管路閉式循環除銹沖洗集成系統設計

周紅軍

(湖北力帝機床股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

0 引言

除銹和沖洗是保證液壓管路清潔度最主要的手段。筆者所在的企業管路按通徑可分為2大類13種規格：小通徑DN15-50，采用SAE法蘭；大通徑DN55-140，采用圓法蘭。當前環保政策日益趨嚴，常規槽式酸洗的方式已經逐步變得困難，經過試驗論證，筆者設計了一套閉式循環除銹沖洗系統，將待清潔的管路按通徑分類進行串聯或并聯，首尾端分別與集成閥組連接；控制酸泵將除銹劑注入管路內進行循環流動除銹；除銹后用熱風烘干；最后采用沖洗泵站對管路進行循環沖洗。通過各功能系統集成，實現一次配管完成酸洗、烘干和沖洗等連續作業，滿足液壓管路對清潔度的要求。

1 系統原理和功能

閉式循環除銹沖洗集成系統主要由水循環系統、酸洗泵站、熱風循環系統、沖洗泵站、殘液回收系統、集成閥路、電控系統等功能子系統組成，通過閥和管道實現系統集成，其基本原理見圖1。

①-⑧ 主閥；⑨ 三通球閥；⑩-：放液閥；- 排液閥；- 氣閥。M1-M6 油泵組；M7 酸泵；M8 熱風機組；M9 離心水泵;M10 試壓泵；M11 自吸酸泵；M12 自吸水泵；M13 自吸油泵

(1)水循環系統。主要由儲水箱、離心泵、試壓泵、污水處理系統、閥和管路等組成；通過離心泵將清水注入管路系統，試壓泵加壓至4MPa，檢驗管路各接頭部位耐壓密封性能。

(2)酸洗泵站。主要由酸液槽、不銹鋼化工離心泵、閥和管路等組成；通過酸泵將除銹劑注入管路系統內進行除銹作業。酸液槽內設置S形流道，并在底部設置一定高度擋板，使除銹劑中的顆粒物在回流過程中逐步通過重力沉降下來。

(3)熱風循環系統。主要由壓縮空氣、儲氣罐、工業熱風機、閥和管路等組成；通過壓縮空氣對管路內的液體介質進行吹掃置換，使其排出；熱風機產生熱風對管路內壁進行烘干，殘余熱風通過矽膠耐熱風管排出至室外。

(4)沖洗泵站。主要由6套柱塞泵組、單向閥、溢流閥、油溫加熱器、回油過濾器、顆粒度計、油箱等組成；根據沖洗管路的通徑和數量，確定所需沖洗流量，選擇開啟的泵站數量；設置了10 μm、20 μm兩級回油過濾，還設有顆粒度計輔助檢測油液清潔度。設置多個泵組的目的是為了適應不同通徑的管路或者長度對沖洗流量的不同需求。

(5)殘液回收系統。主要包括殘液箱、回收泵組、浮球液位控制器、排液系統等。殘液箱為三腔結構，分別用于暫存酸、水、油；液位控制器自動控制對應的回收泵組將殘液抽取輸送至粗過濾器，最終返回至對應儲箱內進行循環使用。此外，在各腔體蓋板上還設置有出風口，通過耐熱風管將管路內的空氣排放到室外。

(6)集成閥組。分為入口閥組和出口閥組，采用8件法蘭球閥(圖1中 ①-⑧)作為主閥，實現對水循環系統、酸洗泵站、熱風循環系統、沖洗泵站、沖洗管路等子系統的連接和功能切換，在集成閥組最低點設置放液閥(圖1中⑩、)用于排放殘液；使用時通過人工或電動開閉對應閥門，實現各種功能系統的切換，完成相應工序作業；見圖2 集成閥組實景圖。

圖2 集成閥組

(7)電控系統。采用PLC控制，人機交互操作界面，可根據需要設定各工序作業時間。各閥都設有信號傳感器，用于反饋該閥的開閉狀態，防止誤操作引起介質混合，造成變質浪費。

2 系統設計要點

2.1 除銹介質的選擇[1]

除銹介質應具有良好除銹效果，還必須能夠重復使用。經過市場調研和試驗，最終選擇了廣東某企業的四合一磷化劑，該產品為常溫型快速多功能金屬磷化劑，集除油、除銹、表調、磷化等功能于一體，試驗證明除銹后內壁光亮，能達到Sa2.5級的除銹等級要求。

許多企業將生產用的廠房布置于農村地區，這些廠房的所排放的二氧化硫、二氧化碳、煙塵、粉塵往往超出國家標準許多。而在農村常見的秸稈燃燒也會產生大量煙塵以及污染氣體，且此類空氣污染往往具有季節性的特征。綜合上述兩點來看，是目前農村大氣污染的主要因素。

2.2 沖洗流量的選擇[2，3]

沖洗介質選用L-HM46號液壓油。參考GB/T 25133-2010《液壓系統總成 管路沖洗方法》[4]，為保證沖洗效果要求液壓油處于紊流的流動狀態，即雷諾數(Re)應大于4000，則理論最小沖洗流量(qv)：

