空氣爆破清洗技術

空氣爆破清洗技術是利用氣動彈的特（tè）殊（shū）氣室結構，將壓縮空氣所儲（chǔ）存的能量瞬間釋（shì）放出來，形（xíng）成空氣波，使周（zhōu）圍介質鬆動、破碎（suì）從而達到清洗除垢和清淤的目的（de）。空氣爆破除垢技（jì）術對於清洗管道、貯罐（guàn）、溝槽（cáo）、水渠、大型石（shí）油儲罐（guàn）等有（yǒu）非常顯著的效果，它不僅能在運行過程中高質量地完成清洗工作（zuò），並且不汙染環境（jìng）、節省電（diàn）力和自然資源。

1.空氣爆破清洗技術的（de）特點

（1）安全（quán）無汙染（rǎn）市政（zhèng）供水、汙水處理，運河、水渠排（pái）量的恢複一般不允許用化學清洗的方法進行處理，主要是擔心化（huà）學殘（cán）留造（zào）成（chéng）二次（cì）汙染；在野外作（zuò）業中（zhōng），有時電源和水源很難解決。在這些特（tè）殊情（qíng）況下，若使用空氣爆破除垢就可以避免這些問（wèn）題。

大型石油儲罐、水池、儲槽等裝（zhuāng）置的底部所形成的淤泥和沉積物，應用化學（xué）方法（fǎ）處理費用高、汙染大（dà）。其底部一般具有可（kě）燃性氣體或有毒性氣體存在，人（rén）工（gōng）或其他物（wù）理清洗危險性大、施工周期（qī）長。空氣爆破清洗技術可（kě）以在較短的時間內安全地完成清洗工作。

（2）可實現連續不停車清（qīng）洗空（kōng）氣爆破（pò）清洗技術是利用（yòng）氣動彈產（chǎn）生衝擊氣流的優選方法，從控製氣壓參（cān）數就可以在工（gōng）作過程中直接控製氣動爆破（pò）的參數而無需中斷（duàn）工作，以實現連續不停車清洗。

（3）節水節電、處理費用低，施工周期短空氣爆破清洗技術一般利用係統內原有的流體（tǐ）作為工作介質，無需另外補（bǔ）充大（dà）量水或油，清（qīng）洗後這些流體經過分離處理之（zhī）後，可以繼續使用，因清洗時間短，節水節電效果明顯。

2.空氣（qì）焊破清洗技術工作原理

（1）氣動彈結構氣動彈含有殼體1（見圖4-39），該殼體被位於其縱向軸線上的（de）活塞2分成進氣室3和排氣室4，進氣室3通過供氣管6的供氣孔5與（yǔ）壓縮（suō）空氣源連通，供氣（qì）管（guǎn）6穿過活塞2上的軸向孔，並且（qiě）與活（huó）塞組成一環形間隙（xì）7，進氣室3通過環形間隙7與（yǔ）排氣室4相通。

在活塞2上製有環形凸肩8，該環形凸肩在朝向進氣（qì）室3的一側與（yǔ）殼體1組成一附加氣室9。

活塞上朝向排氣室4的端麵（miàn）10的麵積大（dà）於活（huó）塞2上朝向進氣室3的（de）端麵11的麵（miàn）積，而小於環形凸肩（jiān）上（shàng）朝向排氣室的（de）端麵（miàn）12的麵積。

活塞（sāi）2在朝向附加氣室9—側的環形凸肩8內裝有減震裝置。減（jiǎn）震（zhèn）裝置使用螺紋把環形殼13裝在環形凸肩8內，在環形殼13內設置（zhì）帶有支承圓環15的（de）減震器14，減震器用彈性材料，如聚氨酯製造。

在殼體（tǐ）1的（de）進氣室3區段內，至少製有一個穿透的通路16，在實施氣動彈的具體實例中，釆用4條（tiáo）穿（chuān）透通路16，在每一通路16的出口處都設有安全閥。

在殼體1的進（jìn）氣（qì）室4區段內在製有與氣動彈的軸線成某一夾角的若幹排氣孔20，這些通孔保證氣動彈（dàn）在工作（zuò）過程中進行運動。

在位於壓縮空氣供氣一側的殼體1的端麵上裝有連（lián）接氣（qì）動彈與壓縮空氣源（yuán）的接頭21，在接頭21上固定有用來係結鋼絲繩的圓（yuán）環22。氣動彈在工作時（shí）可用鋼絲繩加以保險，並且也可利用鋼絲繩將氣（qì）動彈從管道中拔出。

