浆体管道水力输送系统解决方案

AFT Fathom输送石膏浆液的应用案例             AFT Impulse输送油砂项目上的应用案例

浆体水力输送是利用水力输送固体物料的一种方式,即把固体物料磨碎后制成浆体通过管道输送到目的地。浆体输送主要用来输送煤浆、矿浆、石灰石浆、城市污泥、工业渣浆等。

高浓度长距离浆体管道输送技术的研究和应用在国际上已日趋完善,并迅速地应用到了实际项目中,而在我国起步则比较晚。长期以来,在我国有色金属尾矿处理方面一直都存在着基建大、投资大、占地多、污染重的问题。

浆体的水力输送特性

浆体从本质上说是固液两相流,该流体在管道内的流动不同于均质液体的流动。根据在管横断面上浆体内固体颗粒的分布情况,可将浆体分为均质和非均质。均质流体指管横断面内上下层无明显的固体浓度梯度,浆体内悬浮固体没有趋于向下沉降的惯性力,粘滞力在颗粒间起主导作用。非均质流体与此正好相反,横断面上下层固体浓度的变化非常明显,悬浮固体颗粒受惯性力的影响很强烈,而粘滞力几乎不存在。严格来说,真正的均质流体客观上是很少见的。因为在浆体中绝对静止的悬浮固体是不存在的,故客观上只存在着近似均质的流体,一般称为“拟均质”。目前,所谓管道输送的“高浓度浆体”主要是“拟均质”浆体。

“拟均质”浆体输送原理

图1:浆体流速与阻力损失的关系

对于拟均质流体,随着管路平均流速的减小,管道横截面内固体颗粒状态的变化越来越显著,直到某流速下在管道底部出现固定或滑动的床面,这个流速被称为淤积流速,也叫临界流速。临界流速象征着安全运行的下限,更低的流速会导致管内形成固体颗粒床面,摩阻损失随之相应的增大。如果流动充分减慢,将导致管道堵塞。流速与管道内阻力的关系曲线如上图1。

浆体管道水力输送的关键是确定以固体颗粒粒径为函数的最小运行流速(即临界流速)及在此流速下的水力坡降(即摩阻损失),然后利用等于或大于临界流速的流速输送浆体,才能使输送动力及管道内的阻力损失减到最低而且不会发生颗粒沉淀。在进行计算前必须确定流体的流变特性。固体颗粒的密度、粒径、浆体内固体物料的含量(浆体浓度)、管径和摩阻系数等都是决定浆体特性和输送参数的主要因素。

典型的浆体管道水力输送应用

1、精矿浆体管道输送

  • 1967年,世界第一条铁精矿管道——萨瓦奇河铁精矿管道在澳大利亚建成,全长85km,年运量230万吨。
  • 1977年,巴西建成世界上规模最大的萨马科铁精矿管道,全长397 km,年运量1200万吨。
  • 1997年6月29日,我国第一条铁精矿长距离浆体输送管道——太原钢铁集团(公司)尖山铁精矿管道运输工程顺利投入运营,实现了我国长距离浆体管道输送技术的实际应用。该管线全长102km,年输精矿200万吨。

2、煤浆管道输送

  • 世界第一条煤浆管道于1957年在美国俄亥俄州建成,全长173 km,年运量130万吨。
  • 1970年11月建成投产的美国黑梅萨煤浆管道是目前世界上运距最远、输煤量最大的煤浆管道,是至今最成功的典型实际项目案例。
  • 我国在1995年投产修建的一条从山西省盂县至山东省黄岛的盂(县)一潍(坊)一黄(岛)输煤管道,运距720 km,输送重量浓度达50%,年输送能力为70万。

3、尾矿浆体管道输送

尾矿浆体管道输送是常见的浆体管道输送项目。选矿厂尾矿管道输送作为短距离浆体管道输送系统,由于对浆体的特性要求不十分严格,且多为连续输送,因此一般仅需设浓缩设施,控制流量和浓度即可,而无需设其它设施。输送尾矿的浆体一般向尾矿库排放,在这里同时完成脱水和污水处理,处理后污水回收或排放。

浆体管道水力输送的优点

浆体管道水力输送固体物料的优点主要有:

  • 投资少、建设周期短、建设速度快;
  • 能耗小、运输成本低;
  • 能连续运行,不存在空载问题;
  • 能进行长距离输送;
  • 占农田少,不污染环境,不破坏生态平衡;
  • 受地形条件的限制少;
  • 作业率高,几乎可连续全年输送,几乎无物料损耗;
  • 易于自动控制、便于后期维护管理;

综述

浆体管道水力输送是一种经济有效、技术成熟的先进运输技术。浆体管道水力输送技术是有独特的特性,在项目设计和应用时,应使用先进的计算软件或工具对浆体进行详细分析,在项目设计前必须确定流体的流变特性,知道工艺设计要点。

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