CN1081960C

CN1081960C - 管子内表面的清洗方法

Info

Publication number: CN1081960C
Application number: CN94193068A
Authority: CN
Inventors: 阿布基哈米欣·M·瓦尔塔哈诺夫
Original assignee: TOUARISCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTJU 'BIS'
Current assignee: TOUARISCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTJU 'BIS'
Priority date: 1993-08-12
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 2002-04-03
Anticipated expiration: 2014-08-05
Also published as: BG61939B1; BR9407225A; BG100349A; WO1995005250A1; CN1128963A

Abstract

本发明公开了一种清洗管子内表面的方法，包括泵送一种工作液体通过有待清洗的管子(11)、使管子(11)的内表面经受由火花间隙保持装置(7)造成的放电所触发的水力冲击波，此装置随着管子被清洗沿着管子内侧前行。确定了用于放电的最佳电压。清洗管子内表面的设备包括一脉冲式电源(1)，其正极端连接于装置(7)的一个电极，所述电极是由管子(11)中的一条双芯电缆的绝缘芯线(8)构成的。电源(1)的负极端连接于装置(7)的第二个电极，它是由电缆的另一芯线(9)构成的。本发明主要用于清洗换热装置中的管子。

Description

管子内表面的清洗方法

本发明涉及清洗物件表面污物的方法，特别是一种清洗管子内表面的方法及一种实施所述方法的设备。

在操作过程中，比如热交换设备的管子等各种管子的内表面会变到各种各样污浊沉积物的污染，从而劣化了使用这些管子的设备操作性能。为清除这些沉积物已经提出了各种各样的方法和装置。

特别是，在现有技术中已知一种清洗管子内表面的方法(SU，A1,315,037)，其中，在管子内部空间充满某种工作流体，而同时，在管子两端产生放电。这种放电在流体中激起相反方向的冲击波，这些冲击波会碎裂管子内表面上的沉积物。

上述现有的方法是在包括两个放电发射器(emitter)的一种设备上实施的，每一发射器包括两只部分地敷有绝缘层的电极和连接于一记录装置的各个压力传感器。

不过，上述方法和设备只能用于清洗长度不大的管子，因为其发射器的作用半径有限。除此还有，该设备生产能力不良，因为，要清洗污脏的管子，首先需要拆散它们并将它们浸入充满某种工作流体的池子之中。

在现有技术中还已知一种清洗管子内表面的方法(WO，91/01183)，其中依靠泵送使一种工作流体经过有待清洗的管子流通，并在管子内部选成放电以借此在流体中激起冲击波，此波作用在管壁的污脏内表面上并能够除去粘在它上面的沉积物。放电是由一组电容器在一放电间隙中产生的，而此间隙是借助于一种在管子涂污时可沿管子移动的装置形成的。

不过，上述方法的缺点在于，它不能优化放电电压，放电电压取决于许多因素，包括有待清洗管子的材料和尺寸在内。要害是，如果电压脉冲幅度选得低于最佳值，由必需提供数次脉冲，因而是过分的电力消耗。反过来，如果脉冲幅度大于最佳值，则有可能不仅除去管壁的沉积物和锈皮，而且还可能破坏管壁本身。

实施上述方法所用的设备包括一脉冲式电流供应源，其各极连接于一种适于形成放电间隙的装置的各电极；还配备一个用于提供所述装置沿着管子纵向运动的机构。这一放电间隙形成装置的各电极之一做成导电电缆裸露部分的形式，此电缆置放在管子之中并连接于电流供应源的正极。至于第二只电极，其角色由有待清洗的管子本身扮演，它连接于电流源的负极并且接地。在该方法和设备中，放电是通过导电电缆接触管子内壁而产生的，从而导致内壁的强烈侵蚀，在清洗之后变得很糙。一旦如此清洗过的换热器重新插入使用，其管子的粗糙表面会很快固结而出现锈皮和其他沉积物。有些管子镶有特殊衬里，比如氟塑料衬里，旨在减小其壁面粗糙度或者防护管子不受腐蚀。在这种镶衬过的管子经受所述后一种设备的清洗时，其保护性衬里会受损坏，而这是不允许的。

本发明旨在解决清洗管子内表面的以下方法的研制问题，此方法可消除清洗过程中给管壁造成的任何损坏或损伤，但在实施期间却不会要求大量能耗。本发明还旨在预制一种设备，能够实施上述方法，同时结构简单且操作可靠。

