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高壓/超高壓水噴射工藝講解

瀏覽次數(shù)：183 次 更新時(shí)間：2020-06-11

上千年來世界各地的人們都將水用于清潔，但將水作為媒介廣泛用于基材表面的高壓清潔，只有不過四十余年的時(shí)間。

在探討用水進(jìn)行表面清潔時(shí)，必須牢記下列定義：

水清洗，不同于水噴射，是在很低的壓力下進(jìn)行的，而我們將水清洗分為兩級(jí)（根據(jù)SSPC-VIS 4(I) / NACE7 標(biāo)準(zhǔn)）：

?低壓水清洗是在低于34 MPa（5000psi）的壓力下進(jìn)行的清洗。

?高壓水清洗是在34到70MPa（5000到10000psi）的壓力下進(jìn)行的清洗。

水噴射（根據(jù)SSPC-VIS 4(I) / NACE7 標(biāo)準(zhǔn)）包括兩級(jí)：

?高壓水噴射是在70到170MPa（10000到25000psi）的壓力下進(jìn)行的水噴射。

?超高壓水噴射是在170MPa（25000psi）以上的壓力下進(jìn)行的水噴射。

以上定義（可能）將在即將推出的標(biāo)準(zhǔn)中用到：

ISO 8501-4 用高壓水噴射法完全去除已涂裝及未經(jīng)涂裝的鋼質(zhì)基材表面的鐵銹           和原涂層的處理等級(jí)

高壓水噴射是一種用高速水流沖刷所要清潔的基材表面的清潔技術(shù)。而這種高速是將水流通過一個(gè)專門設(shè)計(jì)，孔徑很小的噴嘴而產(chǎn)生的。

在作者完成本文時(shí)，市場上出現(xiàn)了一種能夠產(chǎn)生高達(dá)345MPa（50000psi）的水壓的設(shè)備。

注：1 MPa = 10巴= 14.5 psi。

自1934年以來，壓力高達(dá)5.5 MPa（800psi）的水清洗方法在美國的造紙紙漿業(yè)投入了使用，而在歐洲其應(yīng)用始于1938年（相同的用途）。在20世紀(jì)50年代末和六十年代初，人們開發(fā)出了能夠產(chǎn)生40-70MPa（6-10000psi）水壓的設(shè)備（主要在美國），但這種早期設(shè)備難以操作，操作人員一次只能維持5-10分鐘的靜態(tài)肌肉張力。

此類靜態(tài)張力問題目前在一定程度上已經(jīng)得到了解決（或者已經(jīng)達(dá)到了可以接受的水平），而且人們?cè)O(shè)計(jì)出了相當(dāng)多的設(shè)備用于大面積的平坦區(qū)域（有水平的，也有垂直的），它們或是采用遙控，或是只需要操作人員消耗很少的肌肉能量。

高壓水噴射的使用場所——優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

上述的高壓水噴射方法將迅速去除各種基材表面，如鋼材和其他金屬、混凝土、木材和塑料表面上的沉積物。這些沉積物可能包括灰塵、油脂、銹垢、粉筆或者涂料。

此外，一些不可見的水溶性化學(xué)物質(zhì)或者鹽污染物也會(huì)出現(xiàn)在表面上，不論是否生銹和出現(xiàn)凹痕，這些污染物也將通過高壓水噴射得到清除。這可能是這種清潔方法最重要的一個(gè)方面，因?yàn)樵谕苛鲜┕ぶ埃砻嫔纤苄晕镔|(zhì)的存在必將通過滲透性起泡，導(dǎo)致一定程度上涂裝的失敗，多年來的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn)。高壓水噴射（采用無污染性的水）將有效去除待涂裝表面上的此類有害物質(zhì)。

高壓水噴射可能是在不破壞下層涂料的完整性的同時(shí)，能去除油漆（環(huán)氧）表面粉筆記號(hào)的最有效方法。

對(duì)于較重而且緊實(shí)的銹垢以及較重而且附著力良好的涂層來說，高壓水噴射的去除速度可能要比噴砂法略慢一些。但考慮到整個(gè)工藝，也就是新砂和廢砂的運(yùn)輸、除塵、噴砂前可能要進(jìn)行的水清洗，在處理相同面積的待涂裝區(qū)域所需的總生產(chǎn)時(shí)間方面，這兩種方法有一定的可比性。

如果在水流中加入少量的磨料（加壓水噴砂），或者將水壓提高到210MPa（30000psi）以上，那么就能加快水噴射過程。如果使用旋轉(zhuǎn)噴嘴的話，也能提高生產(chǎn)效率（通常用于較大的區(qū)域）。

即使采用超高水壓，水噴射也不能去除緊緊附著的氧化皮，或者形成某種表面結(jié)構(gòu)（粗糙度輪廓+特征密度）。如果要去除氧化皮或者構(gòu)造某種表面結(jié)構(gòu)，就要在水流中加入磨料。

