Czyszczenie strumieniem wody.
Wprowadzenie.
W przemyśle cukrowniczym, energetycznym, hutniczym, chemicznym, stoczniowym oraz innych gałęziach przemysłu występuje potrzeba stosowania urządzeń umożliwiających usuwanie zanieczyszczeń powstałych w procesach technologicznych lub w trakcie ich eksploatacji.
Usuwanie zanieczyszczeń może odbywać się metodą mechaniczną lub hydrauliczną. Skuteczność czyszczenia jest zależna od wielkości wytwarzanego w danym miejscu ciśnienia rozrywającego zanieczyszczony osad, niezależnie od zastosowanej metody. Przy czyszczeniu mechanicznym ciśnienie rozrywające spowodowane jest ostrymi końcami czyszczącej szczotki bądź ostrzem noża. Przy czyszczeniu hydraulicznym spowodowane jest strumieniem wody wytworzonym przez pompę wysokociśnieniową. Stosowanie metody hydraulicznej usuwania zanieczyszczeń daje:
- dużą skuteczność czyszczenia,
- możliwość usuwania zanieczyszczeń w miejscach trudno dostępnych,
- zatrudnianie małej ilości pracowników (praktycznie dwóch operatorów),
- użycie jako czynnika czyszczącego wody, która dostępna jest praktycznie w każdych warunkach.
Te cechy powodują coraz szersze stosowanie tej metody w przemyśle.
Artykuł opisuje wysokociśnieniowe urządzenie czyszczące typu WUC-1 produkcji POWEN S.A. oraz przedstawia technologię i doświadczenia producenta w zakresie usuwania zanieczyszczeń za pomocą tego urządzenia.
Rysunek 1. Wysokociśnieniowe Urządzenie Czyszczące WUC-1. 1 – pompa nurnikowa T-65/45, 2 – zawór rozładowania ZR-100/45, 3 – zawór przelewowy ZP-100/50, 4 – dysza czyszcząca, 5 – lanca, 6 – przewody wysokociśnieniowe, 7 – wyposażenie elektryczne, 8 – zawór kulony ręczny lub zawór nożny, 10 – filtr wodny.
Budowa, zasada działania, dane techniczne i osprzęt urządzenia WUC-1.
Urządzenie WUC-1 przedstawione jest na zdjęciu i na rysunku 1. Pompa (poz. 1) poprzez filtr (poz. 10) zasysa wodę z hydrantu, bądź rurociągu, i tłoczy ją przez zawór rozładowania do magistrali zasilającej (poz. 6). Magistrala ta wykonana jest z odcinków węży wysokociśnieniowych o średnicy nominalnej dn = 12 mm na ciśnienie robocze pr = 45 MPa. Na końcu magistrali zasilającej jest zabudowany osprzęt czyszczący:
- kulowy zawór odcinający ręczny (poz. 8), zawór nożny (poz. 8) lub pistolet ręczny,
- lanca stała lub elastyczna (poz. 5),
- dysza czyszcząca stała lub obrotowa (poz. 4).
Układ przepływu wody (od filtra poprzez pompę, zawór rozładowania, węże, lancę oraz dyszę) jest zaprojektowany dla ciśnienia wytwarzanego przez pompę, tj. pr = 45 MPa. Zawór rozładowania po osiągnięciu przez pompę ciśnienia 45 MPa przełącza pompę na bieg jałowy. Pompa zasysa w tym czasie wodę z filtra i tłoczy ją bez ciśnienia z powrotem do filtra. W przypadku zatarcia bądź podwieszenia się zaworu rozładowania następuje wzrost ciśnienia w układzie do wielkości ok. 50 MPa i otwiera się zawór przelewowy, zabudowany na bloku zaworowym pompy, przez który pompa tłoczy wodę z zewnątrz. W ten sposób pompa oraz cały układ hydrauliczny zostają zabezpieczone przed przeciążeniem.
Dane techniczne urządzenia WUC-1
- Wydajność pompy – 65 dm3 /min
- Ciśnienie robocze – 45 MPa
- Moc silnika – 55 kW
- Napięcie zasilania – 380 lub 500 V
- Prędkość obrotowa wału silnika – 1475 min-1
- Masa urządzenia -1225 kg
Osprzęt urządzenia WUC-1.
W zależności od zastosowania urządzenie WUC-1 może być wyposażone w różnego rodzaju osprzęt czyszczący. Osprzęt ten zabudowany jest zawsze na końcu magistrali. W jego skład wchodzi: zawór ręczny lub nożny, lanca stała lub elastyczna, dysza stała, obrotowa lub pistolet ręczny. Zawór nożny jest otwierany i zamykany nogą operatora. Naciskając nogą na pedał powoduje on przepływ cieczy przez zawór, zaś zdejmując powoduje natychmiastowe zamknięcie zaworu – odcięcie przepływu wody z zaworu do lancy. Zastosowanie zaworu nożnego ma miejsce podczas czyszczenia długich rur np. w wyparkach. Na rysunkach 2 i 3 przedstawione są różne wykonania lancy. Rysunek 2 pokazuje lancę stałą z rury o średnicy zewnętrznej 20 mm (wykonywane są też lance z rury 16 mm), natomiast rysunek 3 przedstawia lancę elastyczną, która znajduje zastosowanie przy czyszczeniu zagiętych rur w urządzeniach grzewczych.
