COW清洗机工作机构改进设计及应用_黄文
文章编号:1671-8909(2008)08-0001-05
头七回魂CO W 清洗机工作机构改进
设计及应用
黄 文 王 蕊 王自林
(中国石油天然气管道局维抢修分公司，河北廊坊065000)
摘 要：根据原油储罐机械清洗工艺的需要，对现有的日本C OW 清洗机工作机构进行了改进设计，并进行了实际的清洗施工应用，效果良好，有效解决了工程中的技术难题，扩大了C OW 清洗机的应用范围。
关键词：机械清洗；储罐；清洗机；技术革新中图分类号:TE972  文献标识码:A
I mprove m ent,desi gn and application of co w cleani ng
machi ne w orking m echanis m
H U AN G W en ,WANG Rui ,WAN G Z ilin
(M aintenance &Em ergency Repair C o .o fCh i n a Petr o leum P i p eli n e Bureau ,
Langfang ,H ebei 065000,Ch i n a)
A bstract :
B ased on the process of storage tank cleaning ,so m e i m pr ove m ent has been m ade on the de -sign o f Japanese
C OW cleaning m ach i n e work i n g m echan is m ,app lied in actual constr uction and got good effec,t through wh ich techn ica l pr oble m s could be so lved and app lication range o fCOW cleaning m ach i n e are extended .
K ey words :m achical cleaning ;storage tank ;cleaning m achine ;techn ica l i n novation  随着相关科技的发展，储罐清洗技术也日益丰富成熟起来，可根据清洗对象的结构形式、容积大小、储存的介质属性采用不同的清洗方法。采用介质喷射清洗技术，在原油储罐清洗领域运用比较普遍，广泛应用于原油储罐、油轮的清洗。
我国从20世纪80年代末开始从日本引进CO W 清洗设备，经过20多年的发展,C OW 清洗设备已在国内各大油田、输油站得到了广泛应用，并取
得了良好的效果。
1 CO W 清洗机工作机构改进必要性
CO W 储罐机械清洗工艺是利用喷射清洗机将介质在一定的温度、压力和流量下喷射到被清洗表面，除去表面凝结物和淤渣并对其进行回收的一种工艺方法。清洗设备通常有主设备(含电机、泵等的A /B 设备)、清洗机、气体监测系统和制氮系统等组
收稿日期:2008-03-17
作者简介：黄文(1979-)，男，湖北麻城人，助理工程师，大学本科，主要从事储油罐清洗施工及管理工作。
实用技术
清洗世界
C leaningW orld
第24卷第8期2008年8月
成。CO W清洗机是利用压缩空气作为驱动源，喷嘴部分能在水平和竖直方向同时旋转，使介质的喷射路径形成球面的清洗设备。
CO W清洗机的应用需要被清洗对象有满足要求的开孔，且内部空间没有妨碍清洗机喷嘴旋转的障碍物，对安装高度也有要求。C OW清洗机能适用于国内大部分大型原油储罐，对于部分按API650设计的原油原油储罐，却因支柱套管尺寸的限制而不适用。
例如，原油储罐支柱套管长度超过COW清洗机能插入罐内的实际有效长度，清洗机从支柱套管处安装后，喷嘴旋转部分仍在套管内，将无法在水平方向旋转，不能正常工作，故无法对原油储罐进行清洗。
1.1需清洗原油储罐的参数
2003年，苏丹大尼罗河石油储运有限公司(简称GNPOC)需要对上下游6个原油储罐进行在线机械清洗，其具体参数如下。
(1)单盘。支柱直径76mm，总长3809mm，共2个销孔，第一销孔距支柱顶89mm，第二销孔距支柱顶1322mm，两销孔间距1233mm。支柱套管直径102mm，总长2544mm，销孔距套管顶76mm，其中单盘以上高度1600mm，单盘以下支柱套管长944mm。
