内浮顶储油罐机器人清洗工艺的设计

李海涛 赵宏霞

摘  要：在国家环保标准逐步细化完善的背景下，相关行业对油品蒸发损耗、大氣污染问题加强了重视，内浮顶储油罐在不同类型油库中得到了广泛的应用。本文以内浮顶储油罐机器人清洗工艺为研究要点，阐述了内浮顶储油罐机器人清洗工艺原理，探究了内浮顶储油罐机器人清洗工艺设计线路，并对内浮顶储油罐机器人清洗工艺设计方案进行了简单的分析。

关键词：内浮顶储油罐;机器人;清洗工艺

中图分类号：TE972;TP242      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）14-0142-03

Design of Robot Cleaning Technology for Internal Floating Roof Tank

LI Haitao，ZHAO Hongxia

（Shandong Huayu University of Technology，Dezhou  253034，China）

Abstract：Under the background of the gradual refinement and perfection of national environmental protection standards，the evaporation loss and air pollution of oil products have been paid more attention by relevant industries，and the inner floating roof tank has been widely used in different types of oil depots. In this paper，the robot cleaning technology of inner floating roof tank is taken as the main research point，the principle of robot cleaning technology of inner floating roof tank is expounded，and the design circuit of robot cleaning technology of inner floating roof tank is explored. The design scheme of robot cleaning technology for inner floating roof tank is analyzed simply.

Keywords：inner floating roof tank;robot;cleaning process

0  引  言

根据国家关于原油及成品油罐大修间隔期的相关规定，在原油及成品油检修、油品更换之前必须进行清洗作业，且大修间隔期应在五年至七年之间。而常规储油罐清洗检修周期为三年至五年，工作人员需要在清洗检修期间对沉积在储油罐内油泥进行清洗、回收，整体工作强度较大。内浮顶储油罐机器人清洗工艺是一种高效、环保的清洗工艺，其可以从根本上解决人工清洗周期长、难度大、危险性大等问题。因此，对储油罐机器人清洗工艺进行适当探究具有非常重要的意义。

1  内浮顶储油罐机器人清洗工艺概述

内浮顶储油罐机器人清洗工艺主要是在内浮顶储油罐内增设一铝质浮盘，并在浮盘下部装设有分布均匀的支柱、进出油管、扩散管等附件。在罐内油品释放完毕后，浮盘会下降促使浮盘下部支柱接触内浮顶储油罐底部，同时在内浮顶储油罐底部形成一个高度在六百五十毫米至九百毫米的作业空间。内浮顶储油罐机器人可经引导梯进入内浮顶储油罐作业空间内。利用180°水射流清洗模式，配合定点清洗方案，进行内浮顶储油罐底部、侧壁清洗作业。同时经污水回收装置，将清洗后废水传送至油品回收装置内。

2  内浮顶储油罐机器人清洗工艺设计线路

内浮顶储油罐机器人清洗工艺主要包括油品移送、油泥分析、设备安装、氮气置换、机器人进罐、清洗作业、污水回收、效果检查、机器人储罐及现场恢复几个模块，如图1所示。

其中在油品移送模块，相关工作人员需要将内浮顶储油罐内多余油品全部排尽，并将其排放至储存设施。而在油泥分析模块，技术人员需要利用红外热成像仪，对内浮顶储油罐内的油泥分布、厚度进行逐一检查;并依据内浮顶储油罐现场运行情况，制定合理的内浮顶储油罐清洗方案，确定内浮顶储油罐机器人的工作要点。

设备安装及氮气置换主要是依据内浮顶储油罐机器人清洗工艺运行原理，进行系统设备布置及安装;并启动装置内气体置换装置，向罐体内注入氮气，促使氧气体积分数维持在百分之八以下。

机器人进罐主要是在罐内监控装置开启并调试后，由专业人员遥控，通过安装在内浮顶储油罐壁入口的入孔引导梯，进入内浮顶储油罐内部;在内浮顶储油罐清洗机器人进入罐内后，可启动给水装置，依据所制定的清洗方案，由专业人员遥控，或者开展自动清洗作业。由于内浮顶储油罐内存在多个附件，机器人需要逐步调整工作点，进行多个角度清洗;同时启动污水回收装置，经抽污管，将内浮顶储油罐内清洗后的污水及时排除。

