我国水刀氧化铝的生产工艺主要包括烧结法、拜尔法和拜尔一烧结混联法。氧化铝生产过程中出现设备结疤情况最多的是高压溶出工段，用于高压溶出工段的典型设备是管道化和压煮器。

    在氧化铝生产过程中，铝矿中各种矿物质、杂质及氧化铝溶出的液相成分通过物理及化学反应形成结晶沉淀物，由于各种因素、条件的变化，一些沉淀物或未溶解的固体颗粒会在接触设备的表面黏附、沉积、结晶生长，难以自行剥落溶解，最终形成结疤，其主要的成分为Al2 03、SiO。.Na：0等。氧化铝业结疤的特点是逐层结疤，附着力强，硬度高，结疤量大，具有一定的脆性。结疤厚度多在6-15mm，结疤的具体成分。氧化铝设备结疤具有传热效率降低、能耗增加的危害，所以对氧化铝生产设备的结疤进行定期、有效地清理是十分必要的。随着高压水射流技术的发展及人们对其认知程度的提高，目前国内各大氧化铝厂基本采用了高压水射流清理结疤的工艺。氧化铝业结疤的清除是高压水射流清洗难度最大的作业之一。介绍用于氧化铝结疤清除的高压泵机组的特点及管道化、压煮器的结疤清除。

   采用高压水射流清除氧化铝设备的结疤，超高压大功率泵机组是产生超高压水的发生设备，均采用三柱塞或五柱塞往复泵的结构形式。应用于氧化铝业结疤清除的泵机组具有以下几个特点。

    1．超高压，大流量

    如前所述，氧化铝业的结疤均是含有Si、AI成分的化合物和混合物，结疤本身坚硬，与设备的附着力很强，采用超高压水清除更为有效。与其说是清理、清除，不如说是破碎。采用高压水清除结疤的工作压力为130-150MPa，这一参数是清除掉结疤的门限压力。

    泵机组的流量是作业效率的指标。对于典型的结疤设备——管道化和压煮器，结疤量都非常大。而停车检修的时间是有限的，另外受设备现场环境及设备开孔情况的限制，不能多台泵机组同时作业。所以单台机组的大流量便成了氧化铝业清除结疤的要求。一般清除结疤用泵机组的流量为160 -210L/min．在以上压力和流量下的超高压泵机组的功率为400 - 600kW。超高压泵机组一般做成车载式，便于在厂区内移动，整个泵机组用隔音方箱罩起来，以减小作业时的设备噪音。

    2．泵机组性能稳定，可靠性高

    泵机组的大功率和性能稳定本身就是一对矛盾。为了输出高压力、大流量的水射流，泵的动力端需要传递非常大的柱塞力，曲轴箱、曲轴及连杆的强度，轴承及轴瓦的润滑、冷却等因素都在影响着泵的稳定运行。对于大功率泵机组的液力端而言，充足而洁净的进水及高压缸体的高承压能力是保证机组可靠性运行的两项指标。由于进水不足而产生吸空，对泵机组的动力端和液力端都会造成非常严重的破坏。保证进水的洁净是延长泵机组进出水阀组寿命的有效方法。所以泵机组的进水过滤器除了保证足够的进水处理量以外，过滤精度一般在10trm左右。

    对高压缸体的主要要求是避免由于过大的交变应力和应力集中而导致裂缸。国际上的大功率泵机组，压力大于70MPa时均由直线型液力端取代L型液力端。由于氧化铝生产线停车检修的时间有限而检修量大，泵机组满负荷连续工作48-72h是无法避免的，如果没有可靠性作保证很难胜任氧化铝结疤清除作业。泵机组在结构上满足上述要求是保证其性能稳定和可靠的基础。

    3．操作简便，控制、保护功能完善

    操作简便是用户接受泵机组的先决条件。泵机组的使用者对其结构及原理往往不是很了解，所以操作必须简单而直观。比较先进的泵机组的控制系统一般用触摸屏界面和数据显示，最大限度地方便操作者。

