偿。

（3）空泡能量

在第二节中，已经对“空泡”产生能量的现象进行了讨论，并阐述了其对高压水泵的损害，而且该现象是1972年英国考文垂“国际喷头切割会议”的主要议题。最近，美国密苏里州大学Rolla分校高压喷水实验室的实验证明这种能量可以被控制，并且可以用来提高水力的清洗性能。当这些小气泡破裂，气泡周围的水进入气泡时，会在小面积上产生非常高的压力（这实际就是“空泡”效果）。利用一种特殊设计的喷头可以实现这种现象，需要在喷头的中间安装一个小探针。随着水流速度的不断升高，水流造成的局部真空就把空气引入水流中，从而导致了空泡效应。虽然目前将该技术用于高压水清洗有很多优点，尤其是用于清除船体海面增生物和污垢。但是，最成功的应用还是用它来切割很坚硬的物体如岩石。

（4）脉动和间断流

剑桥大学的研究者们对利用脉动和间断流来提高喷头的切割和清洗性能做了深入的研究，并在“液体和固体冲击腐蚀”会议及"雨水腐蚀会议”上发表了几篇论文。简而言之，管子或软管中液体的间断流会产生速度很高的“子弹”，要比连续稳定的流体流速快3倍。这个效果类似于一把“水锤”，可以对工作表面产生强大的冲击力。这些理论优点已经在实际应用中体现出来了，尤其是在管子、管道和下水道的清洗中得到广泛应用。

可以用以下几种方式来获得间断流：

①利用一个活塞式水泵的不规则运动，包括让水从一个汽缸在循环的过程。在利用这个方法以前建议先去跟供应商或制造商咨询一下。

②利用一个活塞式水泵，小型受液器和安全阀。从水泵出来的稳定水流在软管的末端会被一个与小型受液器相连的自动开关阻断，当水压高到安全阀的设定值时安全阀就会打开。安全阀的开关跟积蓄池的水压曲线的变化相协调。通过调整安全阀可以改变脉动的循环从而为各种特殊的应用创造最适宜的循环压力。

③一个圆筒，慢运动、往复式水泵，比如第三节中描述的那种“快速喷流”水泵。

2.喷头的选择

为每种特定的应用选择最合适的喷头：

①根据以往的经验或实验来决定清洗特殊的沉积物需要的压力和液体。

②根据表5-25不同尺寸喷头的反作用力表为特定的压力和流速确定合适口径的喷头。选择的时候，还要考虑安装喷头的个数，例如喷枪可能只有一个喷头，而一个油罐清洗头则有2或4个喷头，并且喷头数随着总液体流量增加而增多。

表5-25被分为1和2两个区，另外第3区也常常被用来定义最大反作用力，德国安全局用该表来管理手持高压水清洗配件。

1级区域：包括喷头反作用力在150N以下的所有的操作情况。这时所有的手持喷射设备都可以使用。

2级区域：包括喷头反作用力在150〜250N之间的所有的操作情况。在这个区域内所有的手持喷射设备必须有一个肩部支撑，并有可选择的双重保险控制。

3级区域：包括喷头反作用力在250N以上的所有的操作情况，这时所有的喷射设备都必须有某种形式的机械协助操作。

在喷枪上可以加上500、1000和1500mm长的扩展喷枪。

a.为了喷头计算，必须考虑压降，以便从配件上读数据时得到真实的压强。

b.当利用一个悬浮的油罐清洗头时，选择匹配的喷头至关重要，这样才能使各个喷头造成的反作用力达到平衡。另外，喷头需要装配流体调直器以确保层流。

c.可以为喷枪能安装针孔喷头，该喷头能在小面积上以较低的工作速率提供最大的冲击压，或者安装扇形喷头，该喷头能够在低压下以最大的工作速率为较大的面积提供较低的压力。

表5-25不同喷头尺寸，压力和流速反作用力

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喷枪喷头：用实心（solid）和扇形喷头，用于通常的表面清洗任务。最新的技术中包括一种高速旋转喷头（图5-43），该喷头安装在喷枪的末端。这种设备跟传统喷头相比，其工作速度明显提高了。

图5-43高速旋转喷头

图片P338页

管道和管子的清洗喷头：有8~25mm多种直径的喷头，用于微型软管、半刚性喷枪以及标准的12mm和25mm口径软管。目前有很多种喷头设计，要选择何种喷头，需要根据沉积物类型和管子或管道的情况来选择。图5-44是一个特殊的清洗喷头设计，需要穿过口径仅为25mm而且半径为60mm的弯管。

喷头大致有四类：

a.排水管和下水道清洗喷头。这种应用需要用到一系列尺寸的喷头，因为要清洗对象包括直径100mm排水管到直径1000mm的下水道。喷头的选择见图5-45。那两个扁平状的喷头被称为“犁”。因为它们自身的重量，它们可以在下水道的底部移动，利用高压水流使较松的沉积物移动，然后利用常规的抽吸装置清洗掉。

