一种管道冰沙冲洗装置及冲洗方法与流程

本发明专利涉及一种管道冲洗装置及冲洗方法，特别涉及一种管道冰沙冲洗装置及冲洗方法。

背景技术：

由于历史和经济原因，管网二次污染是我国供水企业普遍存在的问题。优质的出厂水经过管网长期长距离输送到达用户水龙头时，水质已明显下降。对管网管道进行冲洗是维护和改善管网水质、降低管网二次污染的有效途径之一，清洗技术是利用物理或化学方法，彻底清除附着在管道内壁的盐、碱、垢及各种堵塞物。物理方法是目前被广为应用的方法，它包括高压水射流清洗、冰块清管器清洗、冰晶清洗法，传统的管网清洗方法冲洗效果不佳，水资源浪费严重。

现有类似的管道冲洗装置无法快速准确定位冲洗介质或者冰晶的位置。若无法准确定位冰晶的位置，将可能出现升压现象和冰晶堵塞事故，从而可能导致清洗效果不理想和管道遭受压力性破坏的严重后果。部分管道清洗介质为冰。冰是水的固态形式，硬度很大，利用冰块进行管道冲洗会损伤管道内壁。冲洗介质应既保证冲洗力度和效果，不损伤管道又能保证不阻塞管道，易于排除。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有管道冲洗装置对管道摩擦力不足，或冲洗介质选取不当损伤管道内壁，冲洗效果差，还会导致污染水质和环境，且不能准确定位冰块位置的问题。本发明提供了一种具有效率高、能耗低、清洗效果好、冰沙定位准确的管道冰沙冲洗装置及冲洗方法。

冰沙是水汽在冰核上凝华增长而形成的固态水成物，它以小粒径尘埃为中心，与水蒸气一起在较低的温度下形成一个像冰一样的物质。冰沙比冰的硬度小，如同沙粒一般与管道进行较为温和地摩擦，且本身颗粒比冰小，使用冰沙作为清洗物可以大幅度降低对管道内壁的损伤。此外，冰沙比冰的融化速度更快，更易于融合排出。

本发明所述的冰沙是由同位素标记的水制成，强度高，可连续通过90度的标准弯头、变径管、180度的回转弯头、阀门和管接头等处。本发明所述的管道冰沙冲洗装置及冲洗方法的作用是清洗管道内结垢、沉积物或异物。

本发明所述的管道冰沙冲洗装置，它由冰沙发射设备、冰沙产生器、压入用泵、给水池、阀门、推动介质等组成，所述冰沙发射设备的输入口与冰沙产生器的输出口连接，所述冰沙产生器的输入口与压入用泵的输出端连接，所述压入用泵的输入端与给水池连通。

本发明所述的管道冰沙冲洗装置，还包括冰沙监测设备。冰沙监测设备由安装在冰沙进入管道的入口处的信号发射器和废液排出的出口处的信号接收器两部分组成，其作用是在发射和接收时，检查发射和接收的冰沙量是否相等。通过连续测定和记录发射器、接收器的动态压力，可以掌握冰沙行进中的状态，并能监视升压现象的发生以及能发现和防止冰沙堵塞事故的发生。

本发明所述的管道冰沙冲洗方法的装备不仅包括管道冰沙冲洗装置，还包括系列辅助装置：闭塞解析仪，压力监测装置，流量计，冰沙同位素追踪装置，冰沙通过指示器。

本发明所述的闭塞解析仪，布置在待冲洗管道的合适位置并进行测试，分析得到管线内的结垢情况，包括管道闭塞率和分布规律等。

本发明所述的压力监测设备，为压力表或者压力监测仪，设置在冰沙监测设备的发射器和接收器上。

本发明所述的流量计，分别安装在冰沙进入管道的入口处和废液排出的出口处。

本发明所述的冰沙同位素追踪装置为设置在地面上合适位置的地面接收装置。

本发明所述的冰沙通过指示器，设置在管道的合适位置，垂直于管道安装，位于管道的顶部，记录冰沙通过该位置的具体时间。

本发明所述的管道冰沙冲洗方法的技术方案，包括以下要点：

(1)前期准备工作：

①在前期准备阶段，关闭管道上游的截止阀。

②在待冲洗管道的合适位置安装闭塞解析仪，测试分析，得到管线内的结垢情况，包括闭塞率和分布规律等。为后续冲洗阶段选择合适尺寸大小的冰沙提供科学性的依据。为了提高分析结果的准确性，应当在管道的不同位置进行多次测试分析。