Rysunek 2. Lanca < p20.
Rysunek 3. Lanca elastyczna.
Do czyszczenia przewodów z osadów i kamienia kotłowego przewidziano cztery rodzaje dysz stałych, pokazanych na rysunku 4 (poz. l, 2, 4 i 5). Dysze stałe (poz. l, 4 i 5) dają strumień w kierunku przesuwu lancy zaś dysza (poz. 2) daje strumień cieczy w kierunku przeciwnym. W przypadku dyszy (poz. 2) siła odrzutu wciąga lancę z dyszą do przewodu. Dysza (poz. 4) umożliwia czyszczenie rur zatkanych całkowicie osadem lub kamieniem. Dysza (poz. 3) jest jednootworowa i przewidziana jest do współpracy z pistoletem ręcznym.
Na rysunku 5 przedstawiona jest dysza obrotowa. Jest ona stosowana do czyszczenia rur, bądź kanałów o przekroju kołowym (cylindrycznym).
W zależności od średnicy rury stosuje się dyszę o odpowiedniej średnicy zewnętrznej oraz potrzebnej ilości doprowadzanej wody, pod odpowiednim ciśnieniem. Dla urządzenia WUC-1 stosowane są dysze obrotowe na ciśnienie max. 45 MPa, przy przepływie wody w ilości 65 dm3 /min.
Skuteczność czyszczenia wodą.
Rysunek 4. Komplet dysz stałych.
Rysunek 5. Dysza obrotowa. Rysunek 6. Dane charakterystyczne dyszy.
Skuteczność czyszczenia wodą zależy od prawidłowego zaprojektowania układu czyszczącego. Cały układ – pompa, transport wody – przewody, zamiana ciśnienia wody na prędkość – dysze, powinien być zaprojektowany tak, aby powstawało jak najmniej oporów oraz szkodliwych zawirowań i zmian prędkości. Nieprawidłowa konstrukcja np. dyszy, bądź złe jej wykonanie prowadzi często do znacznych strat przy przepływie wody i utraty pełnej skuteczności działania urządzenia.
W praktyce oznacza to, że aby osiągnąć lepszą skuteczność pracy urządzenia przy stosowaniu złej dyszy potrzebne są znacznie większe ciśnienia wody. Przy założeniu optymalnego doboru dyszy do wydajności pompy oraz jej prawidłowego wykonania – szybkość wypływu strumienia wody z dyszy będzie zależna wyłącznie od ciśnienia roboczego pompy. Należy zawsze pamiętać o tym, że woda opuszcza dyszę w postaci skoncentrowanej wiązki – strumienia, który pozostaje w tej postaci w odległości równej ok. 100 średnicom otworów dyszy.
W tym zakresie odległość strumienia wody działa najbardziej skutecznie. Oddalając dyszę od powierzchni czyszczącej oddalamy strumień wody, który w dalszej odległości ulega rozdrobnieniu oraz osłabieniu w wyniku silnego hamowania poszczególnych kropelek wody przez otaczającą atmosferę. W ten sposób powstaje w dalszej odległości od dyszy mgła, która nie ma praktycznie żadnej skuteczności – rys. 6.
Zetknięcie się kropelek wody z zanieczyszczoną powierzchnią jest jednoznaczne z nagłym wyhamowaniem kropelek wody, co wywołuje na czyszczonej powierzchni lokalne ciśnienie o wielkości zbliżonej do ciśnienia wody przed dyszą. Wysokie ciśnienie kropelek wody oddziałując na twarde osady powoduje ich pękanie, następnie przenikanie wody do powstałych spękań – szczelin oraz rozrywanie zanieczyszczeń, a w końcowej fazie ich usuwanie z powierzchni. Takie zastosowanie strumienia wody pod wysokim ciśnieniem jest szczególnie przydatne tam, gdzie nie ma możliwości dojścia do czyszczonej powierzchni ostrym narzędziem. Wynika konieczność właściwego doboru kąta „a”, średnicy zewnętrznej dyszy „D” oraz średnicy otworów wylotowych „d” – rys. 6, dla każdej rury przewidzianej do czyszczenia strumieniem wody.
Dobór ciśnienia wody.
Z przeprowadzonych badań w zakresie praktycznego usuwania zanieczyszczeń wodą pod wysokim ciśnieniem wynika, że wysokość ciśnienia wody jest zależna od rodzaju osadu, stopnia zawartości oraz twardości warstwy zanieczyszczenia.
