导热油加热系统的清洗
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清洗 世界
第 11 期
的厚度和硬度 , 专 门设计的金属毛刷、钻 头、清管 器 (PI G ) 等专用的清洗工具 , 可以实现有针对性的 清洗
[ 7]
3 . 3 定期清洗是导热油加热系统安全稳定运行的 必要程序 把无法避免而生成的污垢定期清洗除掉, 是防 止污垢沉积 , 不产生难以清洗的 I 类垢和 II 类垢的 最好方法。花费不大而达到导热油加热系统安全稳 定运行的目标。 定期清洗是导热油加热系统安全稳定运行的必 要程序 , 应当严格遵守。
作者简介 : 刘宪秋 ( 1941- ), 男 , 汉族 , 河北省秦皇岛人 , 教授级高极工程师 , 曾任中国蓝星 ( 集 团 ) 总 公司副总经 理 , 总 工程 师 , 现任中国石油和化学工业协会常务理事 ; 中国膜工业协会第三届理事会秘书长 ; 中国材料研究学会常务理事。
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清洗 世界
第 11 期
专论与综述
文章编号 : 1671- 8909( 2008) 11- 0017- 04
清 洗 世 界
C leaningW orld
第 24 卷 第 11期 2 008年 11月
导热油加热系统的清洗
刘宪秋
(中国蓝星 ( 集团 ) 总公司, 北京 100029) 摘 要: 通过分析导热油中污垢的形成机理 , 将导热油污垢分为三类 , 并针对不同的类别推荐了
( China N atio na l B lu estar ( Group) Corporat io n , B eijing 100029 , Ch in a) A bstract : T h is stu dy summ arized the form ation m echan ism of scale in hea t- transfer oil heating sys tem, div id ed th e scales in to three k in ds, recomm ended the d ifferent c lean ing m ethods to the d ifferent scale . And suggested that stabilizing work ing condition o f the heat– transfer system, adds the right additiv e and a perio dic clean in g at the sa m e ti me . K ey words : heat- transfer o il heating ; sca le ; chem ica l c lean in g ; physical cleaning; add itive 导热油加热系统是一种用途非常广泛的间接加 热系统。 以其节能, 常压操作, 安全可靠 , 无水资源 耗费等优点 , 对于节能降耗、 安全生产、 环境保护、 提 高经济效益和社会效益具有重要意义
型 型
壁面上致密的石墨化积炭; 类似沥青和胶质的高粘度的高分子化
合物和碳颗粒组成的较松软的积炭垢; 型 含有游离碳颗粒的高粘度高分子化合
根据导热油加热系统运行的工况和时间, 或者 存在一种, 或者存在两种, 或者三种皆有。 1 . 3 导热油结垢的危害 导热油发生结垢后, 沉积在导热油管的内壁的 污垢, 大大增加了传热的热阻, 降低了传热效率和 传热的出力 , 浪费了能源。为了保证导热油加热系 统的传热出力, 只能加大燃烧强度 , 提高炉温 , 长时 间超设计温度运行还极易烧穿炉管, 引起火灾等安 全事故。 导热油发生结垢后, 沉积在导热油管的内壁的 污垢使油管 的横截 面积变 小, 同时 导热油 粘度升 高 , 这些都加大了泵送设备 的负荷, 浪费了能量。 长时间超负荷运转, 极易发生设备安全事故。 因此, 防止导热油加热系统结垢, 以及导热油 加热系统结垢后及时清洗, 是导热油加热系统安全 可靠运行和节约能源的极其重要的措施。