如此设定的目的是由于以下事实而得以实现的，即在一种清洗管子内表面的方法中，泵送一种工作流体通过管子；在管子里面产生放电，以便在流体中激发一种冲击波，此波作用在管壁内表面上并能够除去粘附其上的任何沉积物，放电是使一组电容器在一放电间隙中产生的，而此间隙是由一种在管子被清洗时可沿管子移动的放电间隙形成装置形成的；按照本发明的一些改进之处得以体现，即：放电电压按照以下关系式选定：

V_{o} < \sqrt[4 / 5]{Kg \cdot σ \cdot {\frac{δ}{r^{1 / 2}} \cdot L}^{3 / 8} \cdot l^{5 / 8} \cdot \frac{1}{c^{1 / 4}} \cdot \frac{1}{ρ^{3 / 8}}}

其中

Kg是管气材料的动态强度因子；

σ是管子材料的静态屈服点；

δ是管子壁厚；

r是管子的内半径；

L是一组电容器中放电电路的电感；

l是放电间隙的长度；

c是一组电容器的电容；以及

ρ是工作流体的密度。

为了降低能耗，最好是，放电重复频率选定在从0.5至3赫兹的范围之内。

前述问题也因以下事实而得以解决，即在一种清洗管子内表面的设备中包括一脉冲电流源和一放电间隙形成装置，脉冲电流源的各极连接于放电间隙形成装置的两电极，并配备有沿着管子移动放电间隙形成装置的机构；按照本发明的一些改进之处体现在：作为所述放电间隙形成装置，采用一种双导线电缆。

对于圆截面管子，确定同轴结构的电缆代表一种最佳办法。在这种同轴电缆中，中央导线连接于供电源的正极，而外面导线(编积层)连接于负极。

按照本发明的清洗管子内表面的方法使得有可能使用不会导致管子有任何损坏(即无任何残余应变留下)的可允许的最大放电电压。

在使用按照本发明的设备时，用于造成电液冲击的放电不是在一电极与管壁之间、而是在电缆的两导线之间发生，从而对管壁不形成任何损坏。本发明的设备结构简单且操作可靠。

下面，本发明将结合其具体实施例并参照示意性表明一种清洗管子内表面的设备的一张附图予以说明。本发明设备包括一电流脉冲源1。通常，它可以是一脉冲发生器，包括一升压变压器2、一端连接于变压器2输出绕组其另一端连接于一组电容器4的整流管3；以及装入脉冲发生器1的输出电路中的可控换向器(commutator)5。

供电源1还包括一可控电子开关6，串联于升压变压器2的初极绕组，开关6的控制输入端连接于一控制装置(图中未画出)的输出端。

电流脉冲源1的两极连接到适于形成放电间隙的装置7。在目前的情况下，它可以是一段同轴电缆。采用这种设置时，电缆的中央导线8起着间隙形成装置7的两电极之一的作用，并连接于脉冲源1的正极，而其外面导线9(编织层)充作第二电极，并连接于脉冲源1的负极。装置7配置有装置10，用以造成装置7沿着管子纵向轴线的运动。它可以是，比如说，一根联接于机械或人力操纵的驱动装置(图中未画出)的挠性系杆。

电容器组4可以由一个或几个脉冲电容器构成，这取决于有待清洗的管子的直径和所需的发生器输出功率。

对于换向器5，可以使用，比如说，一种可控触发管，其控制输入端连接于一脉冲重复频率选择器，比如一种定时器(图中未画出)。

电子开关6可以由两个闸流晶体管(thyristors)构成，如图中所示。

在这里所说明设备的特定实施例中，一条同轴结构的双导线电缆用作所述放电间隙形成装置7，不过，同样可以非常成功地使用一段非同轴双导线电缆。

本发明清洗管子内表面的方法从图中所示相关设备功能的说明中会更好地予以了解。

相关设备的操作如下：

放电间隙形成装置7放置在管子11内的一端附近，而后通过泵送使一种工作流体从管子11另一端穿过管子11流通，工艺用水，比如说，用作所述工作流体(箭头表示液流方向)。

预先，操作者必须确定最佳电压振幅和放电重复频率。

在清洗管子时，必需选定这样一种由放电在流体中激发的冲击波幅度，使得能除去管壁的锈皮和其他沉积物而不会对管子本身造成任何损坏，亦即，管子中的脉冲压力幅度应当不大于管壁材料的动态屈服点。

放电电压振幅的值根据下式选定：

V_{o} < \sqrt[4 / 5]{Kg \cdot σ \cdot {\frac{δ}{r^{1 / 2}} \cdot L}^{3 / 8} \cdot l^{5 / 8} \cdot \frac{1}{c^{1 / 4}} \cdot \frac{1}{ρ^{3 / 8}}}