    一般来说，氧化铝结疤清除的现场距离泵机组放置的位置较远。高压与卸荷切换的要求是由结疤清除的操作者提出的，而最终实现这一动作的元件是安装在泵机组上的卸荷阀，结疤清除的操作者与泵机组操作者由于距离较远，彼此直接沟通非常困难。在此情况下，一般是在高压管路上、靠近结疤清除操作者的位置设置一个由电信号控制的脚踏阀。

    高压水射流作业具有一定的危险性，控制、保护功能完善是保障机组及操作者安全的有效途径。一般情况下，泵机组具有以下控制保护功能：柴油机组的高水温、低油压自动报警停车；超高压泵进水压力过低报警停车；泵机组上安装自动卸荷阀和爆破膜式安全阀；高压管路上靠近结疤清除操作者的位置设置一个由电信号控制的脚踏阀；在离合器合闭之前无法对系统升压等。

    管道化是氧化铝高压溶出的一个重要生产工段，仅年产20万吨氧化铝的溶出管道长度就达到8000m，需要定期清理的有5000m，每根管道的长度约200m，呈U型安装，一般采用4”（直径l08mm）钢管。通常氧化铝装置的年产量在70万吨／年左右。为了最大限度的提高生产效率，降低成本，管道中物料运行的温度为270℃左右，高温高压物料长期运行，在管道内壁的结疤厚度约为6～15mm，甚至更加严重，大约每2个月需清理一次，由此可见清除结疤的工作量非常大。

    因为是U型管道，考虑到拐弯情况，所以喷头长度不能过长，一般不超过120mme喷头体直径在60～75mm。采用喷头体上嵌装柱状或窄扇形喷嘴形式。

    由于管道很长，结疤清除作业时，喷头从管道两头进入，分别向前100m，完成整根管道内壁结疤的清除，最后用大流量清水注入管道，将从管壁上清除掉并留在管道里面的结疤带出。

    采用高压水射流清除氧化铝管道结疤，在水射流附件方面需要注意以下几个问题：

    第一，管道长，所需的高压软管很长(大约需要200m)，整个软管的重量约为420kg。一般采用高压软管收放器来完成软管的展开和回收，这样会大大降低操作者的劳动强度。

    另外，对于长距离、大流量的高压软管而言，管径选择的是否合适直接影响压力损失的大小。一般氧化铝除疤作业中使用的高压软管通径为20mm，工作压力140MPa。

    第二，清洗喷头要具有足够的自进力，并要求喷嘴具有射流效率高、使用寿命长的特点。喷头需要带动lOOm长的高压软管在管道内进行结疤清除作业，没有足够的推进力是不行的。为了操作的安全、方便又不可能加装额外的推进装置，所以只能依靠水射流自身的反冲力做为喷头的推进动力，喷嘴侧后向射流中心线与喷头中心线之间的夹角在45。-60。之间。

    清除结疤的高压水射流最终是通过喷嘴形成的。在喷头体上直接打孔的喷嘴形式已基本在结疤清除作业中被淘汰，主要是因为射流效率太低（一般为50%左右），且寿命太短。

    现在普遍采用喷嘴嵌装在喷头体上这一形式。由于喷嘴为单独体，所以从结构、材料、处理工艺等方面都方便设计和制造。为了使喷嘴射流效率更高，在喷嘴入口处需要做较为特殊的结构设计，常见的有收缩锥形和导流栅形式，总成喷头的射流效率可达到85%-90%。另外喷孔段的长度和粗糙度对喷嘴的效率和寿命也影响很大。

