换热器列管内孔水射流清洗技术研究

换热器列管内孔水射流清洗工艺的研究一、引言石化企业的生产设备中有大量的换热器。这些换热器在生产中，其管程和壳程会被介质及污垢堵塞。结垢的换热器失去了应有的作用，必须更换和清洗。清洗的方法有很多种，如图一。本文只对其中的高压水射流清洗换热器列管内孔的工艺展开讨论。 碳酸盐 磷酸盐 硫酸盐 硅酸盐 锈垢 化学方法 微生物 粉尘 结焦换热器列管 溶解 积碳内孔的清洗 无机物 有机物 聚合物 手工 机械 物理方法 高压水射流 爆破 超声波 干冰二、基本情况的分析1. 污垢因素：要开展清洗作业只有认真了解被清洗对象。才能有针对性的选择合理工艺。换热器（如图二）是一种由众多的列管组成的换热设备，在这些管孔内可能结有不同成分、不同密度、不同硬度、不同粘度的污垢。采用高压水射流清洗，除垢的基本原理不是溶解污垢，而是切割、破碎、冲刷、排出污垢。所以对污垢的化学成分并不很注意。但是，对污垢的硬度、粘度却很关心。因为它对清洗时，需要的参数有很严格的要求。我们认为可以将污垢分为两类，脆性的污垢和粘性的污垢，结合表一、表二，我们可以看出脆性的污垢，在清洗时随硬度的增加, 所需的水压和流量都要增加。只有这样才能保证将污垢切割破碎排出，这个道理比较容易理解。而粘性污垢在清洗时，粘度增加不一定非要提高压力。因为，这时破碎污垢所需的压力并不高. 而需要较大的流量将清洗下的污垢尽快的排出管孔。否则，这些污垢将再次粘在管孔内壁或清洗管外壁 , 见图三 . 形成一种活塞效应。这是一种非常危险得便效应，这时喷头射入管内的高压水，会在管内形成一种向外推清洗管的力量 . （F=S*P，推力 =列管内孔面积 * 高压水的压强。如果列管内径为19mm，清洗水压为 70Mpa,流量为 50L/min, 仅将其中 60%的水压转化为推力，就可能会产生 1000Kg的向外推力）这是一个很大的力量, 是几个操作人员根本无法抵挡的。同时这种现象又会在瞬间发生，（t=V/Q，时间 =管孔容积/ 喷头流量，如果条件上，两秒钟之内高压水将把喷头向外推出三米）在操作人员还没有任何反应时 , 喷头已经飞出管孔。通过上面的分析我们可以知道 , 此时需要的不是高压切割破碎，而是需要大流量的水，形成管孔内高速排渣水流，迅速将污物排出，减少再次沾贴的可能。另外当某污垢粘性达到一定程度后，又会变为固化的弹性体。在高压水的切割下会变为象爆米花一样的垢团，排渣更为困难，此时需要特殊的操作方法才能将其排出。这些情况下不是简单提高压力能解决问题的。所以认真了解污垢性质，合理选择水压和流量，才能有针对性的解决清洗问题。2 、设备因素、环境因素：被清洗对象虽然只是换热器列管的内孔，但是还有很多其他因素要影响清洗操作工艺。我们用表三，将这些因素对清洗工作的影响进行分类介绍：3 、射流因素：除了要了解清洗对象，还要了解我们的主要武器- 高压水射流。通常流体在压力发生器的驱动下，经过特定的喷嘴便可以形成射流。严格的讲射流有很多类型和很多形态。在清洗过程中它们具有不同的能力，不同的作用。请看表四。经过列表对比我们可以看出：A 、提高压力可以增加射流的流速，提高打击力和冲刷力。B 、选择合理的喷嘴内型腔，能提高流速。C 、在介质中增加有益物质，（高聚物或磨料）能提高射流的聚集力和切割能力。D 、避免淹没射流状态能提高射流有效距离，增加切割破碎能力。E 、避免连续射流产生的水垫作用（见图四）能提高射流能力。F 、选择合理的靶距也能提高射流的切割破碎能力G 、选择特殊的喷嘴内型腔 , 使射流含有微气泡 , 在污垢表面产生爆破，也能提高射流的切割破碎能力。4 、排渣因素：前面已经谈过流量对排渣有很大影响。但那只是影响排渣一个因素，除此之外，还有一些因素影响排渣。