式中

Kg是管子材料的动态强度因子；

σ是管子材料的静态屈服点；

δ是管子壁厚；

r是管子的内半径；

L是一组电容器的放电电路的电感；

l是放电间隙的长度；

c是一组电容器的电容；以及

ρ是工作流体的密度；注意：对于水，ρ＝1，因此，这一参数在计算放电电压值时可以略去。

上述公式适当地考虑了管子几何形状(r、ρ)、管子材料屈服点(Kg、σ)和放电电路参数(c、L、l)，而使得可以确定一组电容器的最大允许电压，在此电压下不会对管子造成任何损坏(亦即，没有残余应变留下)。

随着在充满流体的管子里发生放电，脉冲式压力出现，在其作用下水从放电区喷射出去以形成一无水的空穴或空隙。如果各次放电之间的时间间隔Δt小于其间与水形成如此形成的空隙的延续时间Δt₀，则意味着，放电发生在气态(空气)介质之中，因而，出现的脉冲压力的幅度远小于放电发生在液体中情况下的压力幅度。为此原因，尽管供电网络的能耗较大，冲击波幅度却下降了。

相反，在时间间隔Δt大于充满如此形成的空隙所花的时间段Δt₀时，则清洗效率低于Δt＝Δt₀的情况。显然，随着Δt＞Δt₀的增加，清洗效率将会下降。

因而，有在一个最佳脉冲重复频率范围，在此范围内，管子清洗效率达到其峰值。已经用实验方法确定，这一最佳频率范围是f＝0.5至3Hz。

通过改变由控制装置处放电电压选择器所确定的值，就可以预先设定在构成开关6的各闸流晶体管的控制输入端处的讯号值，从而确保出自用于保持放电电压振幅设计值的电容器组4的必需电压值，而定时器则预先设定在规定的脉冲重复频率f₀＝1/Δt处。此后脉冲发生器连接于供电网络。在这种设置下，放电在放电间隙之内出现在电缆导线8与9之间，以在流体介质里面激起可碎裂和粉碎锈片和其他沉积物12的冲击波。供入管子11的水流带走如此除掉的锈皮(沉积物)颗粒，而随着锈皮被破除，可使电缆在管子中朝着其另一端前行，以迎接来临的液流。

以下说明性实例用于对本发明的实质作更好的理解：

实例1

首先，确定用于为黄铜管除垢的一种放电电路的各个参数，黄铜管的外径是16mm，壁厚是1mm。其他参数如下：电容器组的电容c＝20mcf，L＝3000nG，r＝7mm，l＝2mm，σ＝0.35×10⁹Pa，Kg＝2.3。然后，前述公式给出清洗应当借以进行的可允许的最大电压，即V₀＝3.05KV。清洗这种管子的实验研究表明，电压V₀＝3.0KV就足以为黄铜管除垢而无残余应变。在锈皮层厚度为1-1.5毫米时，清洗以2-3米/分的速度进行。

实例2

确定的用于为不锈钢管除垢的一种放电电路的各个参数是：不锈钢管的外径是38mm，壁厚δ＝1.5mm，c＝10mcf，L＝3000nG，r＝17.5mm，l＝6mm，σ＝0.4×10⁹Pa，Kg＝0.3。由公式确定的可允许的最大电压等于7.12KV。实验证实，在V₀＝7KV情况下清洗这种内径为35mm的不锈钢管在管壁不引起任何残余应变。

本发明主要用于清洗在从事各种各样工艺的换热器中使用的管子的内表面。

Claims

1、一种清洗管子内表面的方法，其中，泵送一种工作流体通过管子，在管子里面造成放电以在流体中激发一种冲击波，此冲击波作用在有待清洗的管壁内表面上并能够除去粘附在其上的沉积物；所述放电是通过使一组电容器在一放电间隙中放电产生的，而此间隙是由一随着管子被清洗可沿管子移动的放电间隙形成装置形成的，其特征在于，放电电压值按照以下关系式选定：

V_{o} < \sqrt[4 / 5]{Kg \cdot σ \cdot \frac{δ}{r^{1 / 2}} \cdot L^{3 / 8} \cdot l^{5 / 8} \cdot \frac{1}{c^{1 / 4}} \cdot \frac{1}{ρ^{3 / 8}}}

其中

Kg是管子材料的动态强度因子；

σ是管子材料的静态屈服点(N/m²)；

δ是管子壁厚(m)；

r是管子的内半径(m)；

L是电容器组放电电路的电感(Gn)；

l是放电间隙的长度(m)；

c是一组电容器的电容(f)；

ρ是工作流体的密度(kg/m³)。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，随着所述放电间隙形成装置沿着管子前行，在管子里面产生一系列放电，放电重复频率选定在从0.5到3Hz范围内。