③选择合适的压力用泵和推动介质：压力用泵是冰沙前进的推动力的能量供给者，是保证冰沙顺利运行的关键，因此需要选择合适的泵站，也可根据实际情况另外安装动力源。推动介质是能量的传导者，管道所输送流体可作为推动介质。选择合适的压力用泵和推动介质是管道冰沙清洗技术的重要组成环节。

(2)冰沙冲洗阶段；

①打开上游管道的截止阀，水经引入管从被清洗管道中引出进入给水池，压入用泵将水从给水池中抽吸并将其压入冰沙产生装置。

②冰沙产生装置首先将水分子中的氧原子用同位素标记，然后制成尺寸合适的冰沙。

③由冰沙产生装置产生的冰沙进入冰沙发射设备，打开手动式闸阀板，冰沙通过钢制三通顺利进入管道，上游管道介质在冰沙前进方向产生压力差，形成前进推力，使冰沙沿管线前进，在运行过程中，冰沙逐渐变小。冰沙在管内不断与被清洗管道的管壁的积垢接触，对积垢进行挤压、刮削、冲刷、振动破碎，清除管道内的锈垢、沉积物和异物。

④同时，介质在通过冰沙表面与管内壁形成的间隙时会形成高速环隙射流，在它的作用下，前面会形成类似真空的区域，有利于冰沙的运行，并对所刮削下来的垢渣进行冲击、搅拌，并及时排出管外，有效地防止了垢渣在管内的堆积，避免了堵塞现象的出现。

⑤冲洗过程中，密切关注发射器和接收器上测压装置的压力的变化，判断管内结垢情况和冰沙运行状况，可随时调整后续冲洗过程中冰沙材料尺寸的选择和介质压力、流量的控制。

⑥冲洗过程中，密切关注流量计的变化，通过对冰沙输送流体流量的计算，来确定管道中冲洗冰沙和推动介质的排出情况。

⑦冲洗过程中，密切关注冰沙通过指示器。当冰沙通过管道指定位置时，该仪器可以准确记录通过某一位置的时间，为冰沙材料的快速定位提供准确的测试范围

⑧冲洗过程中，密切关注冰沙同位素追踪装置，准确定位冰沙位置，判断冰沙材料的运行状况。

⑨冲洗过程中，冰沙与管壁之间的摩擦以及温度的上升将会加速冰沙的融化，形成废液，在真空泵的抽吸作用下，流入废水池。

本发明的优点在于：

(1)适用范围广：一般情况下，较大口径的管道清洗都可以使用本方法。

(2)本发明装备及方法在使用过程中无污染无腐蚀。管道冲洗使用的材料是冰沙，在清洗结束后部分冰沙融化为水，随管道污物排出。对管壁无腐蚀，对环境无污染。

(3)在管道冲洗过程中，能准确定位冰沙位置，掌握冰沙行进中的状态，并能监视升压现象的发生以及能发现和防止冰沙堵塞事故的发生。

(4)对于短距离管道的冲洗具有明显优势。在较短距离的管道中，冰沙行进到管道出口处，依然能有部分冰沙保持固体状态，冲洗效果更好。

附图说明

图1为本发明所述的管道冰沙冲洗装置及冲洗方法的装置示意图，附图标记说明：

(1)冰沙发射装置；(2)冰沙产生器；(3)压入用泵；(4)给水池；

(5)钢制三通；(6)冰沙监测装置；(7)闭塞解析仪；(8)压力监测装置；

(9)流量计；(10)同位素追踪装置；(11)冰沙通过指示器；(12)截止阀；

(13)引入管；(14)被清洗管道；(16)手动式闸阀板；(17)真空泵；(18)废水池；

图2为本发明所述的管道冰沙冲洗装置及冲洗方法的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的管道冰沙冲洗装置，它包括冰沙发射设备(1)、冰沙产生器(2)、压入用泵(3)、给水池(4)、阀门和推动介质等组成，所述冰沙发射设备(1)的输入口与冰沙产生器(2)的输出口连接，所述冰沙产生器(2)的输入口与压入用泵(3)的输出端连接，所述压入用泵(3)的输入端与给水池(4)连通。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的冰沙发射设备的进一步限定，

本发明所述的冰沙发射设备(1)与被清洗管道(14)连通：在被清洗管道(14)的上表面凿φ200的孔洞，通过钢制三通(5)连接冰沙发射装置，冰沙发射设备(1)把冰沙推入管道，液压泵产生的液压作用使冰沙在管道中行走，利用冰沙与管道壁间的摩擦进行清污。压入用泵(3)入口的口径应保证冰沙能在推动介质的作用下，以适宜的速度(0.7—2m/s)运行。冰沙直径为100mm左右，冰沙发射器直径大的一端比冰沙直径大20—50％，以便于冰沙装入，直径小的一端与冰沙内径相同或略大。发射长度为所发冰沙长度的1.5—3倍。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的管道冰沙冲洗装置的进一步限定，