相应的清洗方法。同时, 提出了稳定工况运行导热油加热系统、 添加合适的添加剂预防结垢和 定期清洗的运行建议。 关键词: 导热油 ; 污垢; 化学清洗; 物理清洗; 添加剂 中图分类号: TQ630 文献标识码: B
C leaning of heat- transfer oil heating system LIU X ianqiu
2 导热油加热系统污垢的清洗
和其它的系统污垢的清洗一样, 导热油加热系 统的清洗方法也分成化学清洗和物理清洗。 2 . 1 导热油加热系统污垢的化学清洗
[ 4]
化学清洗就是使用合适的化学药剂 , 使其与污 垢发生反应而转化或 剥离, 从而清除污垢的过程。 其关键是针对污垢的特点选择合适的化学药剂。在 导热油加热系统中的污垢主要是大分子或高分子的 碳氢化合物。 因此 , 要选择能与烃类发生化学反应 转化为其它易去除的物质, 或者能改变这些烃类的 物性使其从管壁上剥离的化学药剂。并以这种或几 种化学药剂为主剂配制成合适的清洗剂。按清洗剂 中的主化学药剂的性质, 化学清洗剂可分成无机清
第 24 卷
刘宪秋
导热油加热系统的清洗
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洗剂和有机清洗剂。 对致密的石墨化积炭垢 , 由于其化 学稳定性, 还很难找到合适的化学药剂去清洗它。 2 . 1 . 1 无机清洗剂 常用的无机清洗剂主要有氢氧 化钠、碳酸钠、 磷酸钠和硅酸钠等为主化学药剂的水溶剂。其主要 作用是与烃类发生皂化反应, 使污垢溶解脱落, 积 炭垢破碎悬浮分散 于清洗剂中。这类清 洗剂对 III 类垢和 II类垢的清洗效果较理想。 通常这些主化学药剂质量分数为 2 % ~ 5 %。 为了达到更好的清洗效果 , 无机清洗剂中应加 入下列清洗助剂。 ( 1) 表面活性剂。它具有润湿、渗透、 乳化分散 等作用。 常选用非离子表面活性剂和十二烷基苯磺 酸钠阴离子 表面活性 剂等 , 其 质量分 数可 分别为 0 05 % ~ 0 . 1% 和 0 . 1 % ~ 0 . 2% 。 如果两者复配, 用 量可减少, 效果还更好。 ( 2) 螯合剂。为了充分发挥表面活性剂的作用, 增加清洗效果, 可加入螯合剂。如三聚磷酸钠和三 乙醇胺等, 质量分数可为 1% 和 0 . 5 %。 ( 3) 增溶剂。在含表面活性剂的溶液中加入极 性有机化合物, 会使清洗剂的溶解度加大。如异丙 醇等。溶垢能力增强 , 清洗剂浊度会明显提高。 在清洗过程中, 适当提高清洗剂的温度 , 如 80 ~ 90 , 和适当延长清洗时间 , 如 48~ 72 h , 可取 得更好的效果。 2 . 1 . 2 有机清洗剂 常用的有机清洗剂主要有石油类溶剂 , 卤代烃 溶剂和醇类 溶剂等。其 主要作 用是与 烃类 污垢溶 解、 溶涨而破碎和剥离污垢。这类清洗剂对 III 类垢 和 II类垢的清洗效果较理想。 石油类溶剂主要有汽油、柴油、煤油、苯、甲 苯、 二甲苯等。低沸点的石油类溶剂对烃类污垢溶 解性比高沸点的石油类溶剂要好, 但更易挥发和易 引起火灾。比较而言 , 二甲苯不失为较合适的选择。
[ 1]
程是导热油加热系统生成污垢的主要环节
[ 2- 3]
。
1 导热油中污垢的形成
1 . 1 导热油的分类和特点 导热油通常可分为合成型和矿物油型两类
[ 2]
。近年来,
在现代化工、 纺织印染、 造纸、 建材、 塑料、 食品、 医药 等工业中的应用 , 大有取代蒸汽间接加热的趋势。 在导热油加热系统中 , 导热油作为热载体 , 通 常在直接火加热的热油炉中加热升温, 再被输送到 换热器 , 向最终被加热的物料传热, 放热降温 , 然 后再被送回热油炉, 完成循环。在整个系统中 , 导热 油 要经历两次换热过程 , 其中在热油炉中的换热过
。
对化学清洗有些无能为力的 I 类垢, 以上两种 物理清洗方法倒可以发挥其作用。有的时候某种单 一的方法确实难以应对复杂的问题。各种方法的集 成就是必然的选择。