A 、尽量增大排渣环隙，在条件允许的情况下，尽量选择较大的排渣环隙。（ =S/Sk环隙 =喷头截面 / 管孔截面尽量选择系数小于0.5 ）pB 、增加清洗软管的运动或震动有利于排渣，装有喷头的清洗管在换热器管孔内的反复进退运动和转动、震动，十分有利于排渣。C 、提高清洗管外壁的光洁度和直线度有利于排渣。D 、提高温度、降低污垢粘度、有利于排渣。E 、尽早打通前方孔径，有利于排渣。通过讨论以上四类主要因素，我们已经了解到一些基本原理，同时知道了那些因素有利于提高清洗能力，那些因素不利于清洗。下面我们可以就具体工况讨论怎样在具体操作中，扬长避短的利用这些原理。三、清洗工艺的讨论：下面我们举一些具体实例, 讨论在清洗作业中如何运用前面的分析结论。1. 常规的水垢清洗工况介绍污垢：、成分：软化水水垢，含有一些藻类和杂质、硬度：略有硬度、粘度：无粘度、松散结合、脆性设备：、管孔内径：19mm、管孔长度： 6000mm、管孔类型：直管（固定管板式）、摆放形式：卧式环境：、作业层高：三层平台之上、作业场地：管板至平台栏杆距离米管板直径下沿距平台地面高0.6 米、周围设备：处于停车检修状态、施工季节：春季参数选择压力： 50Mpa（参考表一，因为硬度不高，这个参数足以破碎污垢）流量： 25x2 L/min (同时清洗两个管孔）环隙： 6.5 2/9.5 2= 0.47（小于 0.5 符合排渣要求 13/ 19）器材：选择一个入口，两个出口的脚踏阀一只，可以同时控制两根清洗管，提高工作效率。选择外径小于 13、内径 6mm、十米长的树脂管两根。（软管不需要大场地，距拦杆2米的空间足以施工）喷头：选择向前一个孔，向侧后六个孔的喷头两只（喷头自动向前推进可以减少劳动强度，但是损失了部分能量。）工艺要求、喷头向前的推力较大，要控制前进速度，保证喷头在有效靶距内工作。、经常的、反复的进退软管，提高排渣能力。、适当的转动软管，保证六个喷孔不要总重复打击同一条线。、适当调整操作人员脚下的垫板，防止反喷回的排渣水喷向操作者脸部。、在软管前端和喷头之间安装一接杆，确保操作人员的安全，并保证喷头从管孔另一端喷出后不乱甩。、在软管前端 500mm处做一记号，保证向后拉软管时不会将喷头从操作者一侧的管孔中拉出。、在软管上喷头向后 6.1 米处作一记号，防止喷头从管孔另一侧伸出太多。、当污垢较多时，喷头打通全部管孔后，仍要保持喷射状态。操作者向后拉出清洗管 , 拉至 500mm记号处 , 再关阀 . 保证彻底排清管内污垢。、操作时必须当两个喷头都插入管孔内100mm后才能开阀。、两端管板及管口部位，应采用手持单孔喷枪扫射清洗。、当设备封头打开后，应立即开展清洗。否则水垢遇空气后，氧化反应，形成氧化物，硬度大幅度提。大大增加了清洗难度。2. 较硬水垢的清洗工况介绍污垢：、成分：软化水在高温昨状态下结成的水垢、硬度：较硬、类似红砖、完全堵实、粘度：脆性、无粘度、本身结合强度较大设备：、管孔内径： 19mm、管孔长度： 6000mm、管孔类型：直管（固定管板式）、摆放形式：卧式环境：、作业层高：地面、作业场地：较开阔的水泥地面清洗基地将设备垫至适合操作的高度。、周围设备：周围没有可燃气可燃物便于施工、施工季节：冬季参数选择压力： 100MPa( 参考表一只有这样的参数才能有效的破碎污垢获得较大的冲蚀）流量： 50 L/min (参考表一只有这样的参数才能保证清洗效率12/ 19 = 0.398大大小于 0.5 有利于排大块污渣 .) 环隙、器材： 12x6.8 米、 12x3.8 米刚性喷杆钢管外径较小，增加了环隙钢管可以克服反力，将喷头的喷口全部向前用于清洗。喷头：向前七个孔的喷头这时所以的射流都在作功避免了能量损失最好能选用锥型型腔的喷头提高射流质量，增加切割破碎能力。