图5-44微型软管和喷头

图5-45高压水洗喷头的选择

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b.下水道清洗和切割喷头。许多排水管和下水道都有厚厚的石灰覆盖物和类似的坚硬沉积物，这些东西需要高达8×10⁷Pa的高压水才能清洗掉。很多喷头像Harben"联合喷头”一样有一个朝后的联合喷头，可以利用水泵大约80%的有效动力来推进喷头向前运动并清除掉比较柔软的沉积物，洗掉松动的残余物。向前的那个有右侧角度的喷头是在水泵的满功率下运转，压强高达4×10⁷Pa，负责切割掉坚硬的沉积物和其他牢固的侵入物，这些都是多数下水道清洗面临的主要问题。喷头清洗性能的切换是利用一个压力敏感阀自动完成的。对那些更加坚硬和更难清洗的沉积物利用URACADFK800旋转喷头在8×10⁷Pa的高压下清洗，这个喷头带有一套组合喷嘴和一个有中心控制闸的右侧角度喷头。

清洗的应用及其附属工具

如表5-26所示，清洗的应用主要可以分为三大类：

①表面清洗。

②地下管道、输送管及下水道的清洗。

③水箱及容器内表面的清洗。

表5-26内部清洗系统应用及技术

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1.外表面的清洗

（1）喷枪

喷枪是目前世界上应用最广泛的清洗工具。它由一个操作者控制，喷枪后面连有一根软管来提供高压水。喷枪有多种设计，根据实际应用中的压力、成本及需要的安全设施来选择所需的类型。不同喷枪的特点不同，从只有一个自动防故障扳机的基本模型到有自动卸载设备的复杂设计，变化范围很大。其实在每一种设计里面，有一点本质是不会变的，那就是操作者一直掌握对高压水供给的绝对控制权。

下面从更多的细节方面来考虑对不同设计的选择：

a.带有一头封死的卸载阀的基本自动防故障扳机

在这种情况下，喷枪上的那个扳机可以通过调节阀门来关闭和打开高压水的供给。一旦关闭了，软管中水的压力会逐渐上升，当达到一个临界值时，泵上的一个由弹簧控制的安全阀就会打开并将水引入到抽吸线路上。

虽然这个装置简单并且实用，但也有一些缺点：

①每次在安全阀工作前都要耽误几秒钟。发生紧急情况时，这几秒钟时间也会异常重要。

②抽丝现象导致了卸载阀机座的过度磨损和破裂。

b.带有倾泻阀的基本自动防故障扳机

这是一种相对比较简单和安全的设计。在这种设计中，扳机可以切断高压水的供给并将喷枪中的水以低压的形式排在地面上。不过，这样将浪费大量的水。

一般说来，对于如低于3×10⁷Pa以及不常使用的清洗系统，以上两种选择就够了。但是，对于更高压力情况，如3.58×10⁷〜1.2×10⁸Pa，已经开发出了更加可靠、安全的组装和卸除喷枪的方法。

喷枪：图5-46就是一个典型喷枪的例子。

图5-46装有远距控制配件的喷枪

（URACAPumpenfabrik提供）

图片P341页

C.喷枪安装的遥控装置

这个装置包括一个由触发器控制的“本质上安全”的感应开关。当触发器打开时，一个低压微流的电信号就通过导线传到泵上的电液卸载阀，此时阀门就马上打开让高压水以低压水的形式排到水泵的抽吸线或水箱中。跟这个类似的设计经常使用。另外，现在一些最新的喷枪设计都有一个电液稳定中断阀和一个更长的触发器。这样能使操作者更加容易控制并减少了开关阀门造成的反冲。

（2）大面积地面的清洗

很多清洗要涉及到大面积地面清洗。例如，机场跑道，尤其是飞机的轮胎开始接触地面刹车的地方。这个作用将导致一层橡胶陷入跑道的表面，加上平时的风吹雨打，这对飞机构成的重大威胁。同样地，停机坪上溢落的飞机燃料会造成飞机打滑。图5-47所示设备中包括旋转的成角状的高压水喷嘴和一个容量罩，在这个例子中，所示装置是手动的。在机场跑道的清洗中，所用装置与此设计思想相同，只不过里面有两个旋转设备，作用面积更大，可覆盖大约2m²的面积。通常将这种清洗设备安装在大型清洗排水沟和下水道的组合喷头的前部，并且在7×10⁷Pa的压力下工作。供给水储存在一个8000L的水箱中，该水箱带有一个真空装置用来推动水的移动并且把水引入一个体积一样的另一个水箱中备用。目前，这种清洗工具正成为世界的大部分主要机场的标配，从中国的首都机场到伦敦的Gatwick机场，都有这种设备。不单单是机场，该技术还适用于石油精炼厂，石化工厂和石油出产国，在这些石油生产国家，石油沉积物堆积一段时间就会造成危险。在委内瑞拉，有一条臭名昭著的路，在过去的十年内就因为车祸造成了很多死亡，原因就是路面有石油沉积物。委内瑞拉国家石油公司近期引进了四部高压水清洗装备以保证路面保持安全状态。

