固体料浆管道

更新时间:2023-12-10 06:45

长距离输送浆液的管道。浆液由固体破碎成粉粒状后与适量液体配制而成。现代管道运输中输送的固体主要是煤 ,此外还有铁、磷、铜、铝矾土和石灰石等矿物,所用液体一般为水。

名词详解

将固体破碎成粉粒状,与适量的液体配制成浆液,利用管道进行长距离输送,这种管道称为固体料浆管道,。因输送的物质是用液体载着固体的浆液,又称浆液管道。固体料浆管道主要用于输送煤、赤铁矿、磷矿、铜矿、铝矾土和石灰石等矿物。在矿业开采中,早已应用矿石与水掺和,通过管道由高处泄入低处的输送形式。这种形式运送距离较短,输送动力靠重力作用。而固体料浆管道是用增压设备为输送浆液提供压力能,运距远,输量大。

沿革

1889年3月美国人 W.G.安德鲁斯获得用管道输送固体的专利,并于1893年在芝加哥的世界博览会上展出。1914年英国的G.G.贝尔工程师将堆在泰晤士河码头的煤,制成煤、水各半的浆液,通过534米长、200毫米直径的铸铁管,用离心泵输往电厂锅炉房,流速为1.2米/秒。到终点后,再将煤水分离,将水输回到起点。这是最早用于生产的煤浆管道。

50年代中期开始建设长距离、大输量的固体料浆管道。1957年美国固本煤炭公司在俄亥俄州修建了一条173公里长、管径为254毫米的输煤管道,每年可输煤130万吨,后因故停输。从美国亚利桑那州北部黑梅萨地区的露天煤矿,到内华达州的莫哈夫电厂的输煤管道,于1970年11月建成投产,全长439公里,管径为457毫米,设计年输煤量为500万吨,一直运行至今。1977年5月在巴西建成并投产了全长393公里、管径为509毫米的萨马科铁矿浆管道,计划年输铁矿石1200万吨。随着固体料浆管道在技术上逐渐成熟,固体管道运输正在日益发展。

固体料浆管道可按所输物质分为;按所用的载体,可分为液送管道、风送管道等。液送管道的载体一般用水,也正在发展用甲醇等其他液体作载体。风送管道用压缩空气作为载体。长距离、大输量的固体料浆管道都采用浆液输送工艺。

制浆

包括两项工作:一是将所要输送的固体破碎到要求的粒度范围;二是将破碎的固体配制成符合管道输送要求质量的浆液。图1 为制煤浆的流程。将储仓中的煤输到振动筛上粗选,再进入球磨机破碎,经振动筛筛分后再进入棒磨机掺水湿磨,然后经储浆槽,安全筛筛分,合格的浆液最后进入稠浆储罐,罐中装有搅拌器,进行搅拌。用离心泵将经掺水稀释的稠浆进行抽样检验,符合外输要求的浆液即进入外输罐,准备外输。

管道输送

在管道中流动的浆液是固液二相的混合物,其流态多变,必须在一定的流速下浆液才能稳定流动。在输

量降低、流速减缓的情况下,会出现多种不均质流态,甚至产生固体沉积现象。为了保持浆液稳定流动,须确定合理的输送工艺,如筛选均质固体、确定合理破碎筛分、确定颗粒级配、配制适合浓度的浆液;还要根据年输送量选择适宜的管径、确定临界流速等。此外,在确定固体粒径和级配时,要考虑便于固液分离。因此,确定输送工艺是十分复杂的技术问题。

在固体管道中浆液的浓度受固体的重度、粒径等的限制。煤浆管道的浆液重量浓度在50%左右,而铁矿浆液的重量浓度为66%左右。管道输送工艺中应注意的问题有以下四点:

①浆液管道的流态。在相同的流速下,由于粒径级配不同,可形成三种基本流态:均质流态,在管道断面上颗粒均匀悬浮,各点的固体浓度相同;半均质流态,细颗粒均匀分布在管道全断面上部,但大颗粒则在下部运动,因此下部浓度大,上部浓度小,但不出现固体颗粒沉淀;非均质流态,全断面上浓度分布很不均匀,出现固体颗粒沉淀,并在管道底部出现沉淀层。严格地说,纯均质的浆液流是不存在的,同一种浆液当流速变化时,可以在均质流与半均质流或半均质流与非均质流之间转化。出现沉淀时的流速称为浆液的临界流速,这个流速也是非均质流与半均质流的分界点。固体管道应在临界流速以上输送浆液。

②固体料粒径的选择。固体管道营运是否经济,与颗粒粒径的选择有密切关系。制浆和脱水费用主要由设备投资和运行费用这两项组成,而这两项费用都与颗粒粒径有关。粒径越小,需要破碎的设备就多,耗用动力大;脱水也难,脱水的设备多,时间长,能耗也多。粒径与输送费用的关系更为复杂。粒径越大,浆液流态不稳定,临界流速大,耗能也大;粒径小,流态稳定,临界流速低,但也有一定的限度。如粒径小于某一数值,则会使浆液的粘度增加,能耗上升,脱水更加困难,输送费用反而增加。粒径的选择又与固体的重度有关。根据黑梅萨煤浆管道的经验,煤浆管道中的全部颗粒粒径要小于1.19毫米,其中20%的粒径要小于0.044毫米。当粒径小于0.044毫米的占 14%时,停输时会造成管道堵塞;后改为16%通过0.044毫米筛孔,仍有堵塞,但较易于启动;最后改为19%的粒径小于0.044毫米,再启动就比较容易。对不同的管道,上述条件还会改变。

③管道坡度。是造成管道堵塞的因素之一,因而管道坡度应有严格限制。固体料浆管道常用间歇输送来调节输量,停输后固体颗粒会沉淀。如果管道坡度大于沉淀物的自然安息角,沉淀物将向下滑动堆积,形成堵塞。如果堵塞的长度较短,可在启动压力下恢复流动。如果坡度大的管段过长,而堆积长度过长,将会给再启动带来困难。煤浆管道的敷设坡度一般不大于16°。

④水力坡降。某一输量下,浆液在单位管长的压力降。在固体料浆管道的计算中,采用最广泛的是杜兰德与康多利奥斯的计算式。这种计算式可用于煤浆、铝矾土固体管道计算,也可用于管径在720毫米以下、固体重度在1.5~3.95之间、重量浓度在5%~60%之间、粒径为0.509毫米左右的管道计算。计算式为: 式中im为浆液的水力坡度降;iω为水的水力坡降; iυ为体积浓度;D为管道直径;S为固体重度; V为平均流速;g为重力加速度;Cd为固体颗粒阻尼系数。上式表明,浆液的摩阻是水的摩阻加上固体在浆液中所产生的摩阻之和,与固体重度和体积浓度成正比。

此外,还有瓦斯普半均质流的计算式等多种经验计算式。影响水力坡降的因素很多,既有流态,又有粒径配比、粒状、浓度、流速、管径等等,因此,在试验中实测输送各种浆液的摩阻,更有实际意义。

固液分离

固体料浆管道所输送的浆液一般由固体和水组成的,输至末站需进行脱水,以分离出固体送给用户。煤浆脱水流程见图2。浆液先进入受浆罐,以调节管道输量和脱水量之间的不平衡。罐内的浆液输到振动筛区分为粗细粒度的浆液后再分别处理,粗粒浆液进入离心脱水机,脱过水的煤直接输给用户,排出的废液输往浓缩池。细粒浆液直接进入浓缩池,浓缩后的浆液经压滤机脱水得煤,供给用户。

补充说明

上述工艺流程都用装有耐磨材料叶轮的大排量、低扬程的离心泵。管道沿线中间增压站的外输泵都用高压力、耐磨损的往复式活塞泵。

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