环保高压水射流清洗厂家

                      (2-3)

式中：Pk为压力峰值；

      为液体中气体含量（1/6—1/12）。

（4）旋转射流

旋转射流是指在射流喷嘴不旋转的情况下产生的具有三维速度的射流质点，沿着螺旋线轨迹运动而形成的扩散状射流，它不同于喷嘴绕一固定轴旋转而导致的射流旋转。这种旋转射流是靠在喷嘴腔内的导向原件，将一维纯轴向来流导引成具有轴向、切向、径向三维速度的流动而形成。旋转射流的高速区不适处在射流中心部位，而是集中在离开射流中心一定距离的一个圆环区域内。用于射流质点上切向速度的存在，使射流旋转前进，导致中心部位的低速低压区形成。

旋转射流的结构特性通常是指射流的速度和压力分布特性。理论分析已表明旋转射流由于流体质点具有三维速度。因此，当射流脱离喷嘴后，必然在前进过程中形成一定的扩散，射流质点的运动轨迹基本上为一空间螺旋线，形成了其*特的喇叭状外形和特殊的速度和压力分布。

结果表明，在近喷嘴范围的截面上，轴向速度明显存在着中心低速区，随着射流的向前喷射，中心低速区在一定范围内变得更低，而射流的高速区则向外发展。由于旋转射流的强烈卷吸作用带动了周围流体的流动，同时在其边界上进行能量交换，将自身的能量传递给周围的流体，使射流本身的速度逐渐降低，直到较远的截面处，发展成与普通圆射流分布相类似的较平缓的速度分布，即射流轴心处速度较大。由图可知，这个射流主体段的轴向速度分布呈现“M”形分布的特点，即射流中心某一区域内气速度值较小，离开中心一定半径处存在着较大速度，而后随着径向距离的增大，来流速度逐渐降低。

（5）磨料射流

磨料射流是纯水射流的发展，是近十年来发展起来的一项具有远大前景的技术。其基本原理是在高速运动的水射流束中加入一些磨料粒子，利用其与物件的碰撞、冲蚀和刮削作用，队伍建进行喷击及切割。由于磨料粒子质量集中而且具有锋利的棱角，在水射流中使不连续的，由磨料粒子组成的高速粒子流对物件还产生高频冲击而且具有很好的工艺特性。其工作方式与等离子切割，火焰切割相似，但不会产生热应变，且加工精度高，操作简单、方便、其工艺原理与传统的喷丸相似，但其能量高度集中，且采用湿式系统，不会造成环境污染。

2、按射流压力分类

射流压力值是应用中涉及的较重要的参数，它涉及工艺技术、设备的经济性和合理性。根据有关标准分类如表2.2所示。

表2.2 射流压力分类等级

3、按射流环境分类

（1）淹没射流

射流的工作介质与环境介质相同时，这种射流称为淹没射流。

（2）非淹没射流

射流的工作介质与环境介质不同时，这种射称为非淹没射流。

（3）自由射流

射流的作业环境没有固壁约束下的射流称为自由射流。

（4）非自由射流

射流的作业环境具有固壁约束下的射流称为非自由射流。

其中高压水射流油管清洗技术属于非淹没非自由射流。由于本次只取了油管清洗的一小段，在清洗中假设该段基本充满水，故本次研究将其假设为淹没非自由射流。

2.3高压水射流在油管清洗中的应用

2.3.1污垢形成及力学特性研究

一般情况下，造成油井油管堵塞的原因很多，如地层出砂、机械落物、油套管变形、地层产出的沥青质,或者开采期间入井的各种化学药剂及馏分、钻井液、压裂过程中入井的聚合物及气井生产过程中形成的水合物都能够造成井筒堵塞。

按照相应的石油行业标准，对油井堵塞物可通过无机物X射线衍射分析和**物气相色谱分析得出污垢的成分。由前人总结，堵塞物中无机物主要以腐蚀产物FeS、亚铁盐及无机杂质为主,其中FeS占所占比例较大；堵塞物中的**物中有大量的C7C14的**化合物，各碳数含量基本呈平均分步，成分较为复杂，主要为壬烷基同分异构体、多乙烯多胺衍生物、吡啶衍生物、芳香烃衍生物等低分子碳水化合物，这些结构都是目前各类缓蚀剂中的主要活性成分，由此可以推断堵塞物中的**物含有大量缓蚀剂的活性成分。

由此可以得出，除水合物堵塞外，油管堵塞主要是腐蚀产物、地层产出物及入井化学药剂馏分堵塞。由于这类物质均为**物或者混合物其黏性大，相互之间基本无缝隙，容易堵死通道，影响油井的正常生产。

