管路闭式循环除锈冲洗集成系统设计

周红军

(湖北力帝机床股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

0 引言

除锈和冲洗是保证液压管路清洁度最主要的手段。笔者所在的企业管路按通径可分为2大类13种规格：小通径DN15-50，采用SAE法兰；大通径DN55-140，采用圆法兰。当前环保政策日益趋严，常规槽式酸洗的方式已经逐步变得困难，经过试验论证，笔者设计了一套闭式循环除锈冲洗系统，将待清洁的管路按通径分类进行串联或并联，首尾端分别与集成阀组连接；控制酸泵将除锈剂注入管路内进行循环流动除锈；除锈后用热风烘干；最后采用冲洗泵站对管路进行循环冲洗。通过各功能系统集成，实现一次配管完成酸洗、烘干和冲洗等连续作业，满足液压管路对清洁度的要求。

1 系统原理和功能

闭式循环除锈冲洗集成系统主要由水循环系统、酸洗泵站、热风循环系统、冲洗泵站、残液回收系统、集成阀路、电控系统等功能子系统组成，通过阀和管道实现系统集成，其基本原理见图1。

①-⑧ 主阀；⑨ 三通球阀；⑩-：放液阀；- 排液阀；- 气阀。M1-M6 油泵组；M7 酸泵；M8 热风机组；M9 离心水泵;M10 试压泵；M11 自吸酸泵；M12 自吸水泵；M13 自吸油泵

(1)水循环系统。主要由储水箱、离心泵、试压泵、污水处理系统、阀和管路等组成；通过离心泵将清水注入管路系统，试压泵加压至4MPa，检验管路各接头部位耐压密封性能。

(2)酸洗泵站。主要由酸液槽、不锈钢化工离心泵、阀和管路等组成；通过酸泵将除锈剂注入管路系统内进行除锈作业。酸液槽内设置S形流道，并在底部设置一定高度挡板，使除锈剂中的颗粒物在回流过程中逐步通过重力沉降下来。

(3)热风循环系统。主要由压缩空气、储气罐、工业热风机、阀和管路等组成；通过压缩空气对管路内的液体介质进行吹扫置换，使其排出；热风机产生热风对管路内壁进行烘干，残余热风通过矽胶耐热风管排出至室外。

(4)冲洗泵站。主要由6套柱塞泵组、单向阀、溢流阀、油温加热器、回油过滤器、颗粒度计、油箱等组成；根据冲洗管路的通径和数量，确定所需冲洗流量，选择开启的泵站数量；设置了10 μm、20 μm两级回油过滤，还设有颗粒度计辅助检测油液清洁度。设置多个泵组的目的是为了适应不同通径的管路或者长度对冲洗流量的不同需求。

(5)残液回收系统。主要包括残液箱、回收泵组、浮球液位控制器、排液系统等。残液箱为三腔结构，分别用于暂存酸、水、油；液位控制器自动控制对应的回收泵组将残液抽取输送至粗过滤器，最终返回至对应储箱内进行循环使用。此外，在各腔体盖板上还设置有出风口，通过耐热风管将管路内的空气排放到室外。

(6)集成阀组。分为入口阀组和出口阀组，采用8件法兰球阀(图1中 ①-⑧)作为主阀，实现对水循环系统、酸洗泵站、热风循环系统、冲洗泵站、冲洗管路等子系统的连接和功能切换，在集成阀组最低点设置放液阀(图1中⑩、)用于排放残液；使用时通过人工或电动开闭对应阀门，实现各种功能系统的切换，完成相应工序作业；见图2 集成阀组实景图。

图2 集成阀组

(7)电控系统。采用PLC控制，人机交互操作界面，可根据需要设定各工序作业时间。各阀都设有信号传感器，用于反馈该阀的开闭状态，防止误操作引起介质混合，造成变质浪费。

2 系统设计要点

2.1 除锈介质的选择[1]

除锈介质应具有良好除锈效果，还必须能够重复使用。经过市场调研和试验，最终选择了广东某企业的四合一磷化剂，该产品为常温型快速多功能金属磷化剂，集除油、除锈、表调、磷化等功能于一体，试验证明除锈后内壁光亮，能达到Sa2.5级的除锈等级要求。

许多企业将生产用的厂房布置于农村地区，这些厂房的所排放的二氧化硫、二氧化碳、烟尘、粉尘往往超出国家标准许多。而在农村常见的秸秆燃烧也会产生大量烟尘以及污染气体，且此类空气污染往往具有季节性的特征。综合上述两点来看，是目前农村大气污染的主要因素。

2.2 冲洗流量的选择[2，3]

冲洗介质选用L-HM46号液压油。参考GB/T 25133-2010《液压系统总成 管路冲洗方法》[4]，为保证冲洗效果要求液压油处于紊流的流动状态，即雷诺数(Re)应大于4000，则理论最小冲洗流量(qv)：