图5-47装有高压旋转喷头的地板清洗机

2.管子、导管、排水沟和下水道的清洗各种技术虽然类似，但是它们要求不同的设备和方法。

（1）管子（pipe）和导管（tube）

虽然人们把管子和导管分开来看，但是并没有将两者的不同，明确定义出来。在本章中，为了方便，我们把直径小于25mm的叫做导管，直径大于25mm的叫做管子。

根据不同应用的特殊性，我们得出以下结论：

①压力和水流速度。这个我们可以通过反复试验或者特殊实验得到。多数管子、排水沟和下水道的清洗装置都是装载在车辆上或有拖车拉动的，与电动固定速度相比，这种装置通过改变汽车引擎速度和水流速度可获得更大的灵活性。

②一般来说，要根据所清洗的管子或导管的尺寸来选择使用微型弹性喷头或标准软管，同时还要考虑到工作压强。注：选择合适的工作压力时，要考虑压力差和水流速度，故而软管的长度要保持一个最小值。

③依照清洗的类型，沉淀的状况和软管的直径来选择相应的喷头。这些喷头的构造设计以及孔的直径大小如图5-48所示，这是根据作用力表计算得出的结果，参见表5-25。

④如果管子被完全堵死了，就必须用手喷枪清洗管子的前300mm，以便软管能够进入到管子或者导管中。一般都需要使用多种喷头才能达到清洗目的。

⑤当使用小口径软管清洗大口径管道时，要注意避免喷头发生180°的旋转以至伤害操作者。在喷嘴和弹性软管之间加一段短的刚性管可以避免上述事故的发生。

⑥为了避免操作者在压力下将软管从管子或导管中拉出，要在喷嘴后约500mm处做一个不可去除的标志，或者安装专门端壳包住喷头，从而让软管正常工作。

标准式

这种喷嘴的尖端可以穿入管子

图片P343页

自推进式

这种喷头是自动被拉入管子的

图片P343页

非排斥喷头对清洗沉淀物有效果最好

同时还适于清洗滤筒

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图5-48不同样式的喷头

⑦为了安全和健康起见，清洗员必须有效地控制高压水的供给的方法。目前有如下几种方法比较有效：

a.利用一个站在安全距离以外的另一操作者控制的安全阀。第二个操作者的职责就是根据清洗员的需要或发生紧急情况时打开和关闭安全阀。

b.利用脚控制阀，如图5-49所示。这个作用机理跟自动防障阀，如喷枪的安全阀的机理是相同的，并且这个设计的目的就是把水以低压的形式引入到排水沟中。事实上，这个由操作者自己控制的脚控制阀跟由第二个操作者控制的安全阀比起来具有一定的优越性。

图5-49脚控的水泵阀

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c.为了能完全控制高压水的供给，操作者可以使用安装在软管的末尾的电动脚控制阀。这个作用机理跟喷枪的设计很相似，喷枪中就有一个脚踩阀来操作感应开关，脚踩阀会对泵上的卸载阀发出一个指令，从而让水立刻以低压的形式排泄到抽吸线路上。

（2）排水沟和下水道的清洗

基本的操作程序与管子清洗很类似。但是，因为排水沟和下水道一般在地下，长度比较长，并且比管子更加难以接近。在绝大多数情况下，下水道清洗使用中压清洗，清洗装置可移动，装有柴油驱动泵。不过，也确实有些下水道清洗，需要使用更高的压力和流速，如去除坚硬的石灰垢和其他覆盖物。图5-50所示为一套高压下水道喷洗设备，该设备配有“DFK”特殊旋转喷头，其工作压力最高可以达到8×10⁷Pa。

（3）闭路电视检查

大多数发达国家都利用闭路电视来检查下水道的清洗过程和清洗结果。这样有利于掌握清洗的进度，而且有利于下水道清洗的承包人为客户提供证据证明下水道已经被清洗到所要求的标准了。

图5-50高压下水道清洗设备。最大的工作压力8×10⁷Pa

（URACAPumpemfabrik提供）

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3.船舶清洗

在20世纪60年代初，高压水洗刚刚兴起的时候，清洗船舶外壳就是其最引人注目的应用之一，当时该技术最著名的使用者是德国的Hammelmann公司。生物的生长例如海藻等会产生摩擦阻力或拖曳，这将大大降低船舶行驶速度，从而增加能耗。生物生长50.8mm厚是很常见的，尤其是当船舶在温暖水域作业时。除了清洗掉生物生长层外，清洗技术还必须除掉燃料耗尽后留F的污垢和其他的涂料，以及肉眼看不到的氯化物、硫酸盐等可溶于水的物质。在引入高压水洗之前，船舶的外壳都是用物理方法来清洗的，例如用手擦，强力的钢丝刷，强力圆盘和干燥的沙子摩擦，尽管现在有更加安全的研磨介质可用（见替代技术相关章节），但这种技术对身体有害，因为操作过程中会产生可在空气中传播的硅化物颗粒和细沙，会对肺造成影响。

