（一）摘要
本文系统综述了管线冲洗疏通技术的分类体系、应用场景与发展趋势，通过典型案例对比分析不同技术的适用边界。研究提出基于数字孪生的多技术协同清洗策略，为城市管网智能化维护提供理论支撑与工程实践参考。
（二）1. 引言
全球城市化进程加速导致地下管网规模年均增长8.3%，中国2022年城市排水管道总长度突破110万公里。然而，管道堵塞引发的市政事故年均损失超50亿元，美国EPA统计显示34%的污水溢出事件源于维护技术不当。传统疏通方法在复杂工况下的局限性日益凸显，亟需建立精细化技术选型体系。
（三）2. 技术分类与创新进展
1．2.1 机械清洗法
应用领域：市政排水（DN200-DN600）、石化管道焊渣清除、家庭下水道局部疏通。
技术创新：
– 磁性清管器：集成NdFeB永磁体（磁通密度1.2T），可吸附金属碎屑，在胜利油田DN300输油管应用中清除铁屑3.2kg/公里。
– 自导向钻头：采用MEMS陀螺仪实时修正轨迹，北京地铁排水管试验表明，在45°弯管处的通过率从72%提升至98%。
局限性：
– 管径适应性差，DN800以上管道动力传递效率衰减至40%以下。
– 案例：上海浦东DN400管道使用钢刷清管器导致HDPE管壁划伤深度达2.1mm，引发后续泄漏。
2．2.2 高压水射流清洗
技术突破：
– 空化射流：通过文丘里效应产生直径50-200μm气泡，破裂冲击压力达1.5GPa。中广核使用该技术清除蒸汽发生器管道CaCO3沉积，清洗效率较传统射流提升2.3倍。
– 热能辅助：80℃热水射流溶解油脂类堵塞物，武汉餐饮街区清洗周期从7天延长至21天。
工程参数（见表1）：
| 管材 | 推荐压力(MPa) | 流量(L/min) | 覆盖率 |
|————|—————|————-|——–|
| 混凝土管 | 35-70 | 150-300 | 85% |
| 不锈钢管 | 100-150 | 80-120 | 92% |
| 铸铁管 | 50-80 | 200-400 | 78% |
3．2.3 化学清洗法
新型药剂开发：
– 纳米微乳液：粒径10-100nm的O/W型微乳液，对重油垢去除率>90%，上海石化应用后废水COD从5,000mg/L降至300mg/L。
– 噬菌体生物膜清除剂：靶向分解硫酸盐还原菌（SRB）生物膜，中海油海底管道试验显示微生物腐蚀速率降低76%。
风险管控：
– 建立药剂配伍性数据库，避免次生危害（如盐酸与不锈钢管反应产生H2引发爆炸）。
4．2.4 气脉冲疏通技术
技术升级：
– 多频复合脉冲：0.5Hz低频波破碎硬质堵塞，20Hz高频波剥离软性附着物。深圳宝安国际机场排水系统应用后，疏通耗时从4.5小时缩短至1.2小时。
– 声波定位系统：通过时差定位法（TDOA）精准识别堵塞点，定位误差<0.5m。
5．2.5 智能检测与清洗系统
关键技术：
– 数字孪生平台：将BIM模型与实时传感器数据融合，广州大学城项目实现管道健康状态预测准确率91.3%。
– 自学习算法：基于卷积神经网络（CNN）的堵塞物识别系统，在苏州工业园区测试中，油脂堆积识别准确率达96.7%。
（四）3. 典型应用场景实证
1．3.1 市政排水系统
北京城市副中心项目：
– 问题特征：DN1800雨水管沉积淤泥（密度1.8g/cm³），过水断面缩小45%。
– 技术方案：
mermaid graph LR A[气脉冲预处理] –> B[350MPa旋转射流主洗] B –> C[真空抽吸残渣] C –> D[AI视频验收]
– 实施效果：清洗后流速从0.6m/s恢复至2.1m/s，水力坡降下降67%。
2．3.2 油气长输管道
中缅天然气管道工程：
– 技术难点：Φ1016mm管道穿越横断山脉，存在25处高程差>300m的U型段。
– 创新方案：
– 清管器配备涡轮增压模块，爬坡能力从15°提升至35°
– 采用伽马射线密度计实时监测蜡沉积厚度
– 经济指标：年度维护成本降低4200万元，输送效率提升18%。
3．3.3 特殊工业场景
宁德时代锂电池车间：
– 特殊需求：忌水环境（湿度需<30%）的通风管道清洗。
– 技术路线：
1. 干冰喷射（-78℃）脆化粉尘层
2. 负压吸附系统回收颗粒物
3. 紫外光催化分解有机残留物
– 环境效益：VOCs排放浓度从85mg/m³降至2.3mg/m³。
（五）4. 技术经济性分析
1．4.1 全生命周期成本模型
建立包含初始投资（C_c）、运营成本（C_o）、风险成本（C_r）的LCC模型：
实证表明，智能清洗系统在20年周期内总成本比传统方法低23-41%。
2．4.2 技术选型决策树
if 管径 > DN800:
首选高压水射流
elif 含危险化学品:
选择智能机器人清洗
elif 生物膜污染:
采用生物酶+超声协同处理
else:
基于成本最优选择机械/化学方法
（六）5. 发展建议
- 标准体系构建：制定管道清洗效果量化指标（如沉积物清除率≥90%、表面粗糙度Ra≤6.3μm）
- 多技术融合：开发水射流-激光复合清洗装备，实现清洗-修复-检测一体化作业
- 材料创新：研制pH响应型智能凝胶，可靶向吸附特定污染物
（七）参考文献
[1] 中国城镇供水排水协会. 城镇排水管道检测与评估技术规程, 2022.
[2] Gupta R. Advanced Pipeline Pigging Technologies. Elsevier, 2023.
[3] 专利: CN114033417A 一种基于数字孪生的管网智能清洗系统, 2023.