工艺要求、喷头较大的反力，需要操作人员向前推送喷杆。、污垢硬度大，更要控制靶距。操作人员先将喷头向前推进顶住污垢，再向后退 50mm左右。在向前推进找到冲刷后新的垢面，如图 -令喷头始终保持在有效的靶距范围内活动。、当感到有大块垢渣卡喷杆，或感到冲蚀下的垢渣较多时，要进行行程 500mm左右的进退运动促进排渣。、当向前进度不快或停止时，应适当转动喷杆，令喷头射流切割一下射流盲区的殊垢如图 -、当听到或感到有大块垢被打活动，在管内浮动阻挡射流时，应采用吸引的方法将其带出管孔。如图- 这时由于射流的作用 , 垢块总在喷头前方小范围内浮动。喷头向前它后退。就如同有磁力在吸引铁块一样。利用这个特殊，操作者可从凭手感碰到垢块后，不关断水阀而缓缓将喷头向后退。退至管口处，猛然拔出喷头，并闪躲到一旁，使管内余压将垢块弹出管孔。执行操作前一定要与同组操作人员取得一致。操作中要互相严密配合集中精力，否则，操作不当有可能伤人。、应根据换热器长度选择喷杆长度当6米长的换热器堵的较严时应先用 3米喷杆统一清好 3米后，再用 6 米杆清洗余下的 3米，这样可提高喷杆的刚度和直线度，减轻劳动强度，提高效率。一般情况下喷杆上应均匀布置四人。同时四人应很好的协调用力，互相感觉其它人的用力方向，一齐向前或向后。不要出现反方向用力，也不要出现猛用力伤及其它人员、当遇到较硬垢层时，还可采用断续喷射式操作。（点动时这时避免淹没状态提高射流能力。但由于频繁开闭脚阀，产生很大动，对设备器材都有较大的损害。、冬季施工，泵组开车前必须检查水系统有无冰渣堵塞要长时间盘车，确认添料函内，柱塞表面，泵阀腔内均无水冻才能启动，启动后应进行10分钟低压低流量的温机。而而且尽量避免中途关机停车。停车15分钟后必须按以上开机程序进行启动。所有途中，清洗系统，工作前尽量保存于室内，拿出室外后应立即联接通水，并要尽量保持经常有水流通，防止冻冰堵塞。工作完成后应立即断开各部连接，排水防冻。器材入室保存，泵组采用简单方法供热防冻。同时应该注意人员防冻。3. 油浆结垢的清洗工况介绍污垢：、成分： 炼油过程中的重组份渣油与碳渣、催化剂沉集，并冷却后形成的柱状结垢。、硬度： 略有硬度、当含油量大时，温度升高时硬度下降。、粘度： 较粘、被射流打散后可随有流动，但水流量小时，易贴到管壁上，当温度升高时贴性增加。设备：、管孔内径：19mm、管孔长度： 6000mm、管孔类型：U型管、摆放形式：卧式环境：、作业层高：平地、作业场地：现场作业，水泥方砖地，将设备垫至适合操作的高度。、周围设备：临时停车状态，一些设备进行低符合循环，周围存有可燃气体、施工季节：夏季参数选择压力： 50MPa(参考表二，这个参数是以破碎污垢获）流量： 70 L/min污垢有粘度，需要大流量排渣环隙： 12/ 19 = 0.398大环隙有利排渣器材： 12x6.8 米的不锈钢喷杆外壁要光洁度高，这样污垢难以粘在喷杆上，防止柱塞效应。环隙钢管可以克服反力，将喷头的喷口全部向前用于 :喷头：选用向前五个孔向后六个孔的喷头，增加向后的流速，平衡喷杆反力。清洗工艺A、污垢硬度不高，并不必注意靶距。C、污垢粘度大，一定要注意排渣，不要 “一往直前 ”。要在适当的时候，不关阀彻底向后退回，以便将管孔内的浮垢彻底排静。在前进的过程中，如感觉有微量的塞效果，决不能靠人力来抗衡，一定要用后退的方法进行排渣，清孔，消除阻塞效果后才能再次向前。D 、应该根据污垢情况决定是否加热。当排出的污垢在水面上漂浮如粉末状、渣状时不用加热。这时如加热会增加黏度更难排渣，当排出的污垢在水上漂浮如粉状、渣状时不用加热。这时若加热会增加粘度更难排渣。当排出的污垢在水面上如沥青油一样，随处乱粘时，最好要把换热器加一点温度，使其降一些粘度便于流动。