卤代烃溶剂主要有四氯化碳, 三氯乙烯等。对 烃类污垢溶解能力强 于石油类溶剂, 不燃或难燃 , 但价格高, 易挥发而且有毒, 特别是对大气臭氧层 有破坏作用。虽然仍有应用 , 但要逐渐淘汰 , 不宜 提倡。 醇类溶剂主要有乙醇、异丙醇。对烃类污垢溶 解能力强, 而且亲水 , 易于与表面活性剂联合使用。 2 . 2 导热油加热系统污垢的物理清洗
收稿日期 : 2008- 07- 10
。
合成型导 热油是以 石油化工 及化工产 品为原 料 , 经有机合成工艺制得的。其 中包括合成芳烃、 醇、酯和杂环烃, 以及硅油等。由于是合成的化学 品 , 在合成时其目标产物是明确 的, 因此合成型导 热油的组分比较单一 , 或是Hale Waihona Puke Baidu种同分异构体或是几 种化学性质相近的混合物。
矿物油型导热油是以石油的某段馏分为原料加 工调配制成。其组成是包含了极其多种化合物的混 合物, 有长碳链饱和烃、芳香烃、混合烃等。各个组 分之间 , 除馏程一致之外, 其化学性质特别是化学 键能的差别会很大。 无论合成型导热油还是矿物油型导热油, 其共 同的特点都是碳氢化合物。硅油有点特殊是含硅元 素 , 但也含碳氢元素。碳氢化合物在受热达到某一 特定温度时都会发 生化学键的断 裂而产生 新的物 质 , 形成污垢。这是导热油不同于其它热载体 , 如 水和熔盐的特点。 1 . 2 导热油中污垢的形成机理和类型 导热油在直接火加热的热油炉中被加热, 高温 烟气的对流和火焰的辐射把热量传给导热油管的外 壁 , 通过导热, 热量从导热油管的外壁传到内壁, 热 量从导热油管的内壁通过对流再传给导热油。在这 三段传热过程中的最后一段 , 导热油管的内壁的温 度高于导热油主流 的温度是实现 传热过程 所必须 的。 但是, 如果导热油管的内壁的温度高于导热油 或导热油中某些组分发生化学键变化的温度, 那么 在导热油管的内壁 附近的导热油 就要发生 化学反 应 , 形成污垢。 导热油中 污垢 的形成 , 一般 可有以 下几 种情 况: ( 1) 高温下, 导热油发生热裂解 , 形成低沸点 的小分子化合物和游离的碳单体; 单体碳可以游离 在导热油中 , 也会沉积在管壁成为积 炭; 低沸点的 小分子化合物除了挥发之外 , 还可以再聚合成大分 子或高分子化合物。 ( 2) 高温下, 导热油发生缩聚反应 , 形成粘度 高的大分子或高分子化合物 ; 这些粘度高的大分子 或高分子化合物还可能发生热裂解。 ( 3) 反复的裂解和聚合所生成的产物就是污垢 的主要成分 , 最后沉积在导热油管内壁的污垢。按 碳的形态大致可分成三种类型 , 依次为 : 物垢。
[ 5]
物理清洗是不使用化学药剂的清洗。比较原始 的方法是用钢钎撬, 榔头砸 , 或者用电锤钻等。比 较先进的方法有高压水射流清洗和转动设备带动旋 转的清洁头 ( 毛刷、钻头和其它工具 )的机械清洗。 2 . 2 . 1 高压水射流清洗 高压水射流清洗是使高压状态下的水通过小孔 产生的高速水射流打击污垢使其剥离的清洗方法。 其关键设备由三部分组成, 即带驱动装置 ( 电机或 柴油机 ) 的高压水泵、柔性的高压水管和产生高速 水射流喷射枪具。 带驱动装置 ( 电机或柴油机 ) 的高压水泵为高压 水射流清洗提供动力 , 可提供的压力通常在 10~ 200 MP a , 输出流量最大可达 1 500 L /m in 。 喷射枪具是产生高速水射流和把压力高效转换 成水射流 动能的 关键设 备。喷 头的直 径约 8~ 16 mm, 喷孔的直径约 0 . 5 mm, 均布置在喷头的前部 , 或还有向侧后配置的喷孔以实现喷头的自进 柔性的高压水管可以随喷头前进。 高压水射流的速度可以达到常温下空气中的音 速以上。 高压水射流的动能与水流量和初始压力成 正比。在高压水射流的打击下致密的石墨化积炭也 能被击破和剥离。 2 . 2 . 2 转动设备带动旋转的清洁头 ( 毛刷 , 钻头和 其它工具 )等的机械清洗 这种机械清洗 是原始 的用 钢钎撬、榔头 砸或 者用电锤钻 的方法 的现代版。其最大 的改进 是旋 转的清洁头。针对特 定的清 洗对象 , 包括 管径、 垢
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的厚度和硬度 , 专 门设计的金属毛刷、钻 头、清管 器 (PI G ) 等专用的清洗工具 , 可以实现有针对性的 清洗
