高壓水射流清洗海水管路技術(shù)

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(中國艦船研究設(shè)計中心， 武漢 430064)

海水系統(tǒng)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(tǒng)龐大、走向復(fù)雜、設(shè)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(shè)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(xiàn)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(fù)雜、工作量大、周期較長[7-8]。部分海水管系、閥門內(nèi)易附著海生物[9]，導(dǎo)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(dǎo)致整個系統(tǒng)功能受到影響，甚至?xí)p壞管路、設(shè)備等[11-13]。使用較為成熟的海生物清洗技術(shù)，定期開展海水管系、閥門的防污清洗作業(yè)，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(shù)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(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到汽車、化工換熱器以及儲罐等的清洗作業(yè)中，具有低成本、節(jié)能環(huán)保、高效率等優(yōu)點[14]。

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

1 原理

1)由高壓發(fā)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(zhuǎn)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(chǎn)生沖擊力和剪切力，對污垢產(chǎn)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(chǎn)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(guān)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(shù)清洗，可以完成船舶海水管內(nèi)的海藻、貝類、油垢、堿垢等的清洗，不會對管路產(chǎn)生損傷。

2 設(shè)備和器材

清洗設(shè)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(shè)備部分見圖1。

1)高壓水射流主機(見圖2)是一臺電驅(qū)動高壓泵組。主要參數(shù)：① 主電機功率≤40 kW；②清洗壓力。海水管25～50 MPa(可調(diào))； 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(qū)動高壓水泵與機艙便攜式清洗裝置中的可調(diào)速旋轉(zhuǎn)器相連接，輸送高壓水。高壓水管每段20 m，根據(jù)需要將最多3段共計60 m水管相連接。主要參數(shù)：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(zhuǎn)蠕動噴頭(見圖4)采用合金鋼材料制作，根據(jù)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(zhuǎn)蠕動噴頭將高壓泵提供的水靜壓轉(zhuǎn)化成水動壓，通過噴頭旋轉(zhuǎn)體上的偏心力矩作用產(chǎn)生反向力矩驅(qū)動自身的高速旋轉(zhuǎn)及向前蠕動。最大壓力為150 MPa；旋轉(zhuǎn)速度為50～500 r/min。

圖4 旋轉(zhuǎn)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(shù)：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(zhuǎn)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(tǒng)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(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(jīng)濾器隔離收集的海生物廢渣由人工送至船塢內(nèi)污物箱。準備管道探測器，根據(jù)需要記錄視頻文件。

2)清洗作業(yè)步驟。打開進水閥門，給主機供水；打開電源開關(guān)，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(qū)動下自動沿管路內(nèi)壁螺旋式前行，可根據(jù)管路內(nèi)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(chǎn)生的污水經(jīng)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(yīng)該將作業(yè)區(qū)域封閉，禁止其他人員進入。每個清洗系統(tǒng)要配備2 名操作人員同時作業(yè)，并戴好個人防護器具。一人作業(yè)， 一人觀察， 一旦出現(xiàn)緊急情況，立即使系統(tǒng)卸壓。

3)清洗結(jié)束工作。清洗結(jié)束后關(guān)閉手動控制閥；關(guān)停高壓泵；污水輸送完畢后關(guān)停排污泵；關(guān)閉主機電源，關(guān)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(nèi)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(qū)內(nèi)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(jīng)檢查清洗表面無殘留海生物或其他污物，內(nèi)外表面也無氧化物、污垢、油脂等污染物的存在。未出現(xiàn)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(jié)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(jié)論

通過高壓水射流清洗技術(shù)對污染堵塞的海水管路進行清洗，能較好地清除管路內(nèi)附著的海生物和其他污物。經(jīng)測定，清洗后的管路表面無殘留海生物或其他污物，未出現(xiàn)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(shù)是一種有效可靠的海水管路清洗技術(shù)。