管路閉式循環(huán)除銹沖洗集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周紅軍

(湖北力帝機(jī)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(yè)管路按通徑可分為2大類13種規(guī)格：小通徑DN15-50，采用SAE法蘭；大通徑DN55-140，采用圓法蘭。當(dāng)前環(huán)保政策日益趨嚴(yán)，常規(guī)槽式酸洗的方式已經(jīng)逐步變得困難，經(jīng)過試驗(yàn)論證，筆者設(shè)計(jì)了一套閉式循環(huán)除銹沖洗系統(tǒng)，將待清潔的管路按通徑分類進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，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(nèi)進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)除銹；除銹后用熱風(fēng)烘干；最后采用沖洗泵站對管路進(jìn)行循環(huán)沖洗。通過各功能系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)一次配管完成酸洗、烘干和沖洗等連續(xù)作業(yè)，滿足液壓管路對清潔度的要求。

1 系統(tǒng)原理和功能

閉式循環(huán)除銹沖洗集成系統(tǒng)主要由水循環(huán)系統(tǒng)、酸洗泵站、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、沖洗泵站、殘液回收系統(tǒng)、集成閥路、電控系統(tǒng)等功能子系統(tǒng)組成，通過閥和管道實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)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(fēng)機(jī)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(huán)系統(tǒng)。主要由儲(chǔ)水箱、離心泵、試壓泵、污水處理系統(tǒng)、閥和管路等組成；通過離心泵將清水注入管路系統(tǒng)，試壓泵加壓至4MPa，檢驗(yàn)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(tǒng)內(nèi)進(jìn)行除銹作業(yè)。酸液槽內(nèi)設(shè)置S形流道，并在底部設(shè)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(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。主要由壓縮空氣、儲(chǔ)氣罐、工業(yè)熱風(fēng)機(jī)、閥和管路等組成；通過壓縮空氣對管路內(nèi)的液體介質(zhì)進(jìn)行吹掃置換，使其排出；熱風(fēng)機(jī)產(chǎn)生熱風(fēng)對管路內(nèi)壁進(jìn)行烘干，殘余熱風(fēng)通過矽膠耐熱風(fēng)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(jì)、油箱等組成；根據(jù)沖洗管路的通徑和數(shù)量，確定所需沖洗流量，選擇開啟的泵站數(shù)量；設(shè)置了10 μm、20 μm兩級回油過濾，還設(shè)有顆粒度計(jì)輔助檢測油液清潔度。設(shè)置多個(gè)泵組的目的是為了適應(yīng)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(tǒng)。主要包括殘液箱、回收泵組、浮球液位控制器、排液系統(tǒng)等。殘液箱為三腔結(jié)構(gòu)，分別用于暫存酸、水、油；液位控制器自動(dòng)控制對應(yīng)的回收泵組將殘液抽取輸送至粗過濾器，最終返回至對應(yīng)儲(chǔ)箱內(nèi)進(jìn)行循環(huán)使用。此外，在各腔體蓋板上還設(shè)置有出風(fēng)口，通過耐熱風(fēng)管將管路內(nèi)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(shí)現(xiàn)對水循環(huán)系統(tǒng)、酸洗泵站、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、沖洗泵站、沖洗管路等子系統(tǒng)的連接和功能切換，在集成閥組最低點(diǎn)設(shè)置放液閥(圖1中⑩、)用于排放殘液；使用時(shí)通過人工或電動(dòng)開閉對應(yīng)閥門，實(shí)現(xiàn)各種功能系統(tǒng)的切換，完成相應(yīng)工序作業(yè)；見圖2 集成閥組實(shí)景圖。

圖2 集成閥組

(7)電控系統(tǒng)。采用PLC控制，人機(jī)交互操作界面，可根據(jù)需要設(shè)定各工序作業(yè)時(shí)間。各閥都設(shè)有信號傳感器，用于反饋該閥的開閉狀態(tài)，防止誤操作引起介質(zhì)混合，造成變質(zhì)浪費(fèi)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 除銹介質(zhì)的選擇[1]

除銹介質(zhì)應(yīng)具有良好除銹效果，還必須能夠重復(fù)使用。經(jīng)過市場調(diào)研和試驗(yàn)，最終選擇了廣東某企業(yè)的四合一磷化劑，該產(chǎn)品為常溫型快速多功能金屬磷化劑，集除油、除銹、表調(diào)、磷化等功能于一體，試驗(yàn)證明除銹后內(nèi)壁光亮，能達(dá)到Sa2.5級的除銹等級要求。

許多企業(yè)將生產(chǎn)用的廠房布置于農(nóng)村地區(qū)，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(biāo)準(zhǔn)許多。而在農(nóng)村常見的秸稈燃燒也會(huì)產(chǎn)生大量煙塵以及污染氣體，且此類空氣污染往往具有季節(jié)性的特征。綜合上述兩點(diǎn)來看，是目前農(nóng)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(zhì)選用L-HM46號液壓油。參考GB/T 25133-2010《液壓系統(tǒng)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(dòng)狀態(tài)，即雷諾數(shù)(Re)應(yīng)大于4000，則理論最小沖洗流量(qv)：

