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高壓/超高壓水噴射工藝講解

瀏覽次數：130 次 更新時(shí)間：2020-06-11

上千年來(lái)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(guò)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（根據SSPC-VIS 4(I) / NACE7 標準）：

?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SSPC-VIS 4(I) / NACE7 標準）包括兩級：

?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）將在即將推出的標準中用到：

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

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(guò)一個(gè)專(zhuān)門(mén)設計，孔徑很小的噴嘴而產(chǎn)生的。

在作者完成本文時(shí)，市場(chǎng)上出現了一種能夠產(chǎn)生高達345MPa（50000psi）的水壓的設備。

注：1 MPa = 10巴= 14.5 psi。

自1934年以來(lái)，壓力高達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，而在歐洲其應用始于1938年（相同的用途）。在20世紀50年代末和六十年代初，人們開(kāi)發(fā)出了能夠產(chǎn)生40-70MPa（6-10000psi）水壓的設備（主要在美國），但這種早期設備難以操作，操作人員一次只能維持5-10分鐘的靜態(tài)肌肉張力。

此類(lèi)靜態(tài)張力問(wèn)題目前在一定程度上已經(jīng)得到了解決（或者已經(jīng)達到了可以接受的水平），而且人們設計出了相當多的設備用于大面積的平坦區域（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(chǎng)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(jiàn)的水溶性化學(xué)物質(zhì)或者鹽污染物也會(huì )出現在表面上，不論是否生銹和出現凹痕，這些污染物也將通過(guò)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，因為在涂料施工之前，表面上水溶性物質(zhì)的存在必將通過(guò)滲透性起泡，導致一定程度上涂裝的失敗，多年來(lái)的經(jīng)驗已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn)。高壓水噴射（采用無(wú)污染性的水）將有效去除待涂裝表面上的此類(lèi)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）表面粉筆記號的最有效方法。

對于較重而且緊實(shí)的銹垢以及較重而且附著(zhù)力良好的涂層來(lái)說(shuō)，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(guò)程。如果使用旋轉噴嘴的話(huà)，也能提高生產(chǎn)效率（通常用于較大的區域）。

即使采用超高水壓，水噴射也不能去除緊緊附著(zhù)的氧化皮，或者形成某種表面結構（粗糙度輪廓+特征密度）。如果要去除氧化皮或者構造某種表面結構，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表面處理，也就是（主要）用于進(jìn)行維護，因為通過(guò)前面的表面處理方法已經(jīng)形成了表面構造，或者是處理已經(jīng)施工了一層預制底漆（車(chē)間底漆）的表面。

因為高壓水噴射不同于噴砂或動(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，因此可以用于處理裝載汽油和其他具有強揮發(fā)性和高度爆炸危險物質(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場(chǎng)去除的殘渣數量。用過(guò)的水可以收集起來(lái)，經(jīng)過(guò)機械和化學(xué)凈化后，排入污水系統。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(guò)，高壓水射工藝所產(chǎn)生的固體數量，與噴砂所產(chǎn)生的殘渣數量相比，（幾乎）是可以忽略不計的。

高壓水噴射系統的組成

水噴射設備的中心是高壓泵，（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)行預加壓。

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

水泵以及系統的管線(xiàn)和配件的設計必須能處理和容納很高的液壓。突發(fā)速率水平應至少是系統工作壓力的2.5-3倍，以提供安全系數。系統的所有元件都應該互相兼容，并經(jīng)過(guò)單獨檢測和整體檢測。

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。針對高生產(chǎn)量或者高負荷的工作，一般采用旋轉噴嘴。像管道內部清潔這樣的專(zhuān)門(mén)清潔工作可以采用特殊的噴嘴。

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

噴槍的旁通閥系統可以幫助操作人員啟動(dòng)或者關(guān)閉通過(guò)噴嘴的水射流。一般來(lái)說(shuō)，這種旁路都是一個(gè)傾倒系統，由操作人員用噴槍上的一個(gè)手持彈簧式閥門(mén)開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行控制的。操作人員必須用力關(guān)閉旁通閥，從而強迫水流通過(guò)噴嘴。當操作人員釋放壓力時(shí)，旁通閥會(huì )重新打開(kāi)，整個(gè)系統通過(guò)水泵產(chǎn)生的分流實(shí)現降壓，水流從旁路出口流出。出于安全的原因，大多數國家都通過(guò)法律強制使用這樣的旁路系統。