污水回收主要是在清洗作业结束时，继续操控污水回收装置，直至内浮顶储油罐内剩余污水完全回收;而回收后的污水则可转移至第三方油泥回收系统，进行后续处理。

效果检查主要是利用内浮顶储油罐清洗机器人携带的摄像照明设备，对内浮顶储油罐内清洗效果与清洗要求进行对比分析。

在确定内浮顶储油罐内清洗效果与清洗要求相符后，可控制机器人出罐，即利用入孔引导梯，控制内浮顶储油罐清洗机器人驶出储油罐，并关闭内浮顶储油罐内监控装置，同时拆除系统设备，促使内浮顶储油罐内部装置与清洗前一致。

3  内浮顶储油罐机器人清洗工艺的设计

3.1  内浮顶储油罐機器人清洗系统设计

内浮顶储油罐机器人清洗系统主包括入孔引导梯、卷放器、监控装置、污水回收装置、给水装置、气体置换装置、清洗机器人等几个模块。

入口引导梯是清洗机器人进出内浮顶储油罐的主要通道，主要位于内浮顶储油罐壁，为人造孔道。

卷放器可通过内浮顶储油罐控制系统，配合机器人前进、后退运动，进行收缆、放揽操作;同时利用多通道快速接头、转接装置，保证液压油、水、气管道与电缆、电气设备的有效连接。

监控装置主要负责对作业空间、清洗机器人状态实时监控，包括传感器、控制台、监视器、照明装置、全局摄像等几个模块。

污水回收装置主要包括污水回收罐、过滤器、真空泵几个模块。真空泵可以将内浮顶储油罐内多余污水、杂质抽出，通过过滤器，进入污水回收罐内。

给水装置与水管直接相连，可以向管内注入水分。

气体置换装置包括空气压缩机、氮气发生器两个模块，其可以向内浮顶储油罐内部注入纯净氮气，降低内浮顶储油罐内部氧气浓度。

清洗机器人主要采用液压驱动及遥控有线控制模式，其内部配置有自旋转形式喷头、摄像照明装置、传感器、抽污管。其控制需求较多，且结构复杂程度较高。在清洗机器人控制系统设置过程中，设计人员可参考国内外清洗机器人液压驱动系统的主要特点，利用液压系统设计的一般方法，综合考虑清洗机器人的主要运动参数，对清洗机器人样机的液压驱动系统进行详细设计，主要包括底盘驱动各运动部件等。

需要注意的是，在内浮顶储油罐机器人清洗系统设计时，应严格依据内浮顶储油罐内部爆炸性危险区域规定的防爆等级要求，选择不产生火花的有色金属。以保证内浮顶储油罐机器人清洗系统安全稳定运行。

3.2  内浮顶储油罐机器人清洗模式设计

内浮顶储油罐机器人清洗模式主要包括180°水射流清洗模式、定时清洗模式两个模块。

一方面，在180°水射流清洗模式运行过程中，相关技术人员可以以水射流为主要驱动力，在机器人最前端设置喷头真心轴。通过改变水射流压力，调节循环周期，即在内浮顶储油罐底部表面初步清洗的基础上，逐步加密循环水射流;并设定半球形有效清洗半径，保证油罐内油泥的有效剥离。

另一方面，在定点清理模式设计时，设计人员可设定内浮顶储油罐内若干位置为清洗机器人工作点。在180°清洗模式清洗完毕后，结合内浮顶储油罐规格，在清洗机器人工作点数量最少、内浮顶储油罐中心采取重复清洗、可完全覆盖待清洗区域的方针。以入孔正前方某一位置为清洗机器人工作起点，沿各路径直线，在避开浮盘支柱、内浮顶储油罐底部附件的前提下，将工作点逐一连接;随后清洗机器人可由近及远的运行至各个工作点，并将原路返回至路径起点，进行后续路径清洗。