(2)浮舱。支柱直径76mm，总长3164mm，共2个销孔，第一销孔距支柱顶89mm，第二销孔距支柱顶1322mm，两销孔间距1233mm。支柱套管直径102mm，总长1278mm，销孔距套管顶76mm，其中单盘以上高度178mm，浮舱高度约609mm，浮舱以下491mm。
现有COW清洗机总长3265mm，可插入最大长度为2630mm，有效长度为1775mm，可见现有清洗机在GNPOC的原油储罐上安装后，清洗机旋转部分在套管内，将无法正常运行，也无法对GNP OC 的原油原油储罐进行机械清洗。清洗机在GNP OC 原油储罐安装见图1。
若要完成该项目，必须对现有清洗机进行工作
机构改造。
注:1)浮舱以上支柱套管长1.6m，浮舱以下支柱套管长0.944m;
2)支柱套管总长2.544m，大于清洗机，只可插入部分。
图1清洗机在GNPOC原油储罐安装示意
1.2改造的目的及意义
1.2.1目的
为能满足对GNPOC原油储罐机械清洗的要求，须对现有清洗机进行工作机构改造，以实现以下特点:
(1)改造后清洗机能满足GNPOC储罐机械清洗的要求;
(2)改造部分便于拆卸;判决和裁定的区别
(3)拆掉改造部分后，对原清洗机没有损坏，清洗机能恢复原样，能继续使用。
1.2.2意义
改造后不仅能满足GNP OC储罐机械清洗的要求，也能对国际上广泛采用API650标准修建的原油储罐进行机械清洗，为进一步拓展国际市场创造条件。
#2
#清洗世界第8期
因此，对C OW 清洗机工作机构的改进是必要的。2 改造措施
现有COW 清洗机可插入最大长度为2630mm，有效长度为1775mm，而支柱套管总长为2544mm ，清洗机在GNPOC 原油储罐上安装后旋转喷嘴将不完全露出套管(如图1所示)，喷嘴只露出86mm，喷嘴转动部分仍在套管内，所以清洗机喷嘴部分将不能水平方向旋转，无法工作。
为满足GNPOC 原油储罐清洗的需要，必须增加清洗机可插入长度。使喷嘴旋转部分完全露出支柱套管下端，且在进行顶板清洗，喷嘴转到140b 时，不会碰到支柱套管。
清洗机喷管内锥齿轮轴外有一根长轴套，如从中间将喷管截断，则必须同时延长轴套，且要保证轴套、轴和喷管三者同轴，加工和安装都不方便。更重要的是即使能达到要求，改造过程也不可逆，即清洗机将不能恢复原样，这使得清洗机在国内使用时极不方便。
另外，清洗机喷管及支撑件内部结构较复杂，而端部结构简单，且喷管端部和喷嘴是螺纹连接，锥齿轴露出支撑件的部分没有套管，直接和锥齿轮连接(如图2所示)，所以从喷嘴和支撑件连接处延长较为方便，且可拆卸。具体改造步骤如下。2.1 清洗喷嘴的拆除
喷管和喷嘴部分是螺纹连接，是可拆卸装置。故先将清洗机喷嘴部分拆掉，并将锥齿轮从轴上拆下来，如图2
所示。
图2 清洗机喷嘴部分构造及连接示意
2.2 锥齿轴改进
拆下锥齿轮后，锥齿轮轴端部结构中有定位孔和销孔(图3)
。
图3 锥齿轮轴端部结构
锥齿轮与轴用内六方螺钉定位，销子紧固联接，所以宜加工成图4结构的轴，前端与锥齿轮连接部分具有相同的结构，能和锥齿轮轴连接，后端与锥齿轴末端结构相同，能安装锥齿轮。另外，加工的轴要求有较高的直线度、圆柱度，且保持和锥齿轮轴同
轴心。
图4 改造部分齿轮轴两端结构
2.3 清洗机喷管接处改造
加工的轴应与原轴同轴，考虑到加工的轴细长且用销钉连接，为保证齿轮啮合且有效地传递扭矩，应在锥齿轴端部加支撑结构。宜加工如下结构的喷管及支撑结构，须和加工轴的有效长度相等。前端加工和喷嘴座相同的螺纹，与原喷管连接。后端支撑结构加工与喷嘴座相连接的螺纹，和喷嘴座连接，且应与原喷管保持较高的同轴度(图5)
9000万兰博基尼。
图5 清洗机喷嘴连接处结构
以上2个零件加工完成后，图1中轴右端与锥
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3#第24卷黄文等1COW 清洗机工作机构改进设计及应用
齿轴连接，左端安装锥齿轮。图2中的喷管及支撑件左端与清洗机喷管连接，右端与清洗机喷嘴座相连，如图6
所示。
图6 清洗机工作机构改造部分与
喷嘴及喷管连接示意
改造前后喷管部分如图7所示
:
图7 清洗机工作机构改造前后喷嘴连接处对比示意及外观
2.4 延长长度的确定
单盘支柱长3809mm，支柱套管全长2544mm，第二销孔距支柱顶1322mm，计算后可知单盘支柱在第二个销孔时，支柱着地后支柱只露出支柱套管19mm ，而清洗机旋转部分全长483mm 。显然支柱在第二个销孔位置时，不满足清洗机安装
条件。故在对GNPOC 原油储罐进行清洗时，应让支