操作與安全

在高壓水噴射設備的操作過(guò)程中，必須遵守良好的基本慣例。在為系統加壓之前，操作人員必須握住噴嘴或者噴槍?zhuān)瑢⑵鋵使ぷ鲄^域或者工作對象。壓力應逐步增大，這樣操作人員才能感受并逐步調節其后座力，直至達到所要求的工作壓力為止。后座力不應超過(guò)操作人員體重的三分之一。在設備出現故障的情況下，如出現軟管漏水等，應立即為系統減壓，而且在損壞修復之前不得再次加壓。

用水噴射設備清理表面的技術(shù)有點(diǎn)類(lèi)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）。這是因為當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(guò)改變噴嘴與表面之間的距離，就能對清潔程度進(jìn)行調節。舉例來(lái)說(shuō)，一名經(jīng)驗豐富的操作人員可以使涂層系統（在一定程度上）實(shí)現逐層脫落。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，工作區域的邊緣周?chē)粫?huì )發(fā)生噴砂常見(jiàn)的邊緣卷曲現象。

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(guò)當角度（約）為45 - 60o 時(shí)，將有效去除較厚而且附著(zhù)力較強的涂層。其中后者不適合使用旋轉噴嘴，因為旋轉噴嘴與基材表面應當始終保持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(wú)法在金屬基材表面上形成表面構造。盡管如此，它可以用于清潔和恢復已有的表面構造，而且由于水分子較小，因此這種清潔可以直接深入現有表面構造中最微細的小孔。因此，當這種設備用于二級表面處理時(shí)，如去除現有的涂層系統，及對在鋼廠(chǎng)或車(chē)間噴涂了預制底漆的表面進(jìn)行清潔等，高壓水噴射的卓越性能可達到最佳狀態(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。當表面干燥后，腐蝕就會(huì )（根據情況迅速）重新形成，也就是我們常說(shuō)的閃銹（或飛銹）。如果使用防銹劑的話(huà)，就能避免（在一段時(shí)間內）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(lèi)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(guò)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。有些規規格書(shū)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(xún)涂料生產(chǎn)商，確認準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(guò)少就無(wú)法控制閃銹，而抑制劑過(guò)多則會(huì )引起涂料起泡或者附著(zhù)力等問(wèn)題。有些抑制劑，可能由于其成分或者使用過(guò)量，會(huì )在表面留下水溶性殘留物，導致所噴涂的涂料系統在使用過(guò)程中出現滲透性起泡，尤其是在浸沒(méi)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前使用此類(lèi)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性。當人員近距離被加壓水擊中時(shí)，可能造成斷臂、身體被擊穿等嚴重的人身傷害。在極端情況下，此類(lèi)傷害可能導致受害者的死亡。因此，對操作人員進(jìn)行設備使用的全面培訓，使其對操作高壓水噴射設備時(shí)可能存在的危險性有充分的認識，是非常重要的。操作人員以及進(jìn)入設備操作范圍的其他人員（如檢查員）必須使用個(gè)人防護設備。和噴砂一樣，至關(guān)重要的是只能將噴嘴對準需要清理的表面。

個(gè)人防護設備應保護操作人員免遭水射的危險，包括頭、眼、身體、手腳等?，F有的和推薦使用（在一些國家是通過(guò)法律強制使用的）的防護設備包括：頭盔和全遮面面罩（或者臉罩和護目鏡的組合）、防水服、防護手套、配有鋼制護趾護腕的防水靴，再加上跖骨和聽(tīng)力保護裝置。

在密閉空間中操作高壓水射設備必須采取特殊措施，確保密閉空間內的空氣不被水蒸氣所飽和，因為這種情況下，操作人員可能會(huì )被淹死。如果空氣中的水蒸氣含量過(guò)高，無(wú)法控制在安全水平以下，那么可能需要對操作人員進(jìn)行單獨供氧。

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