    由于清除脱落的结疤会经常反射到喷头体上，再加上喷头体和管道内壁的摩擦，所以喷头体的磨损也是不容忽视的问题。实际应用中曾经出现过由于受到结疤反射打击和磨损使喷头体与喷嘴黏结成一体的情况，导致无法更换磨损的喷嘴，喷嘴报废则喷头也跟着报废，大大增加了使用成本。比较常见的处理方法是采用喷头体表面高频淬火或喷涂硬质合金的方法来提高喷头体表面的硬度，进而提高其耐磨性。由于整体淬火会增加喷头体的脆性而容易开裂，一般不予采用。上述i介绍的是固定形式的喷头。

    第三，采用旋转喷头进行管道结疤的清除作业。采用旋转喷头则硷太大提高作业效率和质量，但需要注意两个问题。其一，旋转喷头的总体尺寸不能太长，否则无法通过U型管道的拐弯处；其二，转速不能太快，而且要求性能稳定，高转速会引起射流的雾化而影响射流的打击力。应用于氧化铝结疤清除的旋转喷头已经成为成熟的产品，该种喷头的轴向长度为90mm左右，最慢转速可以控制在20r/min，最高工作压力140MPa。虽然旋转喷头的成本略高于固定喷头，但其作业效率高，从总体的性价比来看，旋转喷头用于结疤清除是具有优势的。随着人们对水射流及其附件认识的加深，旋转喷头应用于氧化铝结疤清除是未来的发展趋势。

    氧化铝高压溶出工段的另一个典型设备是压煮器，内部排布着多列换热管，每列换热管是从压煮器中心向内壁方向呈辐射状排布，一般列管长度在lOm以上。在高度方向上设置了一些固定列管的管夹，压煮器的中心设有搅拌轴，搅拌轴上安转有叶片。列管外壁、搅拌叶片等部位附着了坚硬的结疤，最难处理的是列管外壁的结疤，因为相邻两排列管之间的距离很小，不方便操作。由于压煮器内部空间狭小，障碍物较多，非常不适合人工进入里面直接持喷枪作业。采用专门根据压煮器结构设计的结疤清除小车代替人工作业，减小了劳动强度，降低了作业的危险性，提高了劳动效率。

    该小车有4只车轮，每边2只，车轮的椭圆凸轮部分卡在相应列管之间的缝隙里，利用列管之间的间隙作为导轨。小车的车架上安装有2只牵引钩，分别固定一根钢丝绳。两个钢丝绳的另一端穿过固定在压煮器内部上方和下方的导向滑轮，再连接到上方和下方的卷筒上。通过卷筒转动张紧钢丝绳，结合小车本身的重量作用，使得小车能够紧紧贴着列管，不至于脱离列管。在车架上，安装有摆动机构，使得液压油缸可以绕着罐体中心线按照列管之间的角度依次摆动。

    工作时，先安装上下卷筒，然后安装结疤清除小车和液压油管、高压水管等管路。作业时，控制系统带动上下卷筒依次转动，使得小车上下移动，当小车作业到列管的上下端部时，系统控制小车自动更换行进方向，实现自动作业。当小车上下移动时，油缸的活塞杆往复伸缩，使得喷杆可以反复伸入列管的间隙内实现结疤清除作业。当小车上、下运动到列管中间的管夹位置时，系统自动将活塞杆缩回缸筒内，待避开管夹位置后再伸出活塞杆继续往复伸缩运动带动喷头作业。当～列管道结疤清除完毕后，系统自动控制油缸缸体绕压煮器的中心线按预先设定好的角度，对准下一个列管间隙，再移动小车实现上下作业。当若干列管结疤清除完毕后，重新安装调整压煮器上、下部导向滑轮与卷筒位置，使结疤清除小车装置绕压煮器中心线转动一个角度，对准下～片待处理区域，再次开始结疤清除作业，反复作业，直到全部完成为止。

    高压水射流技术以其高效、环保及对处理设备无损害等诸多优势在氧化铝业设备检修中已逐步成为主导工艺。氧化铝业尚有许多静设备，研制、开发劳动强度更低，生产效率更高的水刀附件应用于氧化铝业的结疤清除中是水射流从业者的一个努力方向。