E 、污垢硬度不高，可以直接使用 6.8 米喷杆，统一把直管段全部清洗干净后，再将短软管接于刚性喷杆前端，清洗 U型弯处的污垢。这时由于喷头接头要在弯管内运动，直径大时易卡住，所以选用细一挡的软管和喷头。如图 :F 、现场环境不好，一定要严格按安全规定进行可燃物分析，取得合格证后，才能启动泵组。同时，泵组要尽量远离化工生产装置，保持一定的安全距离，现场应设专职监护人，时刻注意周围环境。发现有可燃气体滞漏应立即通知操作人员停机，撤离。4. 聚丙烯全溶物的清洗工况介绍污垢：、成分：聚丙烯粉在高温下熔融，冷却后成为柱状塑料棒。、硬度：较硬、并有韧性，与常用塑料制品接近。、粘度：无粘度、但加热到 180以上时开始熔融，软化后的污垢有一定的黏度流动性。设备：、管孔内径： 15mm、管孔长度： 6000mm、管孔类型：直管（固定管板式）、摆放形式：卧式环境：、作业层高：地面、作业场地：较开阔的水泥地面清洗基地，将设备垫至合适高度，与强力喷枪连接路局，并引来中压蒸汽。、周围设备：周围没有可燃气、可燃气物便于施工、施工季节：秋季参数选择：压力： 50MPa (采用特殊工艺、不用切割和破碎）流量： 70 L/min (采用特殊工艺，需要较大的流量）环隙： 12/ 15 = 0.64（是一种小环隙选择，有特殊要求）器材：强力喷枪 -一种专用的清洗工具。它可以产生9001500Kg的推力，高速将喷杆向推进，同时喷头还保持原有的切割破碎作用，如图 :喷头：向前七孔的普通喷头工艺要求A 、因为结垢的硬度和韧性是水射流较难切割和破碎的物质，同时又是在很长、很细的管孔内。在淹没状态下要切通 6米孔，所需的时间太长，不适应生产需要。而这种结垢又有遇热可软化的特性。所以正好可以借用设备原壳体对列管进行加热，当结垢变为牙膏状时，用强力喷枪将其迅速推出。B 、要求喷头与管孔之间的环隙不能太大，也不能太小。喷头太大向后漏出的物料太多，被水冷却后再次固化回将喷杆卡住在管内推不回来。喷头太小间隙不够容易被管孔变形处卡住不能向前推进。C 、不能连续在相邻的管孔进行清洗，这样会造成该区域温度降低，结垢硬化，难以推动。D 、一定要保证在高速状态下推进。速度慢时，喷头前端被水冷却的结垢变多、变长将无法推动。E 、尽量保证每个管孔一次完成，反复次数越多，结垢内的溶剂挥发越彻底，软化程度越低，越难推动。F 、整台设备同样应在短时间内完成清洗，加热时间越长结垢内溶剂挥发也越彻底。G 、设备在加热状态下清洗。一定注意周围人员的安全，防止烫伤。应在安全范围布置警告标志和阻拦标志。操作人员也要严格注意喷出的水和推出的结垢。H 、由于推力较大，应经常检查强力喷枪与换热器连接是否牢固可靠。5. 聚丙烯初熔物的清洗工况介绍污垢：、成分：聚丙烯在低温下刚刚发生熔融、硬度：略有硬度，虽然以结成柱状，但用力挤压还可将其破碎。、粘度：无粘度、粉碎后可随水很好流动。设备：、管孔内径： 19mm、管孔长度： 6000mm、管孔类型：直管（固定管板式）、摆放形式：卧式环境：、作业层高：四层平台上、作业场地：有 7 8米的作业长度但设备长度为1.8 米，下沿距平台面高 1.6 米。不适合作业高度。、周围设备：周围设备未停车，存有可燃物。、施工季节：夏季参数选择压力： 70Mpa（参考表二，该结垢需要有较高的数）流量： 40L/min (一根喷杆上，选较大的流量）环隙： 12/ 19 = 0.398 大环隙（该结垢破碎后膨胀的较大，所以选用大环隙大流量）器材： 12x3.8 米和 12x6.8 米喷杆各一根内。喷头：向前七孔的锥型内腔喷头工艺要求A、结垢有一定硬度，长喷杆不便操作，先用短喷杆，统一将前3米清洗干净。再换长喷杆清洗余下的3米。B 、设备位置不便操作长喷杆，必须在合适的高度用脚手板，搭制一个临时操作平台，保证操作人员能方便的施工。