3.3  内浮顶储油罐机器人清洗控制系统设计

考虑到清洗机器人工作空间具有一定的爆炸性风险，因此，在防爆型电气设备设置的基础上，技术人员可根据国内内浮顶储油罐结构。借鉴NESL远程遥控清洗小车及Landary遥控自动小车经验，在可燃气体传感器、氧气传感器、LED照明灯、CCD摄像头等装置设置的基础上，在内浮顶储油罐内增设全局摄像头。在手动操作模式下，操作人员可以在安全区域控制空间内，通过内浮顶储油罐机器人携带的CCD摄像头及全局摄像头，确定清洗区域。并监控清洗机机器人行进状态、内浮顶储油罐内油气及氧气浓度，保证作业安全性。同时设计人员可在内浮顶储油罐机器人清洗系统内增设通讯传感单元、供电单元，将内浮顶储油罐机器人清洗系统行进期间检测到的各种信息反馈给远程控制单元，以实现内浮顶储油罐机器人清洗系统全方位移动控制目标。

3.4  内浮顶储油罐机器人清洗系统仿真应用

内浮顶储油罐机器人清洗系统是一项全新的用于内浮顶储油罐清洗的技术，该技术主要以水作为工作介质，通过给水装置、卷放器形成水射流束，以实现对内浮顶储油罐内部及底部的清洗作业。在内浮顶储油罐机器人清洗系统设计完毕后，为保证内浮顶储油罐机器人清洗系统的运行效果，相关技术人员可以对采用AMESim软件，以清洗机器人底盘驱动仿真模型构建的方式，对内浮顶储油罐机器人清洗系统进行仿真控制。并将内浮顶储油罐机器人清洗系统仿真结果与设计计算数据进行对比分析，以验证该内浮顶储油罐机器人清洗系统运动的准确性。同时为进一步验证内浮顶储油罐机器人清洗系统运行效果，设计人员可向ADAMS软件内导入优化设计后的内浮顶储油罐机器人清洗系统，对实际清洗过程进行模拟分析。即在虚拟样机内添加工作载荷，利用一定的驱动函数，驱动清洗机器人对实际清洗过程进行模拟。最终判定内浮顶储油罐清洗情况与机器人运动参数、实际计算结果的差异。在这个基础上，相关设计人员可充分利用AMESim软件在液压控制系统的分析优势，结合前期计算结果设置对应的输入输出参数，构建内浮顶储油罐机器人清洗联合仿真平台，在内浮顶储油罐机器人清洗联合仿真平台上进行清洗工作的仿真;并分别分析不同软件环境中清洗机器人动作参数的输出结果的一致性，保证最终内浮顶储油罐机器人清洗联合仿真平台分析结果的正确性、可靠性。

如图2所示，可得出在内浮顶储油罐机器人清洗系统运行时，不会与内浮顶储油罐侧壁其他附件产生机械接触，机械磨损风险较低，机械装置更换频率也较低。同时内浮顶储油罐机器人清洗系统运行效率较高，维修成本低，可有效降低内浮顶储油罐清洗人员工作压力。

4  结  论

综上所述，清洗机器人作为一个重要的工作平台，是未来储油行业的一个重要发展方向，但我国现阶段在清洗机器人智能控制方面的系统研究较薄弱。因此，在后续研究过程中，相关技术人员可从清洗机器人工作原理出发，从180°水射流清洗模式、定点清洗模式两个方面，对内浮顶储油罐机器人清洗系统进行逐步优化完善，为内浮顶储油罐机器人清洗系统的有效应用提供依据。

参考文献：

[1] 代峰燕，高庆珊，赵峻瑶，等.内浮顶储油罐机器人清洗工艺的设计 [J].北京石油化工学院学报，2017，25（3）：15-19.

[2] 代峰燕，李冬冬，郑霄峰，等.内浮顶罐清洗机器人的尺寸优化 [J].油气储运，2017，36（11）：1290-1296.

[3] 倪伟，吴英涛，赵晓贺.玻璃幕墙清洗机器人清洗系统的设计 [J].南方农机，2017，48（16）：40.

[4] 郭瑞军，李璐晨，关萌.关于清洁型机器人设计原理与方法设计研究 [J].山东工业技术，2017（3）：248.

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作者简介：李海涛（1979.12-），男，汉族，山东德州人，本科，工程师，研究方向：机械电气。