内浮顶储油罐清洗机器人研究现状与发展.pdf

第34卷第10期(2015.10)く行业坛〉
内浮顶储油罐凊洗机器人硏究现状与发展
姧霄峰代峰!李冬冬陈家庆
1北京石油化工学院能源工程先进连接技术北京市高等学校工程研究中心2北京石油化工学院
摘要:根据内浮顶储油罐清洗机器人的作业环境和功能要求,对国内外内浮顶储油罐清洗
机器人的研究现状进行了综合分析。储油罐清洗机器人结构形式设计包括移动机构分析、进罐
结构分析和清洗装置分析;控制系统包括通讯方式分析、控制方式分析、路径规划分析和控制
策略研究等。对比国外NESL、 Landry等公司主要产品的性能,国内相关产品防爆设计经验不
足,没有配套脐带缆,杋器人收敷缆控制和远程无人控制缺少理论分析和实验验证,行走性能
与清洗效率有待改进与优化。对于内浮顶储油罐清洗杋器人而言,安全环保、高效率、低成本
将成为未来的发展趋势
关键词:内浮顶储油罐;储油罐清洗;机器人;控制系统;防爆设计
doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.002
根据国家规定,原油及成品油储罐大修闾隔期磁信号则容易受到罐体钢质结构的干扰。罐内充满
限为5~7年,在检修或更换油品之前必须清洗;我油气,根据国家标准GB50058-2014对爆炸性危险
国石化行业一般规定(QSHO39-013-1988)成品场所的定义和划分,罐内区域属于0区(置入惰性
油储罐每3~5年应清洗检修一次,因此,需要定气体可适当降低),罐外区域根据现场情况可划分
期对沉积在罐内的油泥进行清理和回收。储油罐清为1区、2区或安全区。
洗技术先后经历了人工清洗和机械清洗阶段,随着
针对储油罐清洗机器人的作业环境,提出了如
人们对储沺罐清洗作业安全、效率、成本、环保要下功能要求
求的不断提高,储罐清洗机器人技术作为一种无需
(1)机械结构简单紧凑,能对照明摄像设备进
人员进罐的清洗技术得到了国内外越来越多的行保护和清洁,可组装不同清洗模块,行走牵引力
关注
大,承载能力强,携带油泥少,清洗效率高,具备
1作业环境和功能要求
抗静电、防碰撞、耐腐蚀和防沉陷能力。
2)能实时监控工作环境,实时定位、预定轨
早期储油罐清洗机器人的研究主要针对原油。迹限踪、自主避障。
罐,储油罐的结构也较简单;随着《储油库大气污
(3)最大行驶速度0.15m/S,转弯半径不大于
染物排放标准(GB20950-2007)》等国家标准的
1m,爬行坡度不小于20°,行进深度不小于
出台实施,为减少蒸发损耗和大气污染问题,内浮
10m。
顶储油罐在各种油库中应用日益广泛。根据国家标
(4)采用防爆工艺设计和制造。
准GB50341-2003和行业标准SH3046-1992规
定,内浮顶储油罐罐壁至少开有1个钢质人孔,罐2结构形式设计
壁人孔直径不小于DN500,中心高度介于650~2.1油罐清洗机器人移动机构研究
915mm;内浮顶储油罐的浮盘在罐內成品油排尽
油罐清洗机器人按移动机构的形式可以分为吸
之后由底部的众多支柱支撑,浮盘高度不低于附式、车轮式和履带式。吸附式移动机构的优点在
1800mm,浮盘支柱间隔在1000mm左右,浮盘于能在罐壁行走,适应地形能力强,还可兼备油罐
和支柱大多为铝质结构,强度较低易发生变形;此检测、维修、喷漆的功能,是一种多用途机器人。
外鑵底还存在进出油管、扩散管、量油管、加热李春香等根据油罐清洗的工艺流程,提出了一种
器、胀油管等附件。作业时罐内充满了水雾,视线如图1所示用于油罐清洗的壁虎式移动机构,该机
昏暗模糊,图像定位传感器不能正常发挥作用,电构具有贴附和移动功能。上海交通大学四开发了
基金论文:2014年度北京市属高等学校“长城学者”培养计划资助项目(CIT&TCD20150317)
油气增面エ程(http://www.yatdmgc.com)
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种如图2所示的罐壁爬行机器人,由磁盘驱动模装置,作业时先将车底油泥清理干净,以保证其运
块、变磁力吸附模块、转向调节模块组成,可用于动的平稳性。车轮式移动结构其越障能力和地形适
储油罐罐壁的清洗和检测作业。由于吸附式机器人应能力差、转弯效率低,所以较多使用于底泥较薄
不能承受较大的负载,故其清洗能力较弱,对于清的汽油、煤油油罐,不适合在底泥较厚的柴油与原
洗作业量主要集中于浮盘和罐底之间区域的内浮顶油油罐中使用。
罐来说,吸附式机器人清洗效率较低。
单脚吸附
移动机构
下位机控制箱
运动机构机架
图4污水沉降罐清洗小车
履带式移动结构是目前使用最普遍的移动结
构,其越障能力、地形适应能力强,可原地转弯,
能适应各种类型的油罐。比较有代表性的是英国
控制总线
上位
Surface Control公司开发的用于清洗油罐的真空槽
操作面板
车、美国 Petroleum Ferment公司开发的用于流化
制箱
和喷击底泥的完全水力车间、美国 Offshore Cleaning
图1壁虎式移动机构
Systems公司开发的 Industrobot"(见图5)和美国
Landry h服务公司开发的遥控自动小车等(见图6)
图2罐壁爬行机器人
车轮式移动机构具有高度的运动灵活性和高效
图5 I ndustrobot H5清洗机器人
率的特点。周利坤等介绍了一种如图3所示全方
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位轮式清洗机器人,采用了三个全向单元对称布局
的三轮全方位移动机构,可进行类似于吸扫式清扫
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车的吸扫作业。图4是中国石油大学开发的污水
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沉降罐在线清洗装置,其主体是由微型伺服电动机
驱动的轮式移动小车,车体上装有射流元件及虹吸
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图6 Landry遥控自动小车
2.2油罐清洗机器人进罐结构研究
对于目前主流的履带式油罐清洗机器人,其本
体结构大多采用了组装式和变形式两种。组装式机
器人往往体积大,质量大,机器人需要在罐外拆分
后通过人孔运入罐内,最后派遣技术熟练的工人进
图3全方位轮式清洗机器人
入罐内完成组装。拉格比 Hydrovac工业和石油服务
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