C 、因为结垢有一定硬度要严格控制靶距，操作者合作试探着寻找管孔内的垢面。保证喷头总在垢面附近（ 500mm）往复运动，并经常转动喷杆，冲击喷孔盲区处的残垢。D 、因为结垢破碎后膨胀，并伴有小科粒。虽然不会沾在管壁上，有时也会产生不大的柱塞效应。操作中一定不能贪快，一定要控制排渣。当排出的水中渣量过大时，应暂停推进。待渣量减少后再向前推进，防止喷杆反弹伤人。E 、有时垢内会有一些硬块， 70Mpa的射流不能将其破碎。但该硬块已经被冲的浮动起来，它挡在喷头前使射流无法冲击它后面的垢层。这时应采用前面论述过的方法将其吸至管口，再弹出管外。F 、由于周围设备未停车应时刻注意，有无泄漏发生，发现跳气漏料，应立即停止作业，撤离现成，同时泵组开机前取得游允许夸开机作业证。G 、由于夏季在四层平台顶部作业、高温、日晒、操作人员工作环境较差，一定注意人员精神状态，采用勤换人的方法，保持操作者头脑清醒，思想集中，操作准确。千万不能出现误操作事故。工况介绍污垢：、成分：丁二烯自聚物（有弹性的橡胶固体）、硬度：略有硬度，经射流破碎，是爆米花状。、粘度：无粘度、有弹性，韧性设备：、管孔内径： 19mm、管孔长度： 3000mm、管孔类型：直管（固定管板式）、摆放形式：立式环境：、作业层高：二层平台之上（见图）、作业场地：管板上平面距平台面1.2 米，管板上平面直径1.5 米。、周围设备：处于停车检修状态、施工季节：夏季参数选择压力： 50Mpa流量： 40L/min环隙： 52/9.5 2 = 0.28 (远远小于 0.5 的要求 ， 12/ 19 ）器材： 10x3.8 米刚性喷杆，并配吊胶管滑轮一套）喷头： 10/M8向前四孔向后六孔喷头一只工艺要求A 、由于换热器立式摆放，管板上面要站操作人员，可站面积太小，稍不注意便有可能摔下伤人。一定要在周围设置拦腰杆，防止操作人员失误闪下管板。B 、立式换热器采用刚性喷杆操作，当刚性喷杆竖直向上拔出管孔时，10的细杆上端联着沉重的胶管，很难稳定竖直书，这时需要在换热器正上方设置一滑轮，把胶管引入滑轮，并随刚性喷杆的上下面而拉动，这样就能达到平稳操作。C 、由于自聚物被破碎后，膨胀成爆米花状，很容易在瞬间形成柱塞效应。所以一定选用较大的环隙。另外当污垢较多时一定经常采用吸引的方法排大块渣。D 、还可以采用灌水浮渣的办法。引一股低压水在上管板处向未清洗和和正清洗的管孔内注水。被打碎的垢块因比重小会自动浮出管口。这样也能减少排渣困难。7. 立式换热器，薄膜状自聚物的清洗工况介绍污垢：、成分：丁二烯自聚物（ 薄膜状、贴壁 ）、硬度：无硬度、粘度：略有粘度（ 贴壁较牢固，射里流直接打击到的部位清除才可）设备：、管孔内径： 19mm、管孔长度： 3000mm、管孔类型：直管（固定管板式）、摆放形式：立式环境：、作业层高：二层平台之上（见图）、作业场地：管板上平面距平台面1.2 米，管板上平面直径1.5 米。、周围设备：处于停车检修状态、施工季节：秋季参数选择压力： 70Mpa流量： 40L/min环隙： 82/9.5 2 = 0.7 (小于 0.5 ，因垢薄，又未堵实，前后均可排渣）器材： 6x13 树脂软管喷头： 16 高速自选转式喷头工艺要求A 、由于垢层紧贴管壁，射流未打击到不会自行脱落。这样就要求射流不能重复打击同一路线，一定要迅速扫过管孔内壁并尽量不能有漏打。高速自旋转喷头可以达到 1000转/ 分，再严格控制软管进给速度，就基本能达到均匀扫射管孔内表面。B 、操作者尽量控制喷头软管，不要使喷头旋转部分与管孔摩擦太重，导致喷头转速下降。C 、软管进给速度一定要均匀、慢速、不能出现突进突停。D 、软管操作，不必站到钢板上，也不必设置栏腰杆。