圖4-39氣動彈結構圖

（2）氣動彈工作原理壓縮（suō）空氣從氣源沿高壓軟管，通過接頭21、供氣管6和管上的供氣孔5送至進氣室（shì）3，從進氣室3穿過環（huán）形間隙7，壓縮空氣流至排氣室4，這時活塞2被作用在其端麵11上的空氣壓力壓緊在活塞座上，排氣孔（kǒng）20呈關閉狀態。

排氣室在（zài）高壓（yā）氣（qì）源的壓送下迅（xùn）速充氣，達到一定壓力時，由於活塞2端麵10的麵積大於端（duān）麵11的麵積，所以作用在活塞上朝向進氣室方（fāng）向上的力F₁=P₁A₁要大於作用在活塞上朝向排氣室的方向的力F₂=P₂A₂一個值。該值等於活塞2與殼體1之間的摩擦力，與此同（tóng）時活塞就開始（shǐ）移向（xiàng）進（jìn）氣室3—側（cè），一旦活塞2離開活塞座，壓縮空氣將迅速進入活塞與活（huó）塞之間的空間，壓（yā）力也就擴展至活塞2環形凸肩8的（de）端麵12，這樣壓力（lì）作用積就增至麵積10和麵積12之和，活（huó）塞2將立刻移向進氣室3—側，同時，開啟了排氣孔20而壓縮空氣從排氣室以“爆發（fā）”的方式突然排向周（zhōu）圍的介質，開始（shǐ）清洗工作。

活塞（sāi）2快速移向進氣室3時，將對殼體1產生衝擊，這個（gè）衝擊力通過支承圓環15被減震器14所承受，減震器14被壓縮後，積蓄勢能，然（rán）後將這種勢能傳給活（huó）塞使其返回（huí）初始位（wèi）置。此時，排（pái）氣孔20立即關閉（bì），再次充（chōng）氣。當然，使活塞返（fǎn）回初始位置的動力主要還是來自（zì）進氣室空（kōng）氣對活塞2端11的壓力，活塞（sāi）可以返回都是因為排氣室的壓縮（suō）空氣從排氣孔20噴出而得以卸壓（yā）。

在附加氣室內保留有不大的（de）背壓，這個壓力是由安裝在通孔16出口處的（de）安全（quán）閥的液體阻力（lì）決定的，活塞返回時安（ān）全閥又在外（wài）界壓（yā）力下開啟而吸入少量空氣。

氣動彈於是又（yòu）開始下一（yī）次的充氣噴射的（de）循環工作。

應當指出，進氣室3內（nèi）的壓縮空氣的壓力在活塞移向進氣室時升高得並不多，而在活塞2停止後，將（jiāng）迅速降低至供氣管6中的壓縮空氣的壓力（lì），活塞2的開啟排氣孔20的動作是由壓縮空氣作用到活塞2上環形凸肩8的端麵12和端麵10上共同產生的，而活塞2的關閉動作是壓（yā）縮空（kōng）氣作用到活塞2上非常小的端麵11的壓力發生。因此，活塞為（wéi）關（guān）閉排氣孔20向排氣室一側的運動時間大於活塞開啟排氣孔20向（xiàng）進氣室一側的運動時間，也正（zhèng）因此排（pái）氣室4來得及幾乎完全得以卸壓，這樣也提高了氣動彈的工（gōng）作效率。

需（xū）要強調（diào）的是（shì）排（pái）氣室的壓縮空氣的壓力（lì），是不（bú）可能高（gāo）於（yú）進氣室一側的壓力。大（dà）家可能會產生（shēng）這樣的想法，就像自（zì）行車胎打氣一樣不需要很大的力氣就可打足氣，而這裏的環形間隙7就相當於氣門芯。然而，本氣（qì）動彈由於活塞2端（duān）麵10的麵積大於端11的麵積。因此（cǐ），根據F=pA，排氣室在沒有達到進氣（qì）室的壓力，而比（bǐ）進氣室壓力小一個值（zhí）就將活塞推向進氣室（shì）一側從而開（kāi）啟排氣（qì）孔20以（yǐ）卸壓，因此排氣室的壓力永遠（yuǎn）不會超過進氣室的壓力。

3.空氣爆（bào）破清洗技術裝備

（1）氣動彈的（de）尺寸、工作範圍及爆破能力如（rú）表4-12所示。

表4-12氣動彈的尺寸、工作範（fàn）圍及爆破能力

表（biǎo）格P233-234頁

（2）氣動彈配備的動力源及耐（nài）壓軟管如表4-13所示。

高壓軟管的選用應與氣動彈（dàn）配用（yòng）的空氣壓縮機壓力相吻合。如空壓機選用壓力2.5MPa，氣流輸送管則也應選用耐壓2.5MPa的高壓軟（ruǎn）管。管徑選用（yòng）直徑在Φ12-16mm的範圍內。