可以在船舶航行时进行高压水洗，不过，目前多数船舶外壳是在干燥的码头用3×10⁷〜8×10⁷Pa的高压水清洗的。

很多年以来，带有一个30°~60°的扇形喷头的手持喷枪是主要的清洗工具。并且，还可以用于清洗较小的容器；一般一个喷枪1h能清洗70~100m²，不过，这还要由操作者的效率、船壳的可接近性以及污垢的性质决定。虽然喷枪非常实用，可是它的强烈振动非常容易使人疲惫。在20世纪60年代的末期，德国Hammelmann公司发明了名为“Dockmaster”的机械清洗系统，这种系统在过去的30年中又有了显著的改进。

这种技术的优点如下：

①消除操作者过度疲劳。

②能够使用更高的压力并且充分的提高了清洗速度。（超过3000m²/h）

③保证持续稳定的清洗效果。

一般说来都用清水来清洗，除非清水比较短缺，例如中东地区，这里先用海水冲洗，然后再用清水冲洗。清水里含有腐蚀抑制剂，从而避免形成“瞬间生锈”。目前最新的Dockmaster"清洗装置称为"Aquablast"，该装置包括一个过滤系统能够收集到90%的废弃碎片以供处置。清洗系统包括一个或多个旋转的组合在一起的清洗喷头，每一个的直径为500mm，装配在一个水压平台上，而远距控制面板位于一个工作篮里。对于轮船螺旋推进器，减压装置，船体的龙骨以及其他的一些难以清洗的地方，可以利用装有旋转喷头的喷枪进行清洗。

如果要涂油漆，那么就需要磨光表面，这时还需要去掉锈蚀，例如根据瑞典标准SAE2½〜3，就要用一个湿研磨清洗系统，该系统的清洗速度一般是一个喷枪30m²/h，或者与"Dockmaster"系统配合使用。

4.海上石油平台的清洗

在很多方面，这个应用与船舶清洗类似，但是也有特定的异同之处：海上平台被列为危险区域，因此泵的设计和安全认证必须在2级区域内。大多数平台都有小型的水泵设置来做日常的清洗任务，这些水泵通常都是由柴油发动机带动，而且都是防爆设计（见第二节）。许多高压水清洗的工作还包括去除杂草，藤壶及其他贴在建筑和管道上的海洋生物。为了进行定期检查、维修、重新油漆和防腐工作，需要训练潜水员让他们学会利用特制的喷枪，这种喷枪带有两个排水口，一个包含清洗喷头，另一个朝后，其作用是抵消喷头的反作用力，使潜水员行动自由。这种方法的优点就是潜水员不会受任何反作用力的影响，并且不容易疲劳。但是这样就需要以平时流速的两倍来供给高压水，这就需要两倍的动力。工作压力在4×10⁷~8×10⁷Pa之间是很常见的。水泵装置和相关设备经常被装在一个容器里面，而该容器被放在一个固定在钻塔上的“支撑”容器中。

5.自动管束切割机

清洗各种管束的技术。热交换机、冷凝机、循环煮沸机和蒸发机等是炼油厂、石油化工企业、电厂及其他重处理工业中循环系统的主要组成部分。管道经常会被完全堵塞或者部分地方被非常坚硬的沉积物堵塞。在某些地方，甚至连管道周围的空间都被限制了，多数工艺问题都是由此引发的，从而导致企业产量降低。

在引入高压水射流以前，管道束经常被堵塞以至需要分开各个管道，在管道上钻孔或者敲打管道来去除沉积物，但是这样就不可避免地对管道造成了损害。管道束要么在原位置上直接清洗，要么拆卸下来带到清洗的地方。这两种情况无论是哪种情况，手工清洗管道束都是一个耗时、费力又存在潜在危险的工作。为了避免这些问题，人们设计了一些自动和半自动的管道束高压水洗设备，这些设备的工作原理基本上是类似的。

因为管道束的尺寸和形状各不相同，这就要求清洗机器必须是多用途的。清洗喷头的定位和移动一般是以气压或水压作动力的。喷头可以是固定的，也可以是旋转的。如果要清洗长6800mm、直径20mm的管子的话，一般一个喷头每分钟能清洗4根这种管子。这个系统由一个操作者通过清洗区域附近的一个控制台进行操作。

水箱和容器的内表面的清洗

专门清洗水箱和容器内表面的清洗设备的开发是过去15年以来几种最为重要的安全且性价比很高的技术之一。让人进入容器，用手刮或用手持喷枪清洗容器一直以来都是有很大潜在危险的。不仅是喷头高压束的反作用力非常容易使操作者过度疲劳，而且操作者的工作空间非常狭小，水雾还经常迷住操作者的视线，容器的内表面一般也含有大量的油脂，非常的滑。这已曾经导致高压水射流接触并严重伤害操作者身体。

高压水洗的另外一种比较奇特的潜在危险就是供水软管容易像鞭子一样抽到身体，当一个供水软管在一个狭窄的空间内像蛇一样猛烈扭动的时候，操作者就可能受到非常严重的，甚至致命的伤害。这自然而然地就导致了1998年英国提出了“如何在狭窄空间内安全工作”操作规范、管理和指导。关于水箱或容器内表面的清洗，其中有一段最为重要的一段：