Do czyszczenia: rur, kanałów, zbiorników olejowych, bunkrów statków, urządzeń budowlanych, złóż filtracyjnych, ogrzewaczy powietrza, żeliwnych odlewów stosowane jest ciśnienie wody w zakresie 11-18 MPa. Ciśnienie takie jest stosowane także w przemyśle spożywczym do usuwania miękkich osadów słodowo-owocowych.
Do czyszczenia budowli wodnych, kadłubów statków z narostów alkalicznych, form odlewniczych, powierzchni cegieł fasady budynków jest stosowane ciśnienie wody w zakresie 18-30 MPa.
W cukrowniach do czyszczenia urządzeń technologicznych jest stosowane ciśnienie wody od 30-45 MPa. przy czym najtrudniej jest usunąć kamień w rurach stalowych o średnicy nominalnej 0 33 mm zabudowanych w wyparkach.
Do czyszczenia rur wykonanych z mosiądzu, skuteczna wielkość ciśnienia wynosi 30-35 MPa.
Urządzenie WUC-1 posiada możliwość regulacji ciśnienia w powyższym zakresie.
Dobór wydajności pompy.
Wydajność pompy ma podstawowy wpływ na efektywność czyszczenia. Im większa wydajność – więcej doprowadzanej wody pod wymaganym ciśnieniem, tym intensywniejsze wypłukiwanie zanieczyszczeń. Jednocześnie wraz ze wzrostem wydajności i ciśnienia wody w pompie wzrasta moc silnika napędzającego pompę, a tym samym masa i gabaryty urządzenia. Dla konkretnych warunków pracy istnieje możliwość stosowania silnika o niższej mocy.
Technologia czyszczenia rur wyparek w cukrowniach i rur w urządzeniach energetycznych.
Jedną z najbardziej pracochłonnych operacji po kampanii cukrowniczej jest czyszczenie wyparek. W każdej wyparce znajduje się ok. 4000 szt. rur o średnicy nominalnej 0 33 mm i długości 3,2 m. Rury są wewnątrz zarośnięte kamieniem wapiennym, który musi być dokładnie usunięty dla zapewnienia ich pełnej drożności i prawidłowej pracy wyparki.
W przypadku grubej warstwy kamienia i trudności włożenia do czyszczonej rury dyszy promieniowej 6-otworowej stosuje się dyszę z ostrzem 3-otworową, o dużym kącie nachylenia otworów, przez które wypływa woda. Ostre czoło dyszy umożliwia jej wejście w zarośniętą rurę, a skośnie 3 otwory zapewniają wstępne rozerwanie i usunięcie kamienia z rury. Jak wykazuje praktyka dla dokładnego wyczyszczenia rury konieczne jest powtórne jej czyszczenia dyszą promieniową 6-otworową lub dyszą obrotową. W przypadku rur o średnicy wewnętrznej, mniejszej od 30 mm zarośniętych kamieniem, należy stosować dyszę czołową 6-otworową lub dyszę obrotową.
W urządzeniach energetycznych niejednokrotnie znajdują się rury grzewcze zagięte. Czyszczenie takich rur jest możliwe dyszą wciągającą 6-otworową, która ma otwory wylotowe skierowane w kierunku odwrotnym do kierunku czyszczenia rury. Należy ją wtedy zamocować na lancy elastycznej (rys. 3). Wypływ wody przez otwory dyszy powoduje powstanie siły, która wciąga dyszę razem z lancą do czyszczonej rury. W ten sposób możliwe jest czyszczenie rur zagiętych łagodnymi łukami, których promień gięcia nie jest mniejszy od dopuszczalnego promienia gięcia lancy elastycznej wynoszącego R=150 mm.
Rysunek 7. Czyszczenie rury dn = 33 wyparnika zarośniętej kamieniem wapiennym.
Podsumowanie.
Urządzenie WUC-1 było poddane próbom eksploatacyjnym podczas kampanii remontowej w cukrowni Racibórz. Oczyszczono nim 7 wyparek o łącznej ilości ok. 28 tys. rur. Płaca urządzenia w całości została oceniona pozytywnie. Kolejne pozytywne doświadczenia z urządzeniem WUC-1 uzyskano przy czyszczeniu zbiorników w oczyszczalniach ścieków.
Roman Pawlik.
Artykuł został opublikowany w numerze 2 czasopisma „Pompy-Pompownie” w roku 2000.
Komentarz autora po 15 latach:
„Moim zdaniem artykuł nie stracił po 15 latach na aktualności a treści w nim zawarte są nadal aktualne. Urządzenie WUC-1 po odpowiedniej weryfikacji dokumentacji pod kątem dostosowania do aktualnych przepisów może być oferowane przez GPW S.A na rynku.”