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3 . 3 定期清洗是导热油加热系统安全稳定运行的 必要程序 把无法避免而生成的污垢定期清洗除掉, 是防 止污垢沉积 , 不产生难以清洗的 I 类垢和 II 类垢的 最好方法。花费不大而达到导热油加热系统安全稳 定运行的目标。 定期清洗是导热油加热系统安全稳定运行的必 要程序 , 应当严格遵守。
作者简介 : 刘宪秋 ( 1941- ), 男 , 汉族 , 河北省秦皇岛人 , 教授级高极工程师 , 曾任中国蓝星 ( 集 团 ) 总 公司副总经 理 , 总 工程 师 , 现任中国石油和化学工业协会常务理事 ; 中国膜工业协会第三届理事会秘书长 ; 中国材料研究学会常务理事。
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第 11 期
专论与综述
文章编号 : 1671- 8909( 2008) 11- 0017- 04
清 洗 世 界
C leaningW orld
第 24 卷 第 11期 2 008年 11月
导热油加热系统的清洗
刘宪秋
(中国蓝星 ( 集团 ) 总公司, 北京 100029) 摘 要: 通过分析导热油中污垢的形成机理 , 将导热油污垢分为三类 , 并针对不同的类别推荐了
( China N atio na l B lu estar ( Group) Corporat io n , B eijing 100029 , Ch in a) A bstract : T h is stu dy summ arized the form ation m echan ism of scale in hea t- transfer oil heating sys tem, div id ed th e scales in to three k in ds, recomm ended the d ifferent c lean ing m ethods to the d ifferent scale . And suggested that stabilizing work ing condition o f the heat– transfer system, adds the right additiv e and a perio dic clean in g at the sa m e ti me . K ey words : heat- transfer o il heating ; sca le ; chem ica l c lean in g ; physical cleaning; add itive 导热油加热系统是一种用途非常广泛的间接加 热系统。 以其节能, 常压操作, 安全可靠 , 无水资源 耗费等优点 , 对于节能降耗、 安全生产、 环境保护、 提 高经济效益和社会效益具有重要意义
型 型
壁面上致密的石墨化积炭; 类似沥青和胶质的高粘度的高分子化
合物和碳颗粒组成的较松软的积炭垢; 型 含有游离碳颗粒的高粘度高分子化合
根据导热油加热系统运行的工况和时间, 或者 存在一种, 或者存在两种, 或者三种皆有。 1 . 3 导热油结垢的危害 导热油发生结垢后, 沉积在导热油管的内壁的 污垢, 大大增加了传热的热阻, 降低了传热效率和 传热的出力 , 浪费了能源。为了保证导热油加热系 统的传热出力, 只能加大燃烧强度 , 提高炉温 , 长时 间超设计温度运行还极易烧穿炉管, 引起火灾等安 全事故。 导热油发生结垢后, 沉积在导热油管的内壁的 污垢使油管 的横截 面积变 小, 同时 导热油 粘度升 高 , 这些都加大了泵送设备 的负荷, 浪费了能量。 长时间超负荷运转, 极易发生设备安全事故。 因此, 防止导热油加热系统结垢, 以及导热油 加热系统结垢后及时清洗, 是导热油加热系统安全 可靠运行和节约能源的极其重要的措施。
相应的清洗方法。同时, 提出了稳定工况运行导热油加热系统、 添加合适的添加剂预防结垢和 定期清洗的运行建议。 关键词: 导热油 ; 污垢; 化学清洗; 物理清洗; 添加剂 中图分类号: TQ630 文献标识码: B