“当不用进入内部就完全可以把工作完成时，雇主有义务阻止雇员和其他在一定程度上受雇主控制的人，如承包人，进入狭窄空间或在里面工作。”

由此我们可以推出，如果有一种“不用进入”就能够清洗的设备，跟“人工进入”的清洗方法比起来，人们必须优先选择“不用进入”的方法。章程同时还规定水箱和容器的设计者必须在设计中考虑到新的清洗装置的特点和安装清洗设备，以排除或减少人工进入的必要。

近年来人们逐渐地意识到某些化学物质对人体有潜在的危害。例如氯化乙烯被认为具有致癌的特性。这促进了对无人进入清洗系统的需求，也促进了对能够进行水箱或容器内表面清洗的设备的需求。

这个体系主要由下列主要部分组成：

1.高压水泵

水泵大多数是活塞式或辐射状活塞式设计，第三节对此有详细介绍。电力规格可能是标准的或者隔爆型。

在选择水的流速的时候要注意，虽然喷枪可以跟被清洗表面靠得很近，但是清洗头可能被安装在1000mm远的地方，并且总水流可能被2〜4个喷头平分。正如先前所说，喷头和被清洗表面之间的距离对清洗掉一个特殊的沉积物应该需要多大的水利能量有很大的影响。为了弥补水流速度损失，有必要增加水的流速和水的使用量。

2.清洗头

当前内部清洗技术有效性的提高应该归功于特别有效的高压清洗头的开发，图5-58所示是一个清洗头。虽然清洗头设计多样，但是大多数清洗头都是依据两个轴承的原理进行工作的。比如，一个360°环形清洗模型，它的旋转运动是由水射头的作用力和回转臂偏移产生的。这两种力量大小几乎相等，方向相反，所以一个悬浮的清洗头在工作的时候就差不多保持一个固定位置。可以用一个可调节的制动阀、油压和磁力来控制旋转速度，没有这些调节的话，回转臂旋转就会失去控制。该系统工作压力一般在1.25×10⁷〜1.2×10⁸Pa之间。由此可见，我们必须计算出适宜的压力，水流速度，回旋臂抵消量，喷头尺寸和旋转速度，否则的话，制动装置和齿轮就会遭受过度磨损，而且清洗效率也会受到影响。清洗头是由磷青铜或不锈钢制造的，并且根据不同的压力和水流速度要求有不同的尺寸规格。

3.定位装置

这个装置的功能就是把清洗头固定在容器内部以便于：

（1）能够够到煽动杆、挡板和其他内部装置后面的“阴影区”，使喷头在理想状态下达到100%的覆盖率。

（2）缩短喷头和被清洗表面的距离使能量损失达到最小。

要根据应用的不同来选择不同的定位装置。

高压系统

通常的应用中，基本上有两类高压系统。

1.专用系统

这种系统一般被永久地安装在一个容器或者一系列的容器里面。通常用该系统在生产空档期间对这些容器进行清洗，或者容器内部的物质必须严格控制泄漏一如挥发性有机物或者其他的相似例子。以下是一些专用系统的范例：

图5-51自动化悬挂管清洗系统

（1）自动化悬挂管系统

具体可以参见图5-51，该图显示了一套聚氯乙烯加工装置的清洗系统，该装置有五个容器。每个容器都有一个独立的清洗系统。在这个清洗系统里，清洗喷头被放在一个气密部件里，而这个部件放在容器的上方。当需要清洗的时候，一个连锁开关被打开，清洗喷头进入容器内部，按预定的程序开始清洗。程序控制喷头进行定位和循环清洗，最后控制喷头回到原先的存放部件里。因为在这套装置内部没有隔板和搅拌器，所以只要让喷头沿着容器的中心线移动就可以得到全方位的清洗效果。该系统是自动化的，人们可以在控制室对这个清洗系统进行控制操作。

（2）空气喷枪系统

该系统的主要特点是有固定的喷枪，用空气作为清洗动力。当容器底部有一个动力搅拌器，或者容器内部没有配件产生阴影区的时候，我们可以用一个单独的空气喷枪进行清洗任务。如果动力搅拌器放在了容器顶部，则我们需要在相反的两端布置两个空气喷枪。在上述的两个例子里，我们还可以考虑配备空气密封的设计。考虑到空气喷头的有效射程，该系统只能在小型容器里使用。因为空气喷枪是固定的，喷头的清洗区域范围可以精确地事先规定好，而且布置在轴两端的喷头可以设计成S形的转臂形状，因此该系统的一个显著优点就是特别适用于玻璃和涂装容器的清洗。该系统同样是完全自动化的，可以预先编程以设定清洗步骤。（图5-52所示为一个空气喷枪系统的范例）。

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2.便携式系统

便携式系统的定位装置、喷头和软管可以从一个容器转移到另一个容器里面。这种设计适用于容器清洗间隔不规则的情况。根据容器尺寸和容器内部沉积物的性质，定位装置有多种不同类型。