因此，我們可以看出高壓水噴射最適合于二級(jí)表面處理，也就是（主要）用于進(jìn)行維護(hù)，因?yàn)橥ㄟ^前面的表面處理方法已經(jīng)形成了表面構(gòu)造，或者是處理已經(jīng)施工了一層預(yù)制底漆（車間底漆）的表面。

因?yàn)楦邏核畤娚洳煌趪娚盎騽?dòng)力工具清理方法，不會(huì)產(chǎn)生火花，完全不存在爆炸危險(xiǎn)，因此可以用于處理裝載汽油和其他具有強(qiáng)揮發(fā)性和高度爆炸危險(xiǎn)物質(zhì)的艙室。

高壓水噴射不會(huì)產(chǎn)生灰塵，而灰塵如果被附近的人員吸入或者沉積在鄰近區(qū)域和物體上，可能存在有毒有害的空氣污染。

如果不向水流中添加磨料，那么高壓水噴射就將大幅度減少必須從現(xiàn)場去除的殘?jiān)鼣?shù)量。用過的水可以收集起來，經(jīng)過機(jī)械和化學(xué)凈化后，排入污水系統(tǒng)。水清理后的殘留固體必須以安全的方式清除，并作為化學(xué)廢物進(jìn)行處理。不過，高壓水射工藝所產(chǎn)生的固體數(shù)量，與噴砂所產(chǎn)生的殘?jiān)鼣?shù)量相比，（幾乎）是可以忽略不計(jì)的。

高壓水噴射系統(tǒng)的組成

水噴射設(shè)備的中心是高壓泵，（一般）為活塞型。該水泵能將水壓提高到要求的水平。在一些系統(tǒng)中，在進(jìn)入高壓泵之前，水一般都會(huì)在提升泵中進(jìn)行預(yù)加壓。

加壓水通過分流器和軟管進(jìn)入噴嘴。驅(qū)動(dòng)水泵的動(dòng)力源是一臺(tái)具備足夠功率，用于維持要求壓力的發(fā)動(dòng)機(jī)——電動(dòng)或柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。

水泵以及系統(tǒng)的管線和配件的設(shè)計(jì)必須能處理和容納很高的液壓。突發(fā)速率水平應(yīng)至少是系統(tǒng)工作壓力的2.5-3倍，以提供安全系數(shù)。系統(tǒng)的所有元件都應(yīng)該互相兼容，并經(jīng)過單獨(dú)檢測和整體檢測。

高壓水噴射槍中噴嘴的孔口（或者多重孔口）很小，可以產(chǎn)生必需的水流速度、流量、壓力、形態(tài)和分布。針對(duì)高生產(chǎn)量或者高負(fù)荷的工作，一般采用旋轉(zhuǎn)噴嘴。像管道內(nèi)部清潔這樣的專門清潔工作可以采用特殊的噴嘴。

高壓水噴射設(shè)備的用水量一般在5到175升/分鐘，它取決于噴嘴的孔口大小和壓力。一般來說，壓力較低的設(shè)備的每分鐘用水量要大于高壓或者超高壓設(shè)備。

噴槍的旁通閥系統(tǒng)可以幫助操作人員啟動(dòng)或者關(guān)閉通過噴嘴的水射流。一般來說，這種旁路都是一個(gè)傾倒系統(tǒng)，由操作人員用噴槍上的一個(gè)手持彈簧式閥門開關(guān)來進(jìn)行控制的。操作人員必須用力關(guān)閉旁通閥，從而強(qiáng)迫水流通過噴嘴。當(dāng)操作人員釋放壓力時(shí)，旁通閥會(huì)重新打開，整個(gè)系統(tǒng)通過水泵產(chǎn)生的分流實(shí)現(xiàn)降壓，水流從旁路出口流出。出于安全的原因，大多數(shù)國家都通過法律強(qiáng)制使用這樣的旁路系統(tǒng)。

操作與安全

在高壓水噴射設(shè)備的操作過程中，必須遵守良好的基本慣例。在為系統(tǒng)加壓之前，操作人員必須握住噴嘴或者噴槍，將其對(duì)準(zhǔn)工作區(qū)域或者工作對(duì)象。壓力應(yīng)逐步增大，這樣操作人員才能感受并逐步調(diào)節(jié)其后座力，直至達(dá)到所要求的工作壓力為止。后座力不應(yīng)超過操作人員體重的三分之一。在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，如出現(xiàn)軟管漏水等，應(yīng)立即為系統(tǒng)減壓，而且在損壞修復(fù)之前不得再次加壓。

用水噴射設(shè)備清理表面的技術(shù)有點(diǎn)類似于噴砂技術(shù)，但高壓水噴射的噴嘴離表面要近得多（約為1-5cm）。這是因?yàn)楫?dāng)水噴出軟管和噴嘴時(shí)，其液壓將迅速降低。

高壓水噴射槍的操作人員只要通過改變噴嘴與表面之間的距離，就能對(duì)清潔程度進(jìn)行調(diào)節(jié)。舉例來說，一名經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員可以使涂層系統(tǒng)（在一定程度上）實(shí)現(xiàn)逐層脫落。用高壓水噴射槍進(jìn)行的毛邊處理可以產(chǎn)生極好的效果，工作區(qū)域的邊緣周圍不會(huì)發(fā)生噴砂常見的邊緣卷曲現(xiàn)象。

