双向自适应式清管机器人在长距离管线硬垢清理中的实际工程应用
摘要：双向自适应式清管机器人能够适应各种长距离、复杂管线硬垢的机械清理，双向进出防止卡堵，自适应伸缩紧贴管壁，清洗过程方便快捷对管线无损伤。
关键词：长距离管线，硬垢，清管机器人，气穴，空穴，双向，自适应
我国幅员辽阔工矿企业众多，其中拥有长距离输送管线的化工企业也不在少数。部分企业长距离输送管线由于使用年限、工艺变动、或其它原因造成了管线结垢严重。影响了企业的正常生产运行，必须进行清洗除垢。在行成的各种垢层中油垢、泥垢、硬质可溶性垢可以通过冲洗置换、PIG或类似清管器清除，也可以通过化学清洗方法除去。而对于管线中沉积的致密、硬质、化学试剂无法溶解的无机盐垢就必须采用特殊的方法和设备进行清洗。
本文结合在湖北盐矿管线清洗案例论述双向自适应气穴清管机器人在长距离管线硬垢清理中的实际应用。
双向自适应气穴清管机器人
基本原理及结构
长距离硬垢管线的清洗难度主要来自于管线铺设长、有变径（管道安装或垢厚薄不均）、支管多、结垢硬度高、垢层厚、表面粗糙凹凸不平、通径截面不规则等等。在清洗过程中会发生清管器卡堵、停滞、丢失等意外情况。原有的清洗技术可采用气穴机器人进行清洗。
普通气穴机器人由前后两个圆盘及中间连接轴构成，每个圆盘向外后侧发散性安装高强度弹簧片，整体形状犹如两个相连的圆锥形。需要清洗管线内结垢时，将气穴机器人放入管内，一定压力和流量的水从后端注入推动机器人前进，由于气穴机器人的特殊结构水流只能从四周簧片的狭缝中通过并由此而形成高速射流，根据流体特性高速射流产生负压形成气穴效应将管壁上的硬垢击碎而随之脱落。
此种机器人的缺点在于：
第一， 只能单向运动，由于弹簧片安装角度的缘故，反向运动时弹簧片就形成倒刺造成机器人无法移动。
第二， 回弹效果差，弹簧片经长距离等径压缩运行后，一旦遇到扩径则无法回弹至合适角度，弹簧片不能贴紧管壁，透水量增大气穴现象消失，机器人失去动力停滞不前。
双向自适应气穴机器人在原有气穴机器人的基础上加以改进，高强度弹簧片贯穿前后安装在圆盘上，圆盘以中轴连接，中轴内设自适应反馈弹簧自动调节盘间距。安静无载荷状态下基本成圆形，放入管内后簧片被往内压伸展，中轴伸长内部弹簧压缩，压缩弹簧和弹簧片的回弹力使外侧弹簧片能紧密贴合管壁，此时机器人状态为纺锤形。为防止机器人在运行时翻倒，在弹簧片中部设有足够长的直边高度，能保持中轴与管线走向一致。当机器人运行到垢层较薄位置或扩径时，弹簧片回弹力已不足以紧贴管壁，此时中轴弹簧压缩回弹辅助弹簧片紧贴管壁，起到辅助机器人自由伸缩适应各种管径的作用。根据管线尺寸设计的中轴长度合理，标准90o弯头也可轻松通过。
由于双向自适应气穴机器人采用的是纺锤形结构设计，可以双向运行。当正常运行一段后，如果发现水流量明显减小，有可能发生垢渣堵塞现象，可以反向注水松动垢渣或直接将机器人和垢渣反向打出。无需开管清垢取出机器人。提高了清洗质量和工作效率。
实际应用案例
以湖北某盐矿清洗数据为例，管线为盐矿回卤管，管壁结垢为硫酸钙结晶，坚硬且致密，垢厚50~60毫米。管内参数如下表：
管长2000米，DN250盐矿回卤管内压力、流速比较
正常在用管线 1mpa 1.1m/s 200m3/h
机器人位置 1mpa 10m/s （后段1m/s） 60m3/h
双向自适应气穴机器人也是利用气穴效应可以有效的清理管线结垢，平均除垢厚度可达单面50~60毫米。