简单便携式系统的范例包括：

（1）固定喷枪系统（RPE）

尽管有一些差异，它的主要特点有以下几方面：

*固定的能承受高压水流的不锈钢喷枪。该装置一端连接着软管，另一端则安装喷头。

*双轴喷头。

*—个球形接头。上面附有可调节的夹子便于喷头的旋转、安装和卸载以便重新定位喷头。

*一个入孔（manwayplate，大型设备供人进入清洗用进口）盖板。盖板的设计必须配合球形关节以及被清洗容器的尺寸和形状。尽管入孔本身的尺寸和形状可能有很大变化，但通常都会有一个标准的中心部件。里面包括球形关节和夹子，以及可更换的入孔盖板以适应不同的入孔尺寸。

固定喷杆系统的好处有以下几点：

*简单而相对便宜的设计。

*因为喷头被固定在支架上，因此不必担心喷头摇摆的问题。这种问题在喷头悬挂在软管的时候经常发生。

*因为喷杆是固定的，因此相对而言喷头可以精确地定位在更靠近容器表面的地方，这样就提高了清洁能力。

固定喷杆系统有以下缺点：

*考虑到总体长度和重量，该系统在容器内部操作会比较不方便。

*同样地，容器上方的容纳空间对于清洗系统而言可能有时候会不够。

*喷头转动的角度范围是有限的（每边大约能摆动50°），因此喷头不能太靠近容器的正下方表面（通常这里是最脏的）。

这套装置最适合应用于最大直角半径为3m、最大容量为20m³左右的容器。图5-53所示就是这种系统。公路罐装车清洗系统里就设计有固定喷枪，主要用于清洗集装箱的凹面。之所以使用固定喷枪，是因为集装箱通常只有一个入孔，而且需要清洗的距离比普通的罐装箱车大。

（2）悬挂管定位系统（SPE）

该系统最简单的设计就是一个安装在软管上的双轴喷头，该喷头悬挂在容器的中心线上。应用对象的具体例子如罐装箱车，容量为1000~3000L左右的小型加工容器等等。值得注意的是，当喷头距离清洁表面有1m左右时，能量损失很大。该系统主要用于清洗相对较软的沉积物，而且可能是最常采用的内部清洗方法。

图5-54的设计最适合大型垂直容器的清洗，特别是当需要两个独立的喷头以覆盖容器内阴影区域时。该系统可以完全自动安排双轴喷头定位和循环清洗的次数。软管的线盘挂在容器上方的一个横梁上。该系统也可以只使用一个喷头工作，而且通常一个装置可以用来清洗多个容器，只要这些容器都在横梁的可达范围以内。有些系统的设计可能在喷头周围安放一圈起保护作用的格网，以及使用较小的转子和转臂防止系统转动的部分在清洗的时候碰到容器。必要的时候，清洗系统还必须符合电气规范中适宜在2级区域环境操作的规定。考虑到配合大型容器的内部结构，其清洗系统的设计更为复杂。通常大型容器会在入孔的边缘装一扇特别设计的盖板，以及有一个联通的空间。这样喷头就可以从容器的一端移动到另一端，避免了由于容器内部隔板或者扇叶的存在使得有些阴影区域无法清洗的情况发生，具体例子参见图5-55。

图5-54多缸悬挂管清洗系统

图5-55手动操作的悬挂管清洗系统

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在大型容器清洗方面，悬挂管定位系统优于固定喷枪系统的方面在于：由于使用了可变型的软管，喷头可以升起、降低以及定位在不同的位置上，这样容器的总体高度就不成问题了。