(1)

从式(1)可知，在管路内径d不变的前提下，降低冲洗介质的运动粘度v是获得紊流的首选方法，因此管路冲洗时应当将L-HM46液压油加热至60 ℃左右，以确保具有良好的冲洗效果。不同通径所需的理论冲洗流量成正比关系，通过计算可知在满足Re=4000时，ν=46 mm2/s (L-HM46运动粘度按40 ℃)，最大通径DN140的理论最小冲洗流量不应低于1200 L/min，因此实际冲洗流量应选择在1500 L/min以上；而最小通径DN15的理论最小冲洗流量不应低于140 L/min。

此外，冲洗时也应关注不能将冲洗流量选择过大，否则会因液压油流速过大造成沿程压力损失猛增，带来油温剧升、密封失效等意外状况。

沿程压力损失△P=ρ·λ·V2/(2D)

(2)

式中ρ为流体密度，λ为沿程阻力系数，L为管路长度，V为流速，D为管路内径。实践表明，实际冲洗流量应控制在理论最小流量的1.5倍左右，作业时可根据所需的流量选择开启泵组数量，在满足冲洗要求的前提下实现节能降耗。

2.3 系统环保性能

本系统使用了自来水、除锈剂、液压油等3种介质；水循环系统设置污水处理系统，回流水经过处理后进行重复利用，有效避免了污水排放；除锈剂可循环使用，作业过程中不会产生挥发性气体，对自然环境亦无废气或废液排放。针对这3种介质分别设置多级过滤方式，其中粗过滤装置共设置3套，分别串联在酸、水、油回流管路上，内置提篮式过滤网用于收集管路内粒径大于100 μm的铁屑、焊渣、毛刺、砂砾等固体颗粒物，收集后取出，交由具有固废处理资质的专业环保企业进行集中处理。本系统符合相关环保政策要求。

3 工艺流程及控制原理

基本控制原理如下：

(1)试压 打开球阀④、⑤，其余关闭，启动离心泵M9使清水充满管路，关闭所有阀，启动试压泵M10加压至4 MPa，检查所有管路接头是否存在泄露。试压结束后，打开球阀⑤、③，开启电磁阀16用压缩空气对管路内的水液进行吹扫使其排出，经过粗过滤器回到水箱，然后关闭球阀⑤，打开阀10、11、13，再次开启压缩空气，将管路内残余的水液排放至残液水箱内，关闭所有阀完成试压工序。

(2)除锈 打开球阀②、⑥，其余关闭，启动酸泵M7使除锈剂充满管路。酸洗结束后，打开球阀⑥、③，开启电磁阀16用压缩空气对管路内的除锈剂进行吹扫使其排出，经过粗过滤器回到酸液槽，然后关闭球阀⑥，打开阀10、11、12，再次开启压缩空气，将管路内残余的除锈剂排放至残液酸箱内，关闭所有阀完成除锈工序。

除锈剂在管路内采用循环流动和浸泡两种方式相结合，可根据锈蚀程度分别设定循环时间和浸泡时间，除锈效果大大优于槽式酸洗。

(3)烘干 打开阀③、⑧和15，并将三通阀⑨切换至酸箱位置，其余阀关闭，启动热风机M8产生热风对管路内壁进行烘干，热风及残余除锈剂排入残液箱内，尾风通过耐热风管排出室外；烘干时间可以根据管路通径、长度等进行设定。

(4)冲洗 打开球阀①、⑦，其余关闭，根据推荐流量选择启动油泵组数量，管路冲洗时间根据清洁度指标要求进行设定。冲洗结束后，打开球阀⑦、③，开启电磁阀16，用压缩空气对管路内的液压油进行吹扫使其排出，经过多级过滤回到油箱，然后关闭球阀⑦，打开阀10、11、14，再次开启压缩空气，将管路内残余的液压油排放至残液油箱内，关闭所有阀完成冲洗工序。

4 小结

管路闭式循环除锈冲洗集成系统经过近一年的研制，于2021年初投入试运行。实践证明该系统能够满足液压系统对清洁度NAS6-10级的要求，具有环保安全、高效节能的特点，清洁度质量稳定可靠。防止介质混合是系统稳定运行的重点，需要操作者严格按照设定的程序作业，避免不必要的损失；同时还需要进一步探索不同通径、不同管路长度、不同锈蚀程度等条件下，提高除锈效率和冲洗质量的途径，充分发挥系统的潜能，进一步提高工效、降低成本。此外，产品液压管路形状各异，通径规格多，长短不一，也给管路配管连接带来困难，无法高效快捷地连接成回路，需要进一步在液压管路外形结构标准化上加强研究，为提高管路制造和清洁作业效率打下基础。