C leaning of heat- transfer oil heating system LIU X ianqiu
2 导热油加热系统污垢的清洗
和其它的系统污垢的清洗一样, 导热油加热系 统的清洗方法也分成化学清洗和物理清洗。 2 . 1 导热油加热系统污垢的化学清洗
[ 4]
化学清洗就是使用合适的化学药剂 , 使其与污 垢发生反应而转化或 剥离, 从而清除污垢的过程。 其关键是针对污垢的特点选择合适的化学药剂。在 导热油加热系统中的污垢主要是大分子或高分子的 碳氢化合物。 因此 , 要选择能与烃类发生化学反应 转化为其它易去除的物质, 或者能改变这些烃类的 物性使其从管壁上剥离的化学药剂。并以这种或几 种化学药剂为主剂配制成合适的清洗剂。按清洗剂 中的主化学药剂的性质, 化学清洗剂可分成无机清
第 24 卷
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洗剂和有机清洗剂。 对致密的石墨化积炭垢 , 由于其化 学稳定性, 还很难找到合适的化学药剂去清洗它。 2 . 1 . 1 无机清洗剂 常用的无机清洗剂主要有氢氧 化钠、碳酸钠、 磷酸钠和硅酸钠等为主化学药剂的水溶剂。其主要 作用是与烃类发生皂化反应, 使污垢溶解脱落, 积 炭垢破碎悬浮分散 于清洗剂中。这类清 洗剂对 III 类垢和 II类垢的清洗效果较理想。 通常这些主化学药剂质量分数为 2 % ~ 5 %。 为了达到更好的清洗效果 , 无机清洗剂中应加 入下列清洗助剂。 ( 1) 表面活性剂。它具有润湿、渗透、 乳化分散 等作用。 常选用非离子表面活性剂和十二烷基苯磺 酸钠阴离子 表面活性 剂等 , 其 质量分 数可 分别为 0 05 % ~ 0 . 1% 和 0 . 1 % ~ 0 . 2% 。 如果两者复配, 用 量可减少, 效果还更好。 ( 2) 螯合剂。为了充分发挥表面活性剂的作用, 增加清洗效果, 可加入螯合剂。如三聚磷酸钠和三 乙醇胺等, 质量分数可为 1% 和 0 . 5 %。 ( 3) 增溶剂。在含表面活性剂的溶液中加入极 性有机化合物, 会使清洗剂的溶解度加大。如异丙 醇等。溶垢能力增强 , 清洗剂浊度会明显提高。 在清洗过程中, 适当提高清洗剂的温度 , 如 80 ~ 90 , 和适当延长清洗时间 , 如 48~ 72 h , 可取 得更好的效果。 2 . 1 . 2 有机清洗剂 常用的有机清洗剂主要有石油类溶剂 , 卤代烃 溶剂和醇类 溶剂等。其 主要作 用是与 烃类 污垢溶 解、 溶涨而破碎和剥离污垢。这类清洗剂对 III 类垢 和 II类垢的清洗效果较理想。 石油类溶剂主要有汽油、柴油、煤油、苯、甲 苯、 二甲苯等。低沸点的石油类溶剂对烃类污垢溶 解性比高沸点的石油类溶剂要好, 但更易挥发和易 引起火灾。比较而言 , 二甲苯不失为较合适的选择。
[ 1]
程是导热油加热系统生成污垢的主要环节
[ 2- 3]
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1 导热油中污垢的形成
1 . 1 导热油的分类和特点 导热油通常可分为合成型和矿物油型两类
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。近年来,
在现代化工、 纺织印染、 造纸、 建材、 塑料、 食品、 医药 等工业中的应用 , 大有取代蒸汽间接加热的趋势。 在导热油加热系统中 , 导热油作为热载体 , 通 常在直接火加热的热油炉中加热升温, 再被输送到 换热器 , 向最终被加热的物料传热, 放热降温 , 然 后再被送回热油炉, 完成循环。在整个系统中 , 导热 油 要经历两次换热过程 , 其中在热油炉中的换热过
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对化学清洗有些无能为力的 I 类垢, 以上两种 物理清洗方法倒可以发挥其作用。有的时候某种单 一的方法确实难以应对复杂的问题。各种方法的集 成就是必然的选择。