根据现场采样，所带回的油管管壁污垢，经过化学实验分析，其主要成分包括：硬厚的碳酸钙垢和硫酸盐垢，含有少量致密坚硬的Fe2O3、BaSO4、SrSO4，经常导致全井油管报废。

2.3.2油管清洗工艺及原则

油管清洗工艺有很多种，主要分为化学清洗、物理清洗和化学物理混合清洗。由于化学清洗受到设备运转效率及环境保护的限制，现在逐渐被物理清洗所替代。在科技进步的推动下，近年来世界清洗技术发展迅速，新的清洗方法、清洗技术不断出现，特别是各种物理清洗方法和技术得到了快速的发展和广泛应用。从目前清洗技术**统计看，大部分清洗技术属物理清洗，化学清洗仅占约1/4。物理清洗技术已成为世界清洗技术发展的主要方向，其中高压水射流清洗技术的发展与应用较为迅猛和广泛，已经成为清洗行业中一种主要的清洗技术。

1、清洗过程的基本原理

清洗的基本目的就是从物体表面清除附着污染物。清洗的过程涉及三种物质：被清洗的基体、基体表面的污染物以及清洗介质。要达到清洗的目的，就必须施加特定的影响，才能使污染物与基体表面分离，这种影响可以称之为清洗作用力。因此，清洗过程涉及四个要素：基体、污染物、介质及清洗作用力。高压水射流清洗就是通过水介质传递清洗作用力到清洗表面，使表面上的污染物脱离。

2、高压水射流清洗基本工艺流程

如图2.1所示为油管清洗工艺流程：

启动高压射流设备上油管电机正转小车带动油管右行经内外高压喷嘴射流清洗油管左行机械臂下油管下根油管循环。

图2.1 油管清洗工艺流程

3、水射流清洗的压力选择

清洗过程中必须合理选择高压水压力的大小。表2.3可以看出清洗油管污垢选用压力为70MPa、水流量为70L/min。由现场数据可知，高压泵额定排出压力为70MPa，但实际排出压力仅达40MPa~50MPa，排出压力低，出水动能小，直接导致清洗质量不稳定、清洗一次合格率低（仅为62%）、清洗范围小（仅能清?????

3.1.2 新高压水射流清洗系统

针对高压水射流清洗工艺和机械钻通、刮削等环保清洗工艺技术应用中暴露出来的问题，结合高压水除垢和机械除垢工艺各自的技术优势，对二者进行技术组合，研究出了结垢、锈皮油管复合清洗的新工艺技术。

由于油管外壁携带的原油，在传输过程中，容易污染传输滚轮，而油管内外清洗装置安装在同一条清洗线上，为避免油管内外壁在同时清洗过程中的二次污染，采用内外壁分开清洗，清洗工艺流程见图3.1。为避免资源浪费，对待洗油管根据其结垢、锈皮程度进行人工挑选。

图3.1油管清洗整体工艺流程图

采用不同的清洗技术对油管内外壁进行分步清洗。先采用钢丝刷清洗与低压水射流冲洗结合，钢丝刷、低压水喷头固定，油管旋转前进的方式清洗油管外壁，保证油管外壁的清洁程度；再采用油管钻通机与高压水射流结合，利用长杆水枪的二维高压水喷头实现旋转进退，油管固定的方式清洗油管内壁。油管外壁与内壁的清洗分三个工序进行，便于实现机械化操作，利用电控系统实现机电连锁，确保系统手动、自动连续工作。

1、高压水射流新系统

（1）油管外壁清洗

油管外壁清洗采用“刷、冲”结合，即用钢丝刷清洗与低压水射流冲洗结合清洗。通过钢丝轮的高速旋转，钢丝轮对管壁油污进行反复“刷、刮”，再利用低压水流冲洗钢丝轮、油管，及时带走清理下来的垢污和锈皮，保证钢丝轮及油管清洁，达到彻底清洁的目的。

具体工艺：

打开水枪→上油管→电机正转→油管右行→刷式清洗→射流清洗→下油管→下一循环→停枪。

（2）油管内壁清洗

旧油管内壁清洗时，由于受到排污路线的限制,容易形成两次污染，并且刷洗线速度也达不到除垢、锈皮脱离的要求，不能保持钢丝轮清洁和清洗效果,因此内清洗不能使用钢丝轮刷洗。通过试验,采用机械钻通和高压水射流清洗相结合的方法，即先通过油管钻通机钻头的钻削作用对油管内壁难清洗的垢质和锈皮进行预清洗，之后利用高压水枪通过高压水对油管进一步清洗，清洗效果好，对油管本体无伤害。

