高壓水射流清洗海水管路技術

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(中國艦船研究設計中心， 武漢 430064)

海水系統防污問題是腐蝕防污問題中的重點與難點，特別是針對大型艦船，防污問題更加突出[1-3]。由于大型艦船海水管路系統龐大、走向復雜、設備眾多，海水流動一個周期歷時長，海水中攜帶的海生物幼體容易在管路、設備中附著生長[4]； B10海水管路存在沖刷腐蝕問題[5-6]，海水管路存在降壓使用的現象，一定程度加劇了海生物的附著、生長。目前常用的機械疏通、管路串洗程序等方式復雜、工作量大、周期較長[7-8]。部分海水管系、閥門內易附著海生物[9]，導致管系、閥門功能失效[10]，管路長期附著海生物，不進行清洗，會導致整個系統功能受到影響，甚至會損壞管路、設備等[11-13]。使用較為成熟的海生物清洗技術，定期開展海水管系、閥門的防污清洗作業，提升防污能力。針對污染嚴重的海水管路，使用高壓水射流清洗技術進行實船清洗，建立方便有效的船舶管路高壓水射流清洗方式。

高壓水射流清洗技術已經廣泛應用到汽車、化工換熱器以及儲罐等的清洗作業中，具有低成本、節能環保、高效率等優點[14]。

文中使用的高壓水射流清洗技術主要依靠高速水流通過清洗液噴射清洗技術，蠕動噴頭自旋轉射流，確保清洗面的全覆蓋。蠕動噴頭可自動沿管道內壁前向運動進行清洗，提高清洗效果。

1 原理

1)由高壓發生裝置、高壓水射流主機打出具有一定壓強的高壓水，通過與之配套使用的水管，即高壓鋼絲纏繞膠管到達噴嘴。

2)水流從蠕動噴頭的噴嘴射出，可看成水流在水管流動的過程中截面突然變大，使高壓低流速的水轉換為低壓高流速的射流。

3)高流速的射流水正向或切向沖擊被清洗面，產生沖擊力和剪切力，對污垢產生沖擊、動壓力、磨削等作用，使管路中的垢層被沖蝕、滲透、剪切、破碎，最終從清洗面上剝離下來，由噴頭后部的高壓水射流將污垢排出，向后噴射噴頭所產生的反作用力將噴頭和高壓軟管向前推進，蠕動噴頭向前蠕動完成清洗。水射流對清洗面(靶面)的打擊力是影響清洗效果的關鍵因素[15]。有效的清洗需保證水射流均勻完整的覆蓋整個管路，完成對管路各個部位的清洗。

通過高壓水射流技術清洗，可以完成船舶海水管內的海藻、貝類、油垢、堿垢等的清洗，不會對管路產生損傷。

2 設備和器材

清洗設備由高壓水射流主機、高壓管輪、手動控制閥、蠕動噴頭、污水收集箱、疏水三通、過濾器、排污泵、無線對講機、管道探測器等組成，其中清洗設備部分見圖1。

1)高壓水射流主機(見圖2)是一臺電驅動高壓泵組。主要參數：① 主電機功率≤40 kW；②清洗壓力。海水管25～50 MPa(可調)； ③最大工作清洗流量38 L/min；④尺寸及重量：約1 995 mm(L)×1 210 mm(W)×1 520 mm(H)，重量≤600 kg。

圖2 高壓水射流主機示意

2)高壓管輪包含100 m高壓膠管(見圖3)，將電驅動高壓水泵與機艙便攜式清洗裝置中的可調速旋轉器相連接，輸送高壓水。高壓水管每段20 m，根據需要將最多3段共計60 m水管相連接。主要參數：①長度，100 m；②通徑，10 mm；③額定壓力，51 MPa。

圖3 高壓鋼絲纏繞膠管

3)旋轉蠕動噴頭(見圖4)采用合金鋼材料制作，根據壓力和流量不同進行精密鉆孔，并采用45°向前、90°和45°向后的鉆孔方式，可以滿足不同清洗的需求。旋轉蠕動噴頭將高壓泵提供的水靜壓轉化成水動壓，通過噴頭旋轉體上的偏心力矩作用產生反向力矩驅動自身的高速旋轉及向前蠕動。最大壓力為150 MPa；旋轉速度為50～500 r/min。