在实际清洗过程中需要控制机器人的前进速度，可以通过注水压力来调节，一般控制在1~2米/分钟（实际数值要根据垢的厚度不同进行调整），机器人的前进速度与注水压力、垢层脱落速度成正比。而垢层的脱落速度又与垢的结晶状态有关，如下表：
管长2000米，DN250盐矿回卤管内盐垢结晶比较
管壁盐垢结晶状态 脱落后状态 沉积速度 沉积状态
针状坚硬结晶 块状 迅速 架桥
多面体大颗粒结晶 大颗粒 快 疏松
细颗粒致密结晶 细粉末 慢 紧密
当机器人前进速度过快时，会导致大块的垢渣掉落产生卡堵。行进速度过慢时，会造成颗粒与粉末沉降板结，也会在下游堵塞管道。
由于很难精确控制机器人的前进速度，对于长距离、管内水流速也较慢，尤其是结垢厚出渣量大的管线有可能会造成管线堵塞。一旦管线堵塞，流过机器人的水流量减小甚至为零，那么气穴效应随之消失也就失去了清管能力。发现流量减小甚至完全堵塞时，需要反向注水将细小颗粒冲洗出来或完全将双向自适应气穴机器人打出，冲洗管路后再次投放机器人进行清洗。由于垢层太厚两公里管线需反复投放约6次才能将垢层清洗干净，每次取出都要检查机器人状态，及时更换损坏的部件。
设备的跟踪定位
在清管机器人内部装有低频信号发射器，可以与手持定位接收机、通过指示仪配合使用确定机器人所在位置。确定大致位置后再利用管线监听设备确定机器人的精确位置，便于在极端情况下取出机器人。
总结
双向自适应式清管机器人能够适应各种长距离、复杂管线硬垢的机械清理，双向进出防止卡堵，自适应伸缩紧贴管壁，清洗过程方便快捷对管线无损伤。
交流探讨13951284474 晏锋
yfeng930@163.com
泰兴中洁洗化
摘要：双向自适应式清管机器人能够适应各种长距离、复杂管线硬垢的机械清理，双向进出防止卡堵，自适应伸缩紧贴管壁，清洗过程方便快捷对管线无损伤。
关键词：长距离管线，硬垢，清管机器人，气穴，空穴，双向，自适应
我国幅员辽阔工矿企业众多，其中拥有长距离输送管线的化工企业也不在少数。部分企业长距离输送管线由于使用年限、工艺变动、或其它原因造成了管线结垢严重。影响了企业的正常生产运行，必须进行清洗除垢。在行成的各种垢层中油垢、泥垢、硬质可溶性垢可以通过冲洗置换、PIG或类似清管器清除，也可以通过化学清洗方法除去。而对于管线中沉积的致密、硬质、化学试剂无法溶解的无机盐垢就必须采用特殊的方法和设备进行清洗。
本文结合在湖北盐矿管线清洗案例论述双向自适应气穴清管机器人在长距离管线硬垢清理中的实际应用。
双向自适应气穴清管机器人
基本原理及结构
长距离硬垢管线的清洗难度主要来自于管线铺设长、有变径（管道安装或垢厚薄不均）、支管多、结垢硬度高、垢层厚、表面粗糙凹凸不平、通径截面不规则等等。在清洗过程中会发生清管器卡堵、停滞、丢失等意外情况。原有的清洗技术可采用气穴机器人进行清洗。
普通气穴机器人由前后两个圆盘及中间连接轴构成，每个圆盘向外后侧发散性安装高强度弹簧片，整体形状犹如两个相连的圆锥形。需要清洗管线内结垢时，将气穴机器人放入管内，一定压力和流量的水从后端注入推动机器人前进，由于气穴机器人的特殊结构水流只能从四周簧片的狭缝中通过并由此而形成高速射流，根据流体特性高速射流产生负压形成气穴效应将管壁上的硬垢击碎而随之脱落。
此种机器人的缺点在于：