1）钻通机清洗

油管钻通机是适用于油管内孔清理和检验的一种**设备，由钻通主机、供水系统、气路系统、电器控制系统四部分组成。其钻通小车通过长轴带动“钻头”旋转并前行，使管道内的堵塞物被钻成碎片后进行清理。

钻通机工作过程如下：①油管从存料管架由上料机械手送至钻通工位，信号开关(K1)检测到有料信号后，夹紧装置夹紧油管,同时锁死上料机械手，防止误动作；②前后防喷罩落下罩住油管末端,形成清洗密闭腔；③钻通小车电机启动，小车前进，延时后气动球阀打开，开始供水；④启动旋转电机，钻杆开始旋转；⑤钻通小车行走至端部,碰到接近开关(K2)后全速退回，碰到接近开关(K3)后停止，气动球阀关闭，后防喷罩抬起，下料机械手将油管送至下料管架，钻通工序完成，开始下一循环。清洗流程见图3.2。

图3.2 钻通机清洗流程图

2）高压水射流清洗

经油管钻通机处理后，由于部分油管垢质硬厚，很难一次清洗干净，因此对那些清洗不彻底的油管，需要采用高压水射流进一步除去废屑，并进一步清洗未完全钻通的油管。

高压水射流清洗油管可根据结垢、锈皮性质的不同调整工作压力以及清洗速度,将油管内外壁垢物剥离；用作清洗介质的水,应经过多级过滤，去油后循环使用,既节约了水源，也避免了污水排放对环境的污染，有利于环境保护；利用高压水射流清洗油管易于实现清洗油管的自动化操作，对设备和油管无腐蚀作用，清洗后的废油可回收，满足了安全、环保、节能的要求。

结垢、锈皮油管内壁清洗采用高压双枪内清洗线，清洗设备采用洛阳水星加工清洗工程有限公司研制开发的油管内壁高压水射流清洗机；由于喷嘴要求具有较高耐磨性，所以采用进口长蓄压室宝石喷嘴,可有效地提高射流速度达70%以上。因为在高压泵上推广应用了变频技术，安装了质量可靠的变频器，以调节高压泵的工作压力，从而调整高压水射流的压力。从现场使用情况来看，变频调速技术的使用，高压泵综合节电率可达40%[7]，大大节约了能源，为解决“大马拉小车”现象提供了一个很好的方法;同时也提高了泵机组的维修周期和使用寿命，有效地减少了设备的维修维护费。

高压双枪清洗线工艺流程如下：供高压水→上油管→滚轮转动带动油管旋转→动力小车前进→加压防喷装置下压→清洗结束→动力小车后退回到位停止→加压防喷罩装置升起→下油管→循环结束→停高压水（图3.3）。

图3.3 油管内壁清洗流程图

现场使用表明：该清洗技术完全可以代替“水煮法”、化学法以及加热法等清洗技术，所采用的设备技术先进，性能可靠，操作安全，利于环保，节约能源，自动化程度高，是油管进行修复前清洗的**设备，且整机水平在国内处于良好水平。

3.2高压水射流清洗装置的组成与分类

3.2.1高压水射流清洗装置的组成

高压水射流清洗装置称为高压水射流清洗机，主要由高压水装置、动力设备、喷嘴、喷头及工作附件等组成，如图3.4所示。

图3.4 高压水射流清洗机组成

(1)高压水装置  高压水装置是高压水射流装置中较重要的部件，主要有离心泵、柱塞泵和增压器等。

(2)动力部分  动力源通常为柴油机或电动机。为方便现场施工，一般车载的高压水射流清洗装置的动力源为柴油机，它尤其适合在不具备大功率电源的工厂或车间使用。一些小型高压水射流清洗装置常用电动机作动力源。

(3)高压软管  高压水泵和喷头之间通过高压管路连接，高压管路由内管、增强层和外皮二部分组成。内管输送水，增强层提高内管的强度以耐受高压，外皮起保护作用，以防止腐蚀和机械损伤。高压软管的增强层用钢丝编织，一般有2～3层。

(4)喷嘴、喷头及工作附件  喷头是连结喷嘴与高压管汇的零件。喷嘴的作用是将局压低流速水转化为低压高流速的射流。喷嘴及附件是影响清洗效果的重要因素。喷嘴一般由特种材料制成，有圆柱形和扁平形两种。圆柱形喷嘴射程远，但作用面积小；扁平形喷嘴的射程短，但作用面积大。同一型号的喷嘴有不同的口径，一般为1.5～2.1mm，口径小的喷嘴适用于高压力低流量的清洗，反之则选用大口径的喷嘴。

3.2.2高压水射流清洗装置的分类

目前，射流清洗设备已发展成为四大类（见表3.1），以满足人们对其既经济实用、安全高效又有利于环境保护的需要。

表3.1 射流清洗设备