高压水射流清洗技术在石油石化行业的应用

一、高压水射流清洗技术简介

高压水射流清洗装置一般由泵、高压软管组件、控制阀和清洗喷嘴等部件组成。 高压水射流清洗是由高压泵产生高压水源，并使液流通过喷嘴，形成高速射流进行清洗的技术。高压水射流冲击物体初期，也就是射流束与结垢物表面接触最初的几微秒内，水射流的冲蚀效果最好。水以极高的速度冲击固体表面，这种冲击和炸药在物体表面爆炸现象十分相似，这种破坏主要发生在脆性物体内。水的冲击速度越大，产生的破坏也就越大，因为冲击速度大，应力脉动作用时间长，裂纹有充分的时间扩展和发育。水射流对固体表面的破坏不仅是正向的冲击作用，而且有切向的冲蚀作用。射流射向固体壁后转化为切向流，这种高速切向流挟带着被剥离下来的物质颗粒一起冲刷新露出的结垢表面，提高了清洗效果。此外，固体表面有裂隙时，射流能产生水楔作用，扩大裂缝，加速裂隙的发展，有助于垢层的剥离，提高除垢效果，从而达到清洗破碎目的

高压水射流一般采用高压柱塞泵来形成高速射流，柴油机作为泵的能量源。喷嘴包括：圆柱形喷嘴、锥形喷嘴、扇形喷嘴、流线形喷嘴等，喷嘴的选择要根据清洗对象的性质和清洗要求来决定。高压水射流的清洗参数包括:压力和流量的选择、高压胶管管径与长度、喷嘴的形状和尺寸的选择以及横移速度、靶距和射流冲击角等，合理选择这些参数以及优化它们的组合是提高水射流清洗效率，降低能耗的重要手段之一。
 

水射流清洗作业在人类生活中早已广泛应用，如常见的洗洁、去垢、除锈打毛刺等。随着高压水射流技术的发展，水射流清洗技术也越来越为人们所重视，应用也日益广泛，涉及到交通、铁路、机械、市政、工程、化工、建筑、民用等领域，特别是能够用于常规方法难以清洗的工程，如:有毒、有放射性、避免静电产生以及易发生操作危险物的清洗。
 

二、高压水射流清洗技术在石油石化行业的应用

(1)脉冲射流清洗：脉冲射流清洗需要专门的脉冲喷嘴，清洗水通过脉冲喷嘴形成脉冲射流。脉冲射流由于能产生断续大结构的涡流环，涡流环的发展、壮大及破裂导致射流速度的脉动，从而使得脉冲射流在冲击物料表面时有较大的压力变化。由于瞬时冲击压力的增大，使得脉冲射流的破碎能力增强]。 脉冲射流比连续射流的破碎能力要大得多。自振脉冲射流由于能产生较大的瞬时冲击压力，使得射流破碎水垢的能力加强。它还减少了破碎块的“压持效应”，使得垢屑清除速度加快，提高了射流的工作效率。脉冲射流清洗对一些化学及其它物理方法无法清除的致密坚硬的水垢有良好的清洗效果，清洗速度快。适用于油田管线、储罐、换热器等的清洗。
(2)空化射流清洗：空化是一种复杂的流体动力现象。一般认为水在高速运动中，沿物体某处的局部压力低于该处的饱和蒸汽压力时，不仅溶在水中的空气会逸出，而且水自身也开始汽化，形成许多空泡。这些空泡达到高压区时会崩溃，同时产生的压缩波或者微射流对附近固体表面的破坏性极大，所以对于高速运转的水力机械，一般均极力避免这种空化现象。空化现象应用在清洗中，极有利于表面物质的破碎。

(3)磨料射流清洗：磨料射流有两种类型，一是磨料水射流，一是磨料浆体射流。前者是通过喷嘴形成的高压水和磨料相互混合，形成固液两相流;后者是预先将磨料、水和添加剂混为浆体再通过喷嘴喷出。磨料水射流又分为前混合式和后混合式。目前，两种方式的磨料水射流清洗都有一定的发展，其中后混合式磨料水射流清洗应用更为广泛。

(4)带电气溶性射流清洗：带电气溶性射流清洗是一种新兴的射流清洗技术。水射流被压缩空气破碎成水滴经高速喷嘴而形成气溶性射流。高压直流电场(所用电压为6KV)施加于超声速喷嘴与低压喷嘴之间，使气溶性液流粒子带电，形成带电的气溶性射流。带电气溶性射流通过三种作用来进行清洗。

(5)射流与机械刀具联合清洗：随着射流与机械刀具联合机理研究的深入，对管道以及固结容器的清洗中联合清洗的作用开始显现出来。联合作用就是:机械刀具在岩石上开出水平裂隙点，然后裂隙呈圆弧形向岩石表面发展。同时，射流进入裂隙，首先在裂隙中产生张力而使裂隙扩张，继而水力能量冲击裂隙尖端，使裂隙进一步发展，比单纯机械刀具作用时产生的裂隙要长，从而使破碎的水泥碎块体积增大。从裂隙尖端反射回来的水流又可冲走破碎后的碎屑。