卤代烃溶剂主要有四氯化碳, 三氯乙烯等。对 烃类污垢溶解能力强 于石油类溶剂, 不燃或难燃 , 但价格高, 易挥发而且有毒, 特别是对大气臭氧层 有破坏作用。虽然仍有应用 , 但要逐渐淘汰 , 不宜 提倡。 醇类溶剂主要有乙醇、异丙醇。对烃类污垢溶 解能力强, 而且亲水 , 易于与表面活性剂联合使用。 2 . 2 导热油加热系统污垢的物理清洗
收稿日期 : 2008- 07- 10
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合成型导 热油是以 石油化工 及化工产 品为原 料 , 经有机合成工艺制得的。其 中包括合成芳烃、 醇、酯和杂环烃, 以及硅油等。由于是合成的化学 品 , 在合成时其目标产物是明确 的, 因此合成型导 热油的组分比较单一 , 或是Hale Waihona Puke Baidu种同分异构体或是几 种化学性质相近的混合物。
矿物油型导热油是以石油的某段馏分为原料加 工调配制成。其组成是包含了极其多种化合物的混 合物, 有长碳链饱和烃、芳香烃、混合烃等。各个组 分之间 , 除馏程一致之外, 其化学性质特别是化学 键能的差别会很大。 无论合成型导热油还是矿物油型导热油, 其共 同的特点都是碳氢化合物。硅油有点特殊是含硅元 素 , 但也含碳氢元素。碳氢化合物在受热达到某一 特定温度时都会发 生化学键的断 裂而产生 新的物 质 , 形成污垢。这是导热油不同于其它热载体 , 如 水和熔盐的特点。 1 . 2 导热油中污垢的形成机理和类型 导热油在直接火加热的热油炉中被加热, 高温 烟气的对流和火焰的辐射把热量传给导热油管的外 壁 , 通过导热, 热量从导热油管的外壁传到内壁, 热 量从导热油管的内壁通过对流再传给导热油。在这 三段传热过程中的最后一段 , 导热油管的内壁的温 度高于导热油主流 的温度是实现 传热过程 所必须 的。 但是, 如果导热油管的内壁的温度高于导热油 或导热油中某些组分发生化学键变化的温度, 那么 在导热油管的内壁 附近的导热油 就要发生 化学反 应 , 形成污垢。 导热油中 污垢 的形成 , 一般 可有以 下几 种情 况: ( 1) 高温下, 导热油发生热裂解 , 形成低沸点 的小分子化合物和游离的碳单体; 单体碳可以游离 在导热油中 , 也会沉积在管壁成为积 炭; 低沸点的 小分子化合物除了挥发之外 , 还可以再聚合成大分 子或高分子化合物。 ( 2) 高温下, 导热油发生缩聚反应 , 形成粘度 高的大分子或高分子化合物 ; 这些粘度高的大分子 或高分子化合物还可能发生热裂解。 ( 3) 反复的裂解和聚合所生成的产物就是污垢 的主要成分 , 最后沉积在导热油管内壁的污垢。按 碳的形态大致可分成三种类型 , 依次为 : 物垢。
[ 5]
物理清洗是不使用化学药剂的清洗。比较原始 的方法是用钢钎撬, 榔头砸 , 或者用电锤钻等。比 较先进的方法有高压水射流清洗和转动设备带动旋 转的清洁头 ( 毛刷、钻头和其它工具 )的机械清洗。 2 . 2 . 1 高压水射流清洗 高压水射流清洗是使高压状态下的水通过小孔 产生的高速水射流打击污垢使其剥离的清洗方法。 其关键设备由三部分组成, 即带驱动装置 ( 电机或 柴油机 ) 的高压水泵、柔性的高压水管和产生高速 水射流喷射枪具。 带驱动装置 ( 电机或柴油机 ) 的高压水泵为高压 水射流清洗提供动力 , 可提供的压力通常在 10~ 200 MP a , 输出流量最大可达 1 500 L /m in 。 喷射枪具是产生高速水射流和把压力高效转换 成水射流 动能的 关键设 备。喷 头的直 径约 8~ 16 mm, 喷孔的直径约 0 . 5 mm, 均布置在喷头的前部 , 或还有向侧后配置的喷孔以实现喷头的自进 柔性的高压水管可以随喷头前进。 高压水射流的速度可以达到常温下空气中的音 速以上。 高压水射流的动能与水流量和初始压力成 正比。在高压水射流的打击下致密的石墨化积炭也 能被击破和剥离。 2 . 2 . 2 转动设备带动旋转的清洁头 ( 毛刷 , 钻头和 其它工具 )等的机械清洗 这种机械清洗 是原始 的用 钢钎撬、榔头 砸或 者用电锤钻 的方法 的现代版。其最大 的改进 是旋 转的清洁头。针对特 定的清 洗对象 , 包括 管径、 垢