本发明所述的管道冰沙冲洗装置，还包括冰沙监测设备(6)。冰沙监测设备(6)由安装在冰沙进入管道的入口处的信号发射器和废液排出的出口处的信号接收器两部分组成，检查发射和接收的冰沙量是否相等。

具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本发明所述的管道冰沙冲洗方法的装备不仅包括管道冰沙冲洗装置，还包括系列闭塞解析仪(7)，压力监测装置(8)，流量计(9)，冰沙同位素追踪装置(10)，冰沙通过指示器等(11)辅助装置。

所述的闭塞解析仪(7)，布置在待冲洗管道的合适位置并进行测试，分析得到管线内的结垢情况，包括管道闭塞率和分布规律等。

所述的压力监测设备(8)，为压力表或者压力监测仪，设置在冰沙监测设备(6)的发射器和接收器上。

所述的流量计(9)，分别安装在冰沙进入管道的入口处和废液排出的出口处。

所述的冰沙同位素追踪装置(10)，设置在地面上合适位置，追踪冰沙同位素的位置，必要时冰沙同位素追踪装置(10)应该沿着冰沙前进的方向以适当的速度移动，获取较为准确地信号位置。

所述的冰沙通过指示器(11)，设置在管道的合适位置，垂直于管道安装，位于管道的顶部，记录冰沙通过该位置的具体时间。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的管道冰沙冲洗方法的技术方案的进一步限定，

结合图1和图2，本发明所述的管道冰沙冲洗方法的技术方案，包括以下要点：

(1)前期准备工作：

①在前期准备阶段，关闭管道上游的截止阀(12)。

②在待冲洗管道的合适位置安装闭塞解析仪(7)，测试分析，得到管线内的结垢情况，包括闭塞率和分布规律等。为后续冲洗阶段选择合适尺寸大小的冰沙提供科学性的依据。为了提高分析结果的准确性，应当在管道的不同位置进行多次测试分析。

③选择合适的压力用泵(3)和推动介质：压力用泵(3)是冰沙前进的推动力的能量供给者，是保证冰沙顺利运行的关键，因此需要选择合适的泵站，也可根据实际情况另外安装动力源。推动介质是能量的传导者，管道所输送流体可作为推动介质。选择合适的压力用泵和推动介质是管道冰沙清洗技术的重要组成环节。

(2)冰沙冲洗阶段；

①打开上游管道的截止阀(12)，水经引入管(13)从被清洗管道(14)中引出进入给水池(15)，压入用泵(3)将水从给水池(15)中抽吸并将其压入冰沙产生装置(2)。

②冰沙产生装置(2)首先将水分子中的氧用同位素标记，然后制成尺寸合适的冰沙。

③由冰沙产生装置(2)产生的冰沙进入冰沙发射设备(1)，打开手动式闸阀板(16)，冰沙通过钢制三通(5)顺利进入被清洗管道(14)，上游管道介质在冰沙前进方向产生压力差，形成前进推力，使冰沙沿管线前进，在运行过程中，冰沙逐渐变小。冰沙在管内不断与被清洗管道的管壁的积垢接触，对积垢进行挤压、刮削、冲刷、振动破碎，清除管道内的锈垢、沉积物和异物。

④同时，介质在通过冰沙表面与管内壁形成的间隙时会形成高速环隙射流，在它的作用下，前面会形成类似真空的区域，有利于冰沙的运行，并对所刮削下来的垢渣进行冲击、搅拌，并及时排出管外，有效地防止了垢渣在管内的堆积，避免了堵塞现象的出现。

⑤冲洗过程中，密切关注发射器和接收器上压力监测装置(8)的压力的变化，判断管内结垢情况和冰沙运行状况，可随时调整后续冲洗过程中冰沙材料尺寸的选择和介质压力、流量的控制。

⑥冲洗过程中，密切关注流量计(9)的变化，通过对冰沙输送流体流量的计算，来确定管道中冲洗冰沙和推动介质的排出情况。

⑦冲洗过程中，密切关注冰沙通过指示器(11)。当冰沙通过管道指定位置时，该仪器可以准确记录通过某一位置的时间，为冰沙材料的快速定位提供准确的测试范围

⑧冲洗过程中，密切关注冰沙同位素追踪装置(10)，准确定位冰沙位置，判断冰沙材料的运行状况。

⑨冲洗过程中，冰沙与管壁之间的摩擦以及温度的上升将会加速冰沙的融化，形成废液，在真空泵(17)的抽吸作用下，流入废水池(18)。