噴嘴與表面成85 - 90o 時(shí)能夠最有效地去除銹的氧化皮或脆弱的舊漆。不過當(dāng)角度（約）為45 - 60o 時(shí)，將有效去除較厚而且附著力較強(qiáng)的涂層。其中后者不適合使用旋轉(zhuǎn)噴嘴，因?yàn)樾D(zhuǎn)噴嘴與基材表面應(yīng)當(dāng)始終保持85 - 90o角。

必須牢記的是雖然高壓水噴射能夠產(chǎn)生金屬清潔度等同于Sa 3水平（ISO8501-1）的表面，但它無法在金屬基材表面上形成表面構(gòu)造。盡管如此，它可以用于清潔和恢復(fù)已有的表面構(gòu)造，而且由于水分子較小，因此這種清潔可以直接深入現(xiàn)有表面構(gòu)造中最微細(xì)的小孔。因此，當(dāng)這種設(shè)備用于二級(jí)表面處理時(shí)，如去除現(xiàn)有的涂層系統(tǒng)，及對(duì)在鋼廠或車間噴涂了預(yù)制底漆的表面進(jìn)行清潔等，高壓水噴射的卓越性能可達(dá)到最佳狀態(tài)。

用高壓水噴射清理鋼材時(shí)，只要表面潮濕，基材表面的金屬清潔度就將保持不變。當(dāng)表面干燥后，腐蝕就會(huì)（根據(jù)情況迅速）重新形成，也就是我們常說的閃銹（或飛銹）。如果使用防銹劑的話，就能避免（在一段時(shí)間內(nèi)）這種閃銹的形成。常用的防銹劑是基于[正]磷酸或者某種胺的。此類防銹劑都是特殊的化學(xué)產(chǎn)品，我們可以在表面干燥前，以霧狀形式將其噴涂在經(jīng)過清潔的表面上，也可以將其加入加壓水中，以防止鋼制基材表面發(fā)生閃銹。有些規(guī)規(guī)格書可能要求使用特定的抑制劑，或者某種特定的商業(yè)產(chǎn)品。在任何情況下，咨詢涂料生產(chǎn)商，確認(rèn)準(zhǔn)備使用的抑制劑與將在清潔表面上使用的涂料是否相容，都是非常重要的。采用正確的抑制劑比例是關(guān)鍵所在。抑制劑過少就無法控制閃銹，而抑制劑過多則會(huì)引起涂料起泡或者附著力等問題。有些抑制劑，可能由于其成分或者使用過量，會(huì)在表面留下水溶性殘留物，導(dǎo)致所噴涂的涂料系統(tǒng)在使用過程中出現(xiàn)滲透性起泡，尤其是在浸沒的環(huán)境中。

必須牢記，幾乎所有的油漆生產(chǎn)商都不允許在施工他們的涂料系統(tǒng)前使用此類防銹劑。

由于涉及到極高的壓力，因此高壓水噴射可能具有很高的危險(xiǎn)性。當(dāng)人員近距離被加壓水擊中時(shí)，可能造成斷臂、身體被擊穿等嚴(yán)重的人身傷害。在極端情況下，此類傷害可能導(dǎo)致受害者的死亡。因此，對(duì)操作人員進(jìn)行設(shè)備使用的全面培訓(xùn)，使其對(duì)操作高壓水噴射設(shè)備時(shí)可能存在的危險(xiǎn)性有充分的認(rèn)識(shí)，是非常重要的。操作人員以及進(jìn)入設(shè)備操作范圍的其他人員（如檢查員）必須使用個(gè)人防護(hù)設(shè)備。和噴砂一樣，至關(guān)重要的是只能將噴嘴對(duì)準(zhǔn)需要清理的表面。

個(gè)人防護(hù)設(shè)備應(yīng)保護(hù)操作人員免遭水射的危險(xiǎn)，包括頭、眼、身體、手腳等。現(xiàn)有的和推薦使用（在一些國家是通過法律強(qiáng)制使用的）的防護(hù)設(shè)備包括：頭盔和全遮面面罩（或者臉罩和護(hù)目鏡的組合）、防水服、防護(hù)手套、配有鋼制護(hù)趾護(hù)腕的防水靴，再加上跖骨和聽力保護(hù)裝置。

在密閉空間中操作高壓水射設(shè)備必須采取特殊措施，確保密閉空間內(nèi)的空氣不被水蒸氣所飽和，因?yàn)檫@種情況下，操作人員可能會(huì)被淹死。如果空氣中的水蒸氣含量過高，無法控制在安全水平以下，那么可能需要對(duì)操作人員進(jìn)行單獨(dú)供氧。

操作高壓水噴射設(shè)備時(shí)，必須遵守關(guān)于必要防護(hù)措施的國家、地方和設(shè)備生產(chǎn)商的安全健康法規(guī)。