柱处于第一个销孔位置，此时支柱下端露出支柱套筒长度为1252mm，完全能满足清洗机的安装条件。
现有清洗机可插入长度为2150mm，安装在GNPOC 原油储罐上喷嘴只露出86mm，所以清洗机加长长度L <(1252mm -86mm )=1166mm 。
清洗机取L 的最小值加长后应满足如下条件:(1)进行顶板清洗时，喷嘴端部不会碰着罐顶板(顶板以下套管长944mm );
(2)喷嘴转到140b 时，不会与支柱套管出现干
涉，如图8所示。
O )喷嘴旋转中心;P )干涉点
图8 最大角度顶板清洗时喷嘴与
套管形成干涉示意
故清洗机加长长度L 的下限应根据图8中虚线为中心线计算:
L =O c R +TO +(482.3mm -86mm ),
(1)O c R =PR @tan50b ,
(2)PR =D -c 。
(3)
式(3)中,D 为套管直径,D =10116mm ;c 为套
管壁厚,c =8mm 。
故PR =101.6mm -8mm =92.6mm 。将PR 代入式(2)即可算出O c R =111.5mm 。再由相似三角形原理可算出TO =11.6mm，将O c R 和TO 代入式(1)即可算出:
L =520.4mm 。
综上，延长长度L 的范围:520.4mm <L <1166mm 。
从加工成本和重量两方面考虑，加工的轴和支撑部分越短越好，由于清洗机的安装可能存在误
#
4#清洗世界第8期
差，所以应加上一个余量R (取R =40mm )。
故取延长长度L =560mm 。2.5 连接处强度
图9是加工轴与锥齿轴连接部分，销孔到端部距离为5mm，但齿轮啮合产生的轴向力是向上的,5mm 薄壁处主要承受轴的自重负荷。销钉主要是传递扭矩，延长后增加了支撑，存在摩擦会减小向喷嘴输出的扭矩，但加工的轴连接处厚度比锥齿轮连接处厚度大，抗扭强度够。且在装齿轮端有支撑，能克服齿轮啮合的径向力，故加工轴应对抗拉强度和
抗剪强度及传递扭矩进行核算。
图9 加长轴与两端及与锥齿轮连接具体尺寸2.5.1 抗拉强度计算
D b =P B /F 0,
(4)公共场所礼仪
式(4)中,D b )))抗拉强度;
P B )))拉断前最大载荷,N;F 0)))横截面积。
这里计算的最大载荷P B 主要由重力产生。经计算可知,
D b =66735.39Pa<[D ]=520MPa ，能满足抗拉强度要求。2.5.2 抗剪强度计算
D S =P /(2
F 0),(5)式(5)中,P )))最大负荷,N;
F 0)))受剪部位横截面积。经计算可知:
D S <D s
全文。故满足要求。2.5.3 扭矩校核
增加支撑后，摩擦力消耗了部分扭矩，若满足式(6)则气动马达输出扭矩能驱动喷嘴。
M 0=M +$M ,
(6)式(6)中,M 0)))气动马达输出最大扭矩;
M )))清洗机消耗扭矩;
$M )))新增支撑结构产生的摩擦力矩。经计算和查阅CO W 手册及气动马达说明书可知,M 0>M +$M 。
所以，经过从理论上推算，改造后的清洗机能满足强度要求。
2.6 清洗机改造后在施工中的运用效果
2004年底清洗机改造完成后，在廊坊技术公司进行试验运行(连续运行12h 以上)。经检验，连接部位连接精度、强度和齿轮传动效率均达到设计要求，运行平稳。评审组对改造进行了评估，认为改造合
格，同意投入生产。
2006年初清洗机改造验收后投入了批量生产，并于同年4月投入苏丹原油储罐清洗项目使用，先后对苏丹GNPOC 黑格里和苏丹港6个罐进行了在
线清洗和2个罐温水清洗。现场施工是对清洗机安装及清洗效果的实际检验。2006年4月改后清洗机投入苏丹GNPOC 原油储罐清洗项目使用。经过长达18个月的施工，证明清洗机工作机构改造后连接可靠、性能稳定，各项指标达到施工要求，满足工程需要。目前，经过对工作机构改造的清洗机正应用于苏丹喀土穆炼厂油罐机械清洗项目，运行平稳。改造后的清洗机在苏丹原油储罐清洗项目中的成功应用，为维抢修分公司节约了大量资金，也创造了良好的经济效益。
3 结束语
针对工程的特点及原油储罐的结构，对清洗机工作机构进行必要的改造，解决了原油储罐清洗工程中的难题，使之真正服务于石油储运。正值石油工业蓬勃发展、各国争相储备石油的时期，清洗机的改造必将更好的得到运用，并取得长远发展。
圣诞节 短信参考文献
[1]刘鸿文.材料力学[M ].第4版.北京：高等教育出版社,
2004.
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