（3）排汙設備

a.泥漿抽吸泵：在氣動彈清洗工作中，強大的氣流衝起沉積物，擊碎硬質垢，在汙垢（gòu）顆粒小於1mm的情況下，選用功率（lǜ）適當的泥（ní）漿抽（chōu）吸泵抽出渾（hún）濁（zhuó）泥漿。泥漿抽吸泵適用於沉積淤（yū）泥的溝槽、管道、貯罐。

b.螺旋提升器：用氣動彈來清掃工業管道時，由於管道用來輸送物料及廢料（liào），長期積累形成硬垢的成分複雜（zá）的垢（gòu）體，常見的有碳酸鹽、硫酸鹽、矽酸鹽類垢。氣動彈爆破後垢體會被擊成小的碎（suì）塊，在汙垢顆（kē）粒大於1mm以上時選用螺（luó）旋提升器抽送被清掃掉的碎垢。

c.PIG清管器：氣彈在清（qīng）洗管道時單向有效行程是300m，雙向（xiàng）有效行程是600m，雙向行程清掃600m後取出氣彈，裝入PIG清管器，加壓後將清掃掉的汙垢推出。

d.高壓水清洗機：根據清（qīng）掃管線所承受的壓力，用高壓水清洗機的繞性自進槍頭清除氣動彈爆破後的汙垢，高壓水清洗機可調壓力量高至8MPa。

表（biǎo）4-13氣動彈配備的動力源及耐壓軟管

表格P234頁

4.空氣爆破清洗技術應用

表4-14列出了空氣爆破清洗技術的應用範圍（wéi），其主要（yào）功能（néng）是（shì）：清淤、除垢，破碎。

表4-14空氣爆破清洗（xǐ）技術應用範圍

表格P234頁

（1）工業管道的清洗電站排灰（huī）管道，城市地下給排水（shuǐ）管道，煤氣、天（tiān）然氣輸送管（guǎn）道，工（gōng）業物料管道等，選用空氣爆破（pò）清洗技術進行清洗可以達到節約電能、減少物料消耗、保護（hù）環（huán）境、防止汙染的目的。

有許多種氣動彈型號（hào）和空氣壓縮機（jī）可供清洗管道選擇使用，其壓力可以（yǐ）從最低2MPa，最小排放功率39kW到最高壓力12MPa、最（zuì）大排放功率（lǜ）3675kW之間變化，可以有效地清洗直徑70~2000mm的管道。

空氣爆破（pò）清洗技術能清洗（xǐ）管（guǎn）道中各種硬度的沉積物。其清洗工藝是：將氣動彈放入所要清洗的管道內。根據垢體的硬度及結垢成分、管道承壓能力計算出氣動彈供氣壓力。開啟（qǐ）空氣壓（yā）縮機使氣動彈開始在管道內（nèi）工（gōng）作。氣動彈依靠排氣時所產生的反作用力沿被清洗麵自動（dòng）向前行進，運行速（sù）度為5〜6m/min。氣彈運動方向必須是逆管道水流方向（xiàng）向前清洗，這樣有利於被清洗下來的汙垢順流排出。見圖4-40。

氣動彈所清洗的管道必須充滿水，釆用這（zhè）種辦法（fǎ）可以達到均勻地（dì）傳播氣（qì）動彈爆（bào）破所產生的（de）衝擊波能量；防止沉澱物及（jí）被爆破擊碎的（de）垢體揚起；充滿空氣的水流可以提高水流的運輸能力。

氣動彈技術最初在某冶金企業進行了實驗，運用（yòng）上述工藝在很短的時間清洗（xǐ）了8000m地下排汙管線，清洗後排汙水能力恢複了原設（shè）計要求。

a.該排汙管道的有（yǒu）關（guān）參數L=8000m；Φ=325mm；管材為鑄鐵；壁厚20mm；聯結方式（shì）為鑄鐵管每根長（zhǎng）4.5m，承插式聯結，聯結口金屬鉛密封；設計耐壓為0.8MPa；管道每45m有一個豎井，共有豎井（jǐng）170餘口。

b.結構硬度及成分分析沿管道下部約沉積（jī）12mm的泥沙、礦渣等混合物，沿管壁四周結有約20mm的灰白色垢體，其硬度為莫氏5〜6，主要成分是矽（guī）、鈣、鋁、鎂、氧化鐵等其他化合物。

c.氣動彈清洗釆用不停水從排汙管末端開始逐井向前推進清洗，各井之間為一（yī）清洗段。每段清洗有效時間為10min，爆破清洗（xǐ）下來（lái）的垢隨（suí）水流排出管外。

