（一）1. 清洗方案设计
1．1.1 清洗目的
清除管式换热器管程与壳程的结垢（水垢、油污、聚合物等），恢复传热效率，避免因垢层增厚导致的能耗升高及设备腐蚀。
2．1.2 设备参数与污垢分析
- 换热器类型：固定管板式换热器（材质：316L不锈钢，管径Φ25mm，管长6m，列管数500根）。
- 垢层类型：
- 管程：碳酸钙水垢（厚度2-3mm，硬度3.5莫氏度）；
- 壳程：油泥与聚合物混合沉积物（黏度高，附着力强）。
3．1.3 清洗系统配置
| 组件 | 参数 |
| 高压泵 | 变频驱动，压力范围70-250 MPa可调 |
| 喷嘴类型 | 旋转扇形喷嘴（管程）、广角扁平喷嘴（壳程） |
| 清洗机器人 | 管程自动爬行机器人，定位精度±1mm |
| 废水回收装置 | 油水分离+离心过滤系统，回收率≥90% |
4．1.4 操作流程
- 预处理：停机泄压，排空残液，拆卸封头。
- 管程清洗：
- 机器人搭载喷嘴进入单根管道，设定压力（120-180 MPa）及移动速度（0.5m/min）；
- 水流以30°扇形角旋转喷射，覆盖管壁360°区域。
- 壳程清洗：
- 人工手持喷枪（压力80-120 MPa），沿壳体轴向分段清洗；
- 重点冲刷管束间隙沉积物。
- 后处理：收集废水并过滤，检测管道内壁粗糙度（Ra≤0.8μm为合格）。
（二）2. 不同高压水压力对清洗效率与效果的对比
1．2.1 实验设计
- 测试对象：同一批结垢的换热器管道（碳酸钙垢层厚度2.5±0.2mm）。
- 压力梯度：70 MPa、120 MPa、180 MPa、250 MPa。
- 评价指标：
- 清洗效率：单根管道清洗时间（min）；
- 清洗效果：垢层清除率（%）、管壁损伤风险（SEM检测表面微裂纹）；
- 经济性：水耗（L/m）、能耗（kWh/m）。
2．2.2 数据对比
| 压力 (MPa) | 清洗时间 (min/m) | 清除率 (%) | 水耗 (L/m) | 能耗 (kWh/m) | 管壁损伤风险 |
| 70 | 12.5 | 65 | 45 | 1.8 | 无 |
| 120 | 8.2 | 92 | 30 | 2.5 | 低（Ra增加0.1μm） |
| 180 | 5.0 | 98 | 25 | 3.8 | 中（局部微裂纹） |
| 250 | 3.5 | 99 | 22 | 6.2 | 高（裂纹深度>5μm） |
3．2.3 分析结论
- 效率与压力正相关：压力从70 MPa提升至250 MPa，清洗时间减少72%，但能耗增加244%。
- 清除率阈值：压力≥120 MPa时，清除率>90%；180 MPa以上提升空间有限（仅1-2%）。
- 损伤风险：压力>180 MPa时，不锈钢管壁出现微裂纹，长期使用可能引发应力腐蚀。
- 经济性平衡点：120-180 MPa区间性价比最优，清除率高且能耗可控。
（三）3. 压力参数选择建议
- 软垢（碳酸钙、生物污垢）：推荐100-150 MPa，兼顾效率与安全性。
- 硬垢（硅酸盐、聚合结焦）：需180-200 MPa，配合磨料射流（如添加碳酸氢钠）。
- 敏感材质（钛合金、涂层管道）：限制压力≤120 MPa，避免表面损伤。
（四）4. 方案优化与创新
- 动态压力调节技术：根据垢层实时反馈自动调整压力（如：初始高压击穿垢层，后续降压维持清洗）。
- 超高压低温水射流：采用200 MPa + 4℃冷水清洗油污，降低黏度并减少热应力。
- AI视觉检测：通过管道内窥镜图像识别残留污垢，定位复洗区域，减少水耗20%。
（五）5. 结论
高压水射流清洗管式换热器时，压力参数需根据 垢层性质、材质耐压极限 及 经济性需求 综合选择：
– 120-180 MPa 为普适高效区间；
– 超高压（>200 MPa）仅建议用于极端硬垢场景，并需严格检测设备损伤风险。
1．表2：不同压力下清洗效率与清除率曲线图
| 压力 (MPa) | 清洗时间 (min/m) | 清除率 (%) |
| 70 | 12.5 | 65 |
| 120 | 8.2 | 92 |
| 180 | 5.0 | 98 |
| 250 | 3.5 | 99 |
图示说明：
- 清洗时间随压力升高呈指数下降趋势；
- 清除率在120 MPa后增速放缓，180-250 MPa区间趋于饱和。
2．管壁SEM显微照片对比（70 MPa vs. 250 MPa）
文字描述：
- 70 MPa清洗后SEM图像：
- 表面光滑，无明显划痕（Ra=0.6μm）；
- 垢层残留区域占比约35%，呈零星分布。
- 250 MPa清洗后SEM图像：
- 表面出现微裂纹（箭头标注，长度约5-10μm）；
- 垢层完全清除，但基体金属晶界暴露（Ra=1.2μm）。
对比结论：超高压清洗可能导致材料损伤，需权衡清洁度与设备寿命。
3．表3：压力-材质-垢层匹配推荐表
| 压力范围 (MPa) | 适用材质 | 推荐垢层类型 | 备注 |
| 70-100 | 碳钢、涂层管道 | 软垢（生物污垢、松散水垢） | 低损伤，适合频繁维护场景 |
| 100-150 | 不锈钢、铜合金 | 中硬垢（碳酸钙、油脂混合物） | 平衡效率与安全性 |
| 150-200 | 高强度合金钢 | 硬垢（硅酸盐、聚合结焦） | 需配合磨料射流（如氧化铝颗粒） |
| >200 | 仅用于极端硬垢 | 超硬垢（陶瓷化结焦、金属烧结层） | 严格检测管壁损伤，限短期使用 |
