高压水射流清洗设备的应用

机构必须解决的安全问题。

五、我国高压水射流工业清洗的发展前景

工业厂房的维护、设备的运行与维修都离不开工业清洗。采用高压水射流的方法进行清洗，目前在国际和国内都处于主导地位，清洗所占比重约为整体清洗的８０％￣９０％。因此，高压水射流技术的进一步研究、高压水射流理论深入发展都显得十分重要。

在今后较长一段时间内要强化高压水射流理论的研究，要进一步应用和发展更强更大打击力度的磨料高压水射流理论和技术，使我国设备工程和工业清洗的管理和技术水平处于世界领先地位。

［编辑：吴建卿］

高压水射流清洗设备的应用

北京科技大学高压水射流研究所刘庭成

北京北科威斯迈技术发展有限公司范晓红

高压水射流清洗以水为介质，无污染、无腐蚀，已被广泛应用。本文对高压水射流清洗设备的特点及其在设备节能环保方面的应用进行了介绍。

“十二五”规划纲要将绿色低碳发展作为我国经济社会发展的重大战略任务，明确了降低能耗、碳排放及污染物减排等约束性指标。低碳经济催生节能环保产业的迅猛发展，其中就包括工业清洗行业。一方面，随着低碳意识的不断深入，工业清洗作为节能手段将更加经常化和习惯化，另一方面，工业清洗也将产生深刻变革，低碳的高压水射流清洗技术将获得更快的发展。

一、我国高压水射流清洗技术发展概况

高压水射流清洗技术是从２０世纪７０年代迅速发展起来的一项技术，以前发达国家主要采用化学方法清洗。目前，高压水射流清洗已经成为发达国家的主流清洗技术，占到了清洗业市场份额的８０％以上。

国内开发应用高压水射流清洗技术是在２０世纪８０年代，主要应用于石油化工、电力、煤炭、机械制造、涂装及核能军工等领域。经过３０多年的研究和实践，我国高压水射流清洗技术的研究取得了很大进展，研制开发出了一批新产品，有些已处于国际领先水平，特别是１５０ＭＰａ高压泵和清洗机的成功应用，对促进我国高压水射流清洗技术的发展具有重要意义。

二、高压水射流清洗技术和典型设备

１．高压水射流清洗的基本原理

高压水射流技术就是将水通过高压柱塞泵或是增压器升压至３０￣４００ＭＰａ，经过控制系统，通过喷嘴喷出能量高度集中的高速水流，速度一般接近声速或超过声速，甚至是声速的几倍，这种水流称为高压水射流，目前最高水压可达到５６００ＭＰａ。将这种高速水射流用来完成各种清洗作业的技术称为高压水射流清洗技术。高压水射流清洗技术的作用机理十分复杂，当高压水射流作用在被清洗面上时，高压水射流具有的冲击、动压力、水楔、空化、磨削等作用对物体表面将产生冲蚀、渗透、剪切、压缩、剥离、破碎并引起裂纹扩散和水楔等效果，达到清洗的目的。高压水射流清洗的应用包括冲洗、除油泥污垢、除漆、除锈、除鳞、去毛刺、洗屑等。

２．高压水射流清洗典型设备

（１）设备制造。

目前，国内各种清洗设备生产企业总和已达１０００多家，其中，高压水射流清洗机生产企业有７００多家。国产清洗机压力大多在１５０ＭＰａ以下，１５０ＭＰａ以上的清洗机主要靠进口。目前国内已有公司研制出了２００ＭＰａ以上的超高压清洗设备，正处于推广应用阶段。

（２）典型设备和应用。

高压水射流清洗设备的种类有很多，现就３种典型高压水射流清洗设备进行介绍。

①纯水射流清洗设备。

纯水射流在清洗领域中应用非常普遍，例如，石化企业换热器结垢物清洗、火力发电冷凝器结垢物清洗、热轧钢材除鳞等。纯水射流清洗设备根据压力、流量、功率的大小，大致可分为如表１所示的４类。对于不同的清洗对象和结垢种类，匹配合理的射流压力和流量，能以较低的能耗获得良好的清洗效果。小型清洗机主要清除物体表面软