悬挂管定位系统的优点在于：

*具备清洗大型容器的能力，最大的箱体长度可以到10m，直径最大到4m。

*相对固定喷枪系统而言，悬挂管定位系统比较轻，而且可以分批运输到目的地再组装。

*喷头可以抬高，对于容器底部和顶部的清洗更有效。

悬挂管定位系统的缺点：

*一旦管嘴被堵塞或者失去平衡，会导致悬挂的清洗喷头摆动，可能会因此碰撞和损坏容器。

*相对固定喷枪系统而言，悬挂管的定位没肴那么精确。

（3）手动可伸缩定位装置

范例见图5-56。手动可伸缩定位装置通常安放在容器入孔上，和固定喷枪系统差不多。不同在于：这套装置是通过摇盘和齿轮，由人手进行操作调节。

这种方法通过人手控制满足了清洗喷头精确定位的要求，同时避免了清洗装置和容器发生机械碰撞的危险。

手动可伸缩定位装置的优点：

*精确而且可重复的定位。

*可以用机械辅助手工操作（可以预先编程）。

不足之处在于：

*人力成本较高。

*当有多个容器需要清洗的时候，移动装置非常费劲。通常这种可伸缩装置会用起重机吊在容器的上方或者使用手推车进行运输。

图5-56。手动可伸缩定位装置

（4）自动可伸缩定位装置

与手动可伸缩定位装置类似，但是自动装置通常用于特定的容器清洗工作。该装置的喷头定位是通过一个可以到达容器各个部分的自动伸缩装置来实现的。

（5）Truncojet®清洗系统

如图5-57所示，该产品的设计是专门针对体形较长（最长可达13m）的铁路罐装箱的，这些罐装箱通常只在中间部分有一个入孔。问题在于，位于这些罐装箱内部末端的沉积物一般只能靠人爬进去进行清除。位于索尔兹伯里（Salisbury，英格兰南部一城市）的英吉利陶瓷粘土公司就遇到了这个问题。英格兰铁路库房负责处理大量的铁路罐装箱，这些罐装箱曾经承担全英国碳化钙（电石）的运输工作。Truncojet清洗系统首先通过液压装置固定在罐装箱入孔的边缘，然后通过一个固定的曲管——里面包着耐高压可变形的软管——将清洗喷头放入内部定位。系统的清洗压力为2×10⁷Pa，流量为200L/min。当罐装箱的一段清洗完毕以后，定位装置旋转180。，然后在另一端重复清洗工作。最后，喷头回到中心位置对罐装箱的中部进行清洗。整个清洗过程是自动化的，只需要一个工作人员在控制台进行控制。冲洗下来的水将会被收集起来，以便作进一步的利用。

在Truncojet清洗系统出现以前，铁路罐装箱的清洗工作需要耗费大量的人力，以至于成为铁路效率的一个瓶颈。新的清洗系统把铁路罐装箱的吞吐能力提高了50%。图5-58给出了喷头在铁路罐装箱内部工作的图示。

图5-57“Truncojet”铁路罐箱车内部清洗系统

图5-58“Truncojet”铁路罐箱车筒的，能看到清洗喷头和定位装置

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3.环境废物罐装箱

近年来关于环境废物处理的法律条规开始提高了标准，对收集和处理垃圾的控制得到加强。为了运输垃圾而特制的公路罐装箱会在后部开一个口，以便于把垃圾倾倒在指定的垃圾处理场。为了防止有毒物质的烟尘泄漏，一般很少使用顶端开口的罐装箱进行垃圾输送。垃圾输送主要会导致以下两个问题：

*因为垃圾是从不同的居民中收集的，里面包含了许多种类。这些垃圾混合物可能含有多种多样的特性，如有毒物质、有害物质、可溶性物质等等，这些都会引起一系列的健康和安全问题。

*通常在罐装箱的前面末端的垃圾会被压紧压实，这使得罐装箱在装卸垃圾的时候比较麻烦，而且增加了垃圾混合的机会。

为了减少这些问题，人们设计了一种特殊的清洗系统，如图5-59。这套系统有一个高压泵单元，压强可达2×10⁷~3×10⁷Pa。还包括一条扩展的滑道以及定位装置，再加上一个双轴喷头。有时候罐装箱里面的隔板会限制清洗装置通行，这时候可以在一个水平平面上使用一个微型的双轴喷头进行清洗。整套清洗过程可以在一个安全的距离以外由工作人员进行遥控。

图5-59带有一个扩展清洗喷头的后开门环境垃圾清理车

4.鼓形容器和中型体积容器清洗

大部分鼓形容器和中型体积容器单元的清洗只用到低或中压力清洗技术，尽管有时要添加一些化学药剂。但是，有很多还是需要高压清洗的。

（1）鼓形容器的清洗

为了清洗不同的沉积物必须使用不同的压力。为了弄清它们之间的关系，在英国南部的一家鼓形容器处理公司进行了一系列的实验。他们的实验设备包括一台柴油动力的可移动高压水泵，以及固定在垂直距离250mm处的双轴清洗喷头（最大工作压力6×10⁷Pa）»鼓形容器开口朝上，放在清洗喷头下方。实验的主要目的是确定在不同的沉积物条件下，用清洁的凉水在最高6×10⁷Pa的压力下冲洗3min的清洗效果（时间的限制是为了让污水的量降低到最少）。表5-27给出了实验的结果。

表5-27对开口朝上的鼓形容器使用高压水清洗的实验报告

由于喷头和鼓形容器表面的距离很紧，所以清洗效果要比预期的好。一般说来，大多数水基涂料都可以在合理的时间内清除掉。这个结论也同样适于聚乙烯醇胶和大部分多聚合物。溶剂型涂料就需要用更高的压力才能清除掉，涂层越薄越难清洗。树脂，尤其是湿的环氧树脂，如果不用隔离剂的话几乎不能清洗掉，它还会继续粘在鼓形容器的表面上。

（2）IBC清洗

许多公司由于经济和环境方面原因，都用IBC（1000~2000L）来替代鼓形圆桶。所以将来对鼓形圆桶的需求会比较有限。IBC可以分成三个大类：

①一种叫做“一次旅行”设计（虽然大多数仍被重复使用直到发生泄漏），市场成本很低，由中等密度的聚乙烯加工而成。

②用不锈钢做的IBC，专门用来运输有毒、易燃和其他的一些液体。它们的设计必须符合联合国有关的苛刻标准和国际安全准则。

③为食物和医药工业设计的卫生医用IBC。

在①类中，能够承受的最大压力是2×10⁷Pa（条件差的话，压力要更低）。②类的容器在必要的情况下可以用更高的水压来冲洗，特别适用于油漆、涂料和印刷油墨生产行业。③类容器主要用于内部原料处理，它的清洗技术还需要程序确认。