氣動彈清洗單向有效行程為300m；雙向有效行程（chéng）為600m。

（2）泵站水（shuǐ）池的清洗在市政和工業企業（yè）的（de）泵站蓄水池和取水（shuǐ）槽、罐（guàn）中，通常會沉澱一層淤泥，淤泥隨著時間的增長而硬化，形成（chéng）很（hěn）難去（qù）除的沉積物。

泵站水池中布滿沉積物導致泵的進水管入口處液體運動速度加快，會很（hěn）快導致空穴現象的產生。

用在液體（tǐ）中產生（shēng）強大衝擊波（bō）的氣動彈清洗泵站水池，衝擊波可以把沉積物變疏鬆（sōng）並（bìng）擊成很小（xiǎo）的（de）碎塊。

氣動彈清洗後除（chú）掉（diào）的硬質（zhì）沉（chén）澱物和泥漿用排汙（wū）泵抽出排（pái）放，清洗（xǐ）時（shí）根據水池的形狀（zhuàng）來（lái）確定清洗線路，如長方形（xíng）池按長線路排列（liè）進行，圓（yuán）形池沿周邊（biān）同心圓清洗。

氣動彈及空氣壓縮機的選（xuǎn）型是（shì）根（gēn）據沉積物（wù）的厚度而（ér）定。在清洗農業提罐站水池（chí）時可（kě）采（cǎi）用不停車清洗（xǐ），泥漿同水混合稀釋後，由泵（bèng）站水泵抽岀輸向用水池。水池（chí）設施有低點排汙（wū）口（kǒu），泥漿水可直接從排汙口排岀。這種情況下，水池（chí）應停止正常（cháng）蓄水，清洗完畢再啟用，見圖4-41。

圖4-41泵站（zhàn）水池（chí）的清洗圖（tú）4-42流槽、水池的（de）清洗

圖片P236頁

（3）流槽、水池的清洗把氣動彈置於流槽、水道中逆水（shuǐ）行進（jìn），使氣動彈沿被清洗表麵運動。清洗時流槽、水道中必須有足夠深的水，一（yī）般水（shuǐ）深以埋過氣彈（dàn）500mm為宜，但最少不（bú）能小於300mm。這樣要求的目的是防止清洗時汙（wū）泥垢體（tǐ）被炸出槽道，見圖4-42。

清洗流槽、水道（dào）會（huì）受長度限製，壓縮（suō）機（jī）用車載式，隨著（zhe）氣動彈向前運動。根據流槽及（jí）水道的斷麵麵積、建築材料及修建工（gōng）藝構造來（lái）選擇氣動彈和壓縮機氣壓等參數。氣動彈清洗流槽、水道可以完全排斥手工勞（láo）動並（bìng）實現（xiàn）不停（tíng）車連續作業。

（4）工（gōng）業原料槽的清洗空氣（qì）爆破清洗工藝能除（chú）去燒結廠、有色（sè）或黑色（sè）冶煉廠、選礦廠、選煤廠供應槽（cáo）和（hé）貯存槽四壁上的塊狀物質和凝結的（de）物質。

采用不同規程噴（pēn）氣孔的氣（qì）動彈進行爆破清洗。首先選（xuǎn）用前（qián）麵帶噴氣（qì）孔的氣動彈，在（zài）塊狀物質上炸開一條通道，噴氣能量從氣動彈前方發出，然後選用側（cè）麵帶排氣孔的氣動（dòng）彈，放入前麵氣動（dòng）彈爆破後形成的通道（dào）內，向兩邊及四周施放（fàng）爆破空（kōng）氣將凝結物質炸成碎塊。

鋼鐵廠燒結車間將精礦粉燒結（jié）成（chéng）大塊，然後再破碎成有規格的小塊入爐冶煉，以往的破碎多數釆用人工方法去敲擊，耗時費力，碎塊（kuài）大小不好掌握，利（lì）用氣動彈技術（shù）破碎就簡單多了。首先，要詳細了解（jiě）出燒結塊的硬度和入爐料塊的規格，然後計算出所（suǒ）需要爆破的能量（liàng），選擇好氣彈型號及空（kōng）氣壓縮機產氣壓力，氣彈（dàn）爆破後會岀現理想（xiǎng）的破碎效果，碎塊基（jī）本（běn）上（shàng）大小均勻。這項技術，在國外某（mǒu）冶煉廠燒結車間實驗中取得了很好的效果。