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中国设备工程2013年2月

2013年2月中国设备工程

图１纯水射流清洗设备在汽车厂的除漆应用类型压力／ＭＰａ流量／（Ｌ／ｍｉｎ）功率／ｋＷ典型用途

小型清洗机０～１５０～４０１０清洗车辆、设备表面浮尘中型清洗机１５～５００～５０

３５

清洗排污管道、化工容器等

大型清洗机

５０～１４０

＞５０３５～１３２清洗化工管道、换热器、锅炉、油井套管

超大型清洗机１４０～２７５

＞６０

＞１６０

冷状态下除鳞和除漆除锈等

表１纯水射流清洗设备根据压力和流量的分类

垢或浮尘，其典型应用是洗车房清洗车辆；中型清洗机主要清除较硬垢，其典型应用是排污管道和化工容器等清洗；大型清洗机主要清除硬垢、漆、锈等，其典型应用是化工管道、换热器、锅炉、油井套管的清洗；超大型清洗机主要清除坚硬垢、严重锈蚀、附着力强的漆，其典型应用是冷状态下除鳞和除漆、除锈等。目前国内外大部分的汽车涂装车间和格栅、挂具都已使用高压水射流技术除漆，如图１所示。

②磨料射流清洗设备。

在纯水射流中加入一定数量的磨料微粒，能大大提高水射流的冲击力，这种射流称为磨料射流。目前混合磨料水射流的应用大都局限于单机不连续作业，不能实现连续供磨料、磨料回收及自动化作业。在大量分析研究的基础上，笔者提出了磨料浆体连续射流系统，为了测试此系统对钢板表面除漆与纯水射流系统除漆效果的对比，进行了试验。试验发现，纯水射流虽然可以将钢板表面的漆层清除掉，但要求系统压力一般在２００ＭＰａ以上。而磨料浆体连续射流系统在同样的清洗效果下，功率消耗约为纯水射流除漆系统的１／８～１／１０，作业效率却是纯水射流除漆系统的１０￣１５倍，因此是一种环保节能的清洗方法。

磨料浆体连续射流系统的工作原理如图２所示，水、磨

料和悬浮剂在磨料浆体罐中充分混合后形成磨料浆体，经砂浆泵加压后输送到混合腔与高压水充分混合，通过喷嘴射出磨料浆体射流作用在工件表面，实现对工件的清洗。清洗后的磨料浆体由收集池收集，再由砂浆泵输送到分级器进行水、磨料分离再利用。这个系统已应用在金属型材、板材表面冷态除鳞、

除漆及除锈，还在机车车架、轮对、活塞缸及零部件除积碳等方面得到了应用。

③高温清洗设备。

使用高压、高温水射流清洗可以替代煤油、柴油对设备零部件的清洗。高压水射流高温清洗设备有热水清洗机和饱和蒸汽清洗机两种类型，热水清洗机喷射产生的８５℃的热水是清除干涸油脂垢、沥青垢的最佳手段，图３是热水清洗机应用于清洗大型转子油垢。蒸汽清洗机喷射产生的１５０℃左右的饱和蒸汽可以溶解顽固油垢，高压的饱和蒸汽还可以切入细小的裂缝，剥离、去除残留物。高压蒸汽还是设备喷漆之前表面清理的最佳手段，同时也可作为北方寒冷地区管道解冻的工具。

油田的油管清洗是否合格，直接影响到油管的修复与使用。针对我国油管清洗问题，笔者设计出特别适用于黏稠油、含蜡高的油田油管清洗而且可在冬季温度低的条件下使用的高压水射流高温油管自动清洗系统。系统的工作原理和部分清洗设备如图４、５所示。工作时由操作台发出指令，高压泵站和加热炉开始处于工作状态，高压泵向换

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