圖4 旋轉蠕動噴頭

清洗管路最大直徑為250 mm，最小直徑為50 mm，分段長度不大于20 m。

4)管道探測器包含線圈支架及控制盒(見圖5)，主要參數：①可適用的管徑50～300 mm；②12 in顯示屏，顯示像素 800×600；③視頻記錄文件儲存于SD卡，可轉儲；④12.6V鋰電池供電；⑤尺寸及重量：785 mm×340 mm×895 mm，重量約27 kg。

圖5 管道探測器線圈支架及控制盒

3 清洗范圍及工作流程

對某船舶中水滅火系統管路進行清洗，直徑219 mm的管路共1 500 m，直徑159 mm的管路共2 070 m。管路材料均為B10銅鎳合金管，B10管路具有良好耐沖刷性[16]，也具有較強的耐腐蝕性能。B10管路為含鐵的Cu-Ni合金，具有較強的防海生物污損的能力。一般認為，銅合金表面形成的對海生物有毒的氧化亞銅腐蝕產物膜起到了防污作用。銅合金中加鐵能促進保護膜形成，生成的保護膜耐蝕性好。含鐵的Cu-Ni合金會形成一層暗色的耐蝕性好的保護膜，由于鐵元素的存在，提高了保護膜的耐腐蝕能力[17]。長期使用受到海水沖刷，管路有不同程度的腐蝕與污染，部分管路污染嚴重，大量海生物附著在管壁內生長，見圖6、7。

圖6 清洗前管路情況一

1)清洗前準備工作。高壓水射流主機安置在塢底處；連接主機進水管路；連接主機電源；連接出水高壓軟管；將高壓軟管引至待清洗管道所在艙室；安裝手動控制閥和蠕動噴頭；在管路清洗段安裝污水疏水三通，將污水收集袋放置在疏水三通下方，疏水三通出水口引入污水收集袋內的過濾器入口。將污水收集袋出水口與排污泵進水口連接，排污水管與泵出水口連接；連接排污泵電源，將排污水管引至指定排水點；收集袋經濾器隔離收集的海生物廢渣由人工送至船塢內污物箱。準備管道探測器，根據需要記錄視頻文件。

2)清洗作業步驟。打開進水閥門，給主機供水；打開電源開關，給主機供電；給排污泵供電；待清洗管道入口安裝污水疏水三通和污水收集袋，將蠕動噴頭送入待清洗管路(以下簡稱管路)入口端15～20 cm；啟動手動控制閥開始清洗管路。蠕動噴頭在水射流反作用力的驅動下自動沿管路內壁螺旋式前行，可根據管路內壁附著的海蠣子和污垢厚度情況人工手動控制前行速度；清洗產生的污水經過濾回流至污水收集袋，即時啟動排污泵，將過濾后的污水輸送到指定地點；管道沖洗時污水向后排出，進入污水收集袋。海生物碎屑等污物由無紡布收集袋收集。高壓水射流具有很大的沖擊傷害能力，能夠壓縮、剪切及撕裂肌體。本次管路清洗的25 MPa的水射流可以擊穿人的皮膚和肌肉。因此，在使用高壓水射流進行管道清洗時，應該將作業區域封閉，禁止其他人員進入。每個清洗系統要配備2 名操作人員同時作業，并戴好個人防護器具。一人作業， 一人觀察， 一旦出現緊急情況，立即使系統卸壓。

3)清洗結束工作。清洗結束后關閉手動控制閥；關停高壓泵；污水輸送完畢后關停排污泵；關閉主機電源，關閉進水閥門；控制手動控制閥進行排氣；拆卸疏水三通和輸水管，將高壓膠管纏繞回管輪；清理過濾器內污物，整理收合折疊污水收集袋；管道探測器使用完以后，斷開電源；小心地將攝像頭從檢測區內收回，清潔干凈電纜線和攝像頭，并將其繞回到線圈架上，然后斷開所有連接線，并將保護蓋全部裝回連接接頭上。

管路清洗完成后，經檢查清洗表面無殘留海生物或其他污物，內外表面也無氧化物、污垢、油脂等污染物的存在。未出現因清洗而引起的管路壁厚減薄、劃痕、凹坑等表面缺陷。見圖8。清洗結果較好，能達到管路清洗的各項要求。

圖8 清洗后管路情況

4 結論

通過高壓水射流清洗技術對污染堵塞的海水管路進行清洗，能較好地清除管路內附著的海生物和其他污物。經測定，清洗后的管路表面無殘留海生物或其他污物，未出現因清洗而引起的管路壁厚減薄、劃痕、凹坑等表面缺陷。高壓水射流清洗技術是一種有效可靠的海水管路清洗技術。