第一， 只能单向运动，由于弹簧片安装角度的缘故，反向运动时弹簧片就形成倒刺造成机器人无法移动。
第二， 回弹效果差，弹簧片经长距离等径压缩运行后，一旦遇到扩径则无法回弹至合适角度，弹簧片不能贴紧管壁，透水量增大气穴现象消失，机器人失去动力停滞不前。
双向自适应气穴机器人在原有气穴机器人的基础上加以改进，高强度弹簧片贯穿前后安装在圆盘上，圆盘以中轴连接，中轴内设自适应反馈弹簧自动调节盘间距。安静无载荷状态下基本成圆形，放入管内后簧片被往内压伸展，中轴伸长内部弹簧压缩，压缩弹簧和弹簧片的回弹力使外侧弹簧片能紧密贴合管壁，此时机器人状态为纺锤形。为防止机器人在运行时翻倒，在弹簧片中部设有足够长的直边高度，能保持中轴与管线走向一致。当机器人运行到垢层较薄位置或扩径时，弹簧片回弹力已不足以紧贴管壁，此时中轴弹簧压缩回弹辅助弹簧片紧贴管壁，起到辅助机器人自由伸缩适应各种管径的作用。根据管线尺寸设计的中轴长度合理，标准90o弯头也可轻松通过。
由于双向自适应气穴机器人采用的是纺锤形结构设计，可以双向运行。当正常运行一段后，如果发现水流量明显减小，有可能发生垢渣堵塞现象，可以反向注水松动垢渣或直接将机器人和垢渣反向打出。无需开管清垢取出机器人。提高了清洗质量和工作效率。
实际应用案例
以湖北某盐矿清洗数据为例，管线为盐矿回卤管，管壁结垢为硫酸钙结晶，坚硬且致密，垢厚50~60毫米。管内参数如下表：
管长2000米，DN250盐矿回卤管内压力、流速比较
正常在用管线 1mpa 1.1m/s 200m3/h
机器人位置 1mpa 10m/s （后段1m/s） 60m3/h
双向自适应气穴机器人也是利用气穴效应可以有效的清理管线结垢，平均除垢厚度可达单面50~60毫米。
在实际清洗过程中需要控制机器人的前进速度，可以通过注水压力来调节，一般控制在1~2米/分钟（实际数值要根据垢的厚度不同进行调整），机器人的前进速度与注水压力、垢层脱落速度成正比。而垢层的脱落速度又与垢的结晶状态有关，如下表：
管长2000米，DN250盐矿回卤管内盐垢结晶比较
管壁盐垢结晶状态 脱落后状态 沉积速度 沉积状态
针状坚硬结晶 块状 迅速 架桥
多面体大颗粒结晶 大颗粒 快 疏松
细颗粒致密结晶 细粉末 慢 紧密
当机器人前进速度过快时，会导致大块的垢渣掉落产生卡堵。行进速度过慢时，会造成颗粒与粉末沉降板结，也会在下游堵塞管道。
由于很难精确控制机器人的前进速度，对于长距离、管内水流速也较慢，尤其是结垢厚出渣量大的管线有可能会造成管线堵塞。一旦管线堵塞，流过机器人的水流量减小甚至为零，那么气穴效应随之消失也就失去了清管能力。发现流量减小甚至完全堵塞时，需要反向注水将细小颗粒冲洗出来或完全将双向自适应气穴机器人打出，冲洗管路后再次投放机器人进行清洗。由于垢层太厚两公里管线需反复投放约6次才能将垢层清洗干净，每次取出都要检查机器人状态，及时更换损坏的部件。
设备的跟踪定位
在清管机器人内部装有低频信号发射器，可以与手持定位接收机、通过指示仪配合使用确定机器人所在位置。确定大致位置后再利用管线监听设备确定机器人的精确位置，便于在极端情况下取出机器人。
总结
双向自适应式清管机器人能够适应各种长距离、复杂管线硬垢的机械清理，双向进出防止卡堵，自适应伸缩紧贴管壁，清洗过程方便快捷对管线无损伤。
交流探讨13951284474 晏锋
yfeng930@163.com
泰兴中洁洗化