(1)

從式(1)可知，在管路內徑d不變的前提下，降低沖洗介質的運動粘度v是獲得紊流的首選方法，因此管路沖洗時應當將L-HM46液壓油加熱至60 ℃左右，以確保具有良好的沖洗效果。不同通徑所需的理論沖洗流量成正比關系，通過計算可知在滿足Re=4000時，ν=46 mm2/s (L-HM46運動粘度按40 ℃)，最大通徑DN140的理論最小沖洗流量不應低于1200 L/min，因此實際沖洗流量應選擇在1500 L/min以上；而最小通徑DN15的理論最小沖洗流量不應低于140 L/min。

此外，沖洗時也應關注不能將沖洗流量選擇過大，否則會因液壓油流速過大造成沿程壓力損失猛增，帶來油溫劇升、密封失效等意外狀況。

沿程壓力損失△P=ρ·λ·V2/(2D)

(2)

式中ρ為流體密度，λ為沿程阻力系數，L為管路長度，V為流速，D為管路內徑。實踐表明，實際沖洗流量應控制在理論最小流量的1.5倍左右，作業時可根據所需的流量選擇開啟泵組數量，在滿足沖洗要求的前提下實現節能降耗。

2.3 系統環保性能

本系統使用了自來水、除銹劑、液壓油等3種介質；水循環系統設置污水處理系統，回流水經過處理后進行重復利用，有效避免了污水排放；除銹劑可循環使用，作業過程中不會產生揮發性氣體，對自然環境亦無廢氣或廢液排放。針對這3種介質分別設置多級過濾方式，其中粗過濾裝置共設置3套，分別串聯在酸、水、油回流管路上，內置提籃式過濾網用于收集管路內粒徑大于100 μm的鐵屑、焊渣、毛刺、砂礫等固體顆粒物，收集后取出，交由具有固廢處理資質的專業環保企業進行集中處理。本系統符合相關環保政策要求。

3 工藝流程及控制原理

基本控制原理如下：

(1)試壓 打開球閥④、⑤，其余關閉，啟動離心泵M9使清水充滿管路，關閉所有閥，啟動試壓泵M10加壓至4 MPa，檢查所有管路接頭是否存在泄露。試壓結束后，打開球閥⑤、③，開啟電磁閥16用壓縮空氣對管路內的水液進行吹掃使其排出，經過粗過濾器回到水箱，然后關閉球閥⑤，打開閥10、11、13，再次開啟壓縮空氣，將管路內殘余的水液排放至殘液水箱內，關閉所有閥完成試壓工序。

(2)除銹 打開球閥②、⑥，其余關閉，啟動酸泵M7使除銹劑充滿管路。酸洗結束后，打開球閥⑥、③，開啟電磁閥16用壓縮空氣對管路內的除銹劑進行吹掃使其排出，經過粗過濾器回到酸液槽，然后關閉球閥⑥，打開閥10、11、12，再次開啟壓縮空氣，將管路內殘余的除銹劑排放至殘液酸箱內，關閉所有閥完成除銹工序。

除銹劑在管路內采用循環流動和浸泡兩種方式相結合，可根據銹蝕程度分別設定循環時間和浸泡時間，除銹效果大大優于槽式酸洗。

(3)烘干 打開閥③、⑧和15，并將三通閥⑨切換至酸箱位置，其余閥關閉，啟動熱風機M8產生熱風對管路內壁進行烘干，熱風及殘余除銹劑排入殘液箱內，尾風通過耐熱風管排出室外；烘干時間可以根據管路通徑、長度等進行設定。

(4)沖洗 打開球閥①、⑦，其余關閉，根據推薦流量選擇啟動油泵組數量，管路沖洗時間根據清潔度指標要求進行設定。沖洗結束后，打開球閥⑦、③，開啟電磁閥16，用壓縮空氣對管路內的液壓油進行吹掃使其排出，經過多級過濾回到油箱，然后關閉球閥⑦，打開閥10、11、14，再次開啟壓縮空氣，將管路內殘余的液壓油排放至殘液油箱內，關閉所有閥完成沖洗工序。

4 小結

管路閉式循環除銹沖洗集成系統經過近一年的研制，于2021年初投入試運行。實踐證明該系統能夠滿足液壓系統對清潔度NAS6-10級的要求，具有環保安全、高效節能的特點，清潔度質量穩定可靠。防止介質混合是系統穩定運行的重點，需要操作者嚴格按照設定的程序作業，避免不必要的損失；同時還需要進一步探索不同通徑、不同管路長度、不同銹蝕程度等條件下，提高除銹效率和沖洗質量的途徑，充分發揮系統的潛能，進一步提高工效、降低成本。此外，產品液壓管路形狀各異，通徑規格多，長短不一，也給管路配管連接帶來困難，無法高效快捷地連接成回路，需要進一步在液壓管路外形結構標準化上加強研究，為提高管路制造和清潔作業效率打下基礎。