（5）核廢液儲罐的清洗（xǐ）核設施終止服役後，所有設備麵臨去汙問題，這些設備中有很大一部分（fèn）存儲帶有放射性的廢水。廢水長年積（jī）存，在罐底部淤積了大量的沉積物，這些沉澱物放射劑量一般較高，清淤工作不能靠人工進行（háng），那麽最好（hǎo）的辦法是（shì）釆用氣動彈清淤。

首先把多餘的廢水處理（lǐ）掉，留下氣動彈工藝要求的覆（fù）蓋水量（liàng），利用氣動彈的爆破能量，炸（zhà）起沉積物，使水同沉積（jī）物混為泥漿，再用泥漿泵抽出罐外固化（huà）處理。施工是在有安全保護條件下（xià）進（jìn）行的，整（zhěng）個清淤（yū）過程都（dōu）不需要人員進入罐內。

清洗時氣動（dòng）彈選用（yòng）大功（gōng）率的108mm及B108mm兩種彈頭，一般（bān）槽車直徑大於2m，石油儲罐大多數直徑在20m左右。選用大功率彈頭可以提高清洗效率。空（kōng）氣壓縮機同氣動彈（dàn）應配套使用。

（6）原油儲罐（guàn）、運輸罐（guàn）車的（de）清洗隨著使用年限（xiàn）的增加，原油儲（chǔ）罐底（dǐ）部沉積有大量（liàng）的泥沙、無（wú）機鹽、蠟（là）質、瀝青質等物質，俗稱“油（yóu）渣（zhā）”。這些油渣（zhā）堆積高度有300〜500mm，體積有800〜4000m³，例如挪威ESSOTensberg公司10.5×10⁴m³原油儲（chǔ）罐中（zhōng），油（yóu）渣體（tǐ）積為4000m³；德（dé）國SHELLKoln—Godorf公司10.5X10⁴m³原油儲罐中，油渣體積為3800m³。油渣（zhā）的存在有（yǒu）以下危（wēi）害：

a.減少了儲罐的有效貯存體積，使原油貯存（cún）量下降；

b.影響輸出（chū）原油品質；

c.增加對罐體的腐蝕；

d.油渣變硬後，增（zēng）加檢修清理的難度。

因此，有必要定期對原油（yóu）儲罐進行清（qīng）洗，以清除（chú）罐底的油渣（圖4-43）。按規（guī）定（dìng）原油儲罐一般要求每隔4〜6年必（bì）須進行一次清理、檢（jiǎn）修。清洗質量一般要求為：原油回收率>90%；油渣清除率>90%；清洗無腐蝕，對環境汙染影響小；不破壞儲罐（guàn）內設施。

傳統原（yuán）油儲罐（guàn）的清洗方法，主要是靠人工清理和化（huà）學方法相結合，這類方法不能實現油（yóu）水（shuǐ）分離，無法回收（shōu）油渣中的原油成分；清理過程（chéng）需水量大，汙水排（pái）放量高，對環境汙染較大；勞動強度大，並（bìng）且不安全；施工（gōng）工期長，清洗費用高。

采用其（qí）他物（wù）理方法清洗，其要求清洗設備龐大且複雜，施工工期長，清洗費用高。例如，利用壓力油或（huò）水清洗一個9X10⁴m³的油罐，一般需要42d時間。

用氣動（dòng）彈清洗原油儲（chǔ）罐和油品運輸槽車內的沉積（jī）物、油（yóu）渣具有快速、高效、安全、汙染性小等的特點，是目前罐體清（qīng）洗中最有效的方法。

氣動彈清洗可以把油（yóu）泥及硬質沉積物固相和液相，變成同值的油泥漿。如果有黏度很大的沉積物（焦油，碳氫類化合物），可以釆用在沉積物上加灑一層稀溶劑（如原油），添加（jiā）比例為10：1（沉積（jī）物總體積的10%），稀溶後再（zài）用氣彈爆破（pò）清洗，罐槽內的油泥、稀溶劑（jì）、沉澱硬質垢在氣（qì）彈爆破清洗的作用下形成同質液體油泥漿從罐槽低點（diǎn）排汙口排（pái）出，無低點排汙口可用泵抽出。然後進行油、渣、水分離處理並循環再利用。

值得指出的是清洗原油儲（chǔ）罐時，所用的氣源應為氮氣。清洗時氣動彈（dàn）選（xuǎn）用大功率的108mm及（jí）B108mm兩種（zhǒng）彈頭（tóu）。

圖4-43儲（chǔ）罐清洗