(1)

從式(1)可知，在管路內(nèi)徑d不變的前提下，降低沖洗介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘度v是獲得紊流的首選方法，因此管路沖洗時(shí)應(yīng)當(dāng)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(guān)系，通過計(jì)算可知在滿足Re=4000時(shí)，ν=46 mm2/s (L-HM46運(yùn)動(dòng)粘度按40 ℃)，最大通徑DN140的理論最小沖洗流量不應(yīng)低于1200 L/min，因此實(shí)際沖洗流量應(yīng)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(yīng)低于140 L/min。

此外，沖洗時(shí)也應(yīng)關(guān)注不能將沖洗流量選擇過大，否則會(huì)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(shù)，L為管路長度，V為流速，D為管路內(nèi)徑。實(shí)踐表明，實(shí)際沖洗流量應(yīng)控制在理論最小流量的1.5倍左右，作業(yè)時(shí)可根據(jù)所需的流量選擇開啟泵組數(shù)量，在滿足沖洗要求的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

2.3 系統(tǒng)環(huán)保性能

本系統(tǒng)使用了自來水、除銹劑、液壓油等3種介質(zhì)；水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置污水處理系統(tǒng)，回流水經(jīng)過處理后進(jìn)行重復(fù)利用，有效避免了污水排放；除銹劑可循環(huán)使用，作業(yè)過程中不會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性氣體，對自然環(huán)境亦無廢氣或廢液排放。針對這3種介質(zhì)分別設(shè)置多級過濾方式，其中粗過濾裝置共設(shè)置3套，分別串聯(lián)在酸、水、油回流管路上，內(nèi)置提籃式過濾網(wǎng)用于收集管路內(nèi)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(zhì)的專業(yè)環(huán)保企業(yè)進(jìn)行集中處理。本系統(tǒng)符合相關(guān)環(huán)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(guān)閉，啟動(dòng)離心泵M9使清水充滿管路，關(guān)閉所有閥，啟動(dòng)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(jié)束后，打開球閥⑤、③，開啟電磁閥16用壓縮空氣對管路內(nèi)的水液進(jìn)行吹掃使其排出，經(jīng)過粗過濾器回到水箱，然后關(guān)閉球閥⑤，打開閥10、11、13，再次開啟壓縮空氣，將管路內(nèi)殘余的水液排放至殘液水箱內(nèi)，關(guān)閉所有閥完成試壓工序。

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

除銹劑在管路內(nèi)采用循環(huán)流動(dòng)和浸泡兩種方式相結(jié)合，可根據(jù)銹蝕程度分別設(shè)定循環(huán)時(shí)間和浸泡時(shí)間，除銹效果大大優(yōu)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(guān)閉，啟動(dòng)熱風(fēng)機(jī)M8產(chǎn)生熱風(fēng)對管路內(nèi)壁進(jìn)行烘干，熱風(fēng)及殘余除銹劑排入殘液箱內(nèi)，尾風(fēng)通過耐熱風(fēng)管排出室外；烘干時(shí)間可以根據(jù)管路通徑、長度等進(jìn)行設(shè)定。

(4)沖洗 打開球閥①、⑦，其余關(guān)閉，根據(jù)推薦流量選擇啟動(dòng)油泵組數(shù)量，管路沖洗時(shí)間根據(jù)清潔度指標(biāo)要求進(jìn)行設(shè)定。沖洗結(jié)束后，打開球閥⑦、③，開啟電磁閥16，用壓縮空氣對管路內(nèi)的液壓油進(jìn)行吹掃使其排出，經(jīng)過多級過濾回到油箱，然后關(guān)閉球閥⑦，打開閥10、11、14，再次開啟壓縮空氣，將管路內(nèi)殘余的液壓油排放至殘液油箱內(nèi)，關(guān)閉所有閥完成沖洗工序。

4 小結(jié)

管路閉式循環(huán)除銹沖洗集成系統(tǒng)經(jīng)過近一年的研制，于2021年初投入試運(yùn)行。實(shí)踐證明該系統(tǒng)能夠滿足液壓系統(tǒng)對清潔度NAS6-10級的要求，具有環(huán)保安全、高效節(jié)能的特點(diǎn)，清潔度質(zhì)量穩(wěn)定可靠。防止介質(zhì)混合是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重點(diǎn)，需要操作者嚴(yán)格按照設(shè)定的程序作業(yè)，避免不必要的損失；同時(shí)還需要進(jìn)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(zhì)量的途徑，充分發(fā)揮系統(tǒng)的潛能，進(jìn)一步提高工效、降低成本。此外，產(chǎn)品液壓管路形狀各異，通徑規(guī)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(jìn)一步在液壓管路外形結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化上加強(qiáng)研究，為提高管路制造和清潔作業(yè)效率打下基礎(chǔ)。