多数IBC的清洗应用只需要低等到中等压力的技术，（见第四节，第五节），偶尔用一下比较高的压力来清洗乳胶和其他类似的物质。最简单的清洗技术就是用绑在短的刚性喷枪上的小型双轴清洗喷头（图5-60）。当需要清洗外面时，如果总量不大，那么一个手持喷枪就足够了。

图5-60清洗IBC的基本高压水洗系统

利用高压水射流清除核辐射尘

由于其特定属性，核工业中有特殊的清洗问题，尤其是当要去除放射性核素时，通常称这个过程为清除核辐射尘。清洗应用很广泛，从清洗小的零件，如工具和跟维护活动相关的器件，在运输处理之前清洗盛满放射性废物的容器，到核设施退役前整车间的清除核辐射尘。一般利用传统的浸泡和喷雾的方法，里面常常加上一些硝酸或其他的特殊试剂。尽管这些方法已经足以去除辐射尘了，但是目前人们进行了大量的研究工作来寻找一种能够既可以达到清洗标准又能把放射性对人体的危害减到最低的技术。

在许多场合，为了遵守严格的核安全和健康规则，现在都使用遥控处理装置和自动程序来清洗。

研究的技术可分为两组：

（1）化学清洗方法，包括塑料泡沫，凝胶和电化学技术。

（2）物理清洗方法，包括高压水射流，干燥的和湿的喷砂法，跟高压或低压水配合使用，使用压缩空气的喷砂法，溶剂射流，低温和蒸气处理等。

当考虑清洗技术选择时，需要考虑的一个重要的因素就是二次废物问题。考虑到这个问题，利用高压（低压）水射流具有很明显的优点，因为水不但价格低廉，而且还可以被处理并重新使用。

核污染物种类很多，有柔软的表面沉积物，还有特殊的涂料和氧化物，其中前者可以用2.5×10⁷Pa压力的水清洗掉，后者就需要1.2×10⁸Pa压力的水。这两种污染物都需要双轴清洗喷头来进行内部清洗，还要一个装有高压水喷头的喷枪来做外部的清洗。小的部件一般都是在一个清洗箱的“套子”中清洗，当操作者进行操作的时候整个部件都被包在箱子里面，操作者可以在箱子外面利用高压喷枪进行清洗，这就把放射性危害减到了最低程度。

容器清洗包括燃料运输瓶，该运输瓶用来在英国境内的公路和铁路上运输核燃料。由低碳钢制成并在外面涂上了一个高级的环氧涂料，按照定好的维护计划，这些涂料要定期被洗掉并重新涂上新的。根据涂料性质的不同，有的需要把压力升高到1.2×10⁸Pa才能成功将其清洗干净。但是在清除最外面冷鳞上的残余物时，即使用超高的压力水射流技术（2.5×10⁸Pa）也不能成功将其清除。

干燥和潮湿喷砂法在清洗设备方面具有优点，但是它产生的废物是不能接受的。其他的容器中包含低碳钢制作的“Magnox”燃料筒，这些燃料筒也被涂上了环氧涂料，它们用来贮存成磅的核燃料。

涂料会因为腐蚀而变差，在维修或处理前必须先除掉。

进行高压水洗的试验来决定某个可接受的清洗标准所必需的最佳压力和流速。在做内部清洗试验时，对于清洗的覆盖范围，清洗的效果用一个模拟的容器和一个覆盖物“作证明覆盖物”例如“工程蓝”做检测，从而确保高压水射流能够完全覆盖容器的内表面。

另外一个重要的和清洗应用就是清洗大量的装过放射性废弃物的密封不锈钢鼓形圆桶，这些垃圾被预先压缩在水泥浆里面以便放在鼓形圆桶里做安全处理。为了确保内表面没有沾染上任何放射性污染物，在英国北部的核再加工工厂中安装了清洗设备。这个程序完全是自动的，并有机械处理系统来将鼓形桶送进一个箱子中，这个箱子里面安装了静态高压水射流，工作压力为2.5×10⁷Pa，并且它的位置摆放能够保证100%的清洗覆盖率。

在英国的原子能权威技术中心已经展开了用高压水和超高压水进行去除辐射尘的进一步研究，包括：

*混凝土和水泥表面辐射尘去除。

*蒸气发生重水堆主要电路、不锈钢管道的辐射尘去除。

高压水射流清洗和喷头切割在核工业中还有很多潜在的应用，随着老的核电站退役，这项技术的应用方面会逐渐扩大和增长。

小结

为了满足对更高压力，更快的工作速度和更安全有效的清洗技术的需求，清洗附属工具的发展也会持续下去。今后有必要对清洗系统在21世纪向完全自动化“技术水平”的体系和程序发展的倾向进行研究。