细颗粒包裹大颗粒高浓度浆体管道输送方法

摘要

本发明公开了一种细颗粒包裹大颗粒高浓度浆体管道输送方法，输送的固体颗粒料粒径小于6mm，包括以下步骤：取固体颗粒料中粒径小于0.075mm的细颗粒与水混合，形成浓度为10%～40%的悬浮浆；将悬浮浆与固体颗粒料混合，形成浓度为50%～75%的混合高浓度浆体；采用泵送的方式在管道中输送所述混合高浓度浆体，控制浆体流速为1.5m/s~4.5m/s且不低于临界流速，并施加1MPa～5MPa的绝对压力；按以上3个步骤完成浆体在管道中以细颗粒包裹大颗粒的伪均质流体形式的紊流运动，且管壁处形成0.5mm～2mm的黏性底层，减少物料对管道磨损。根据本发明的细颗粒包裹大颗粒高浓度浆体管道输送方法，可提高大小颗粒物料远距离运输的效率、安全性，延长管道使用寿命，节约运输成本，环保且经济。

说明书

技术领域

本发明涉及固体颗粒料管道输送方法技术领域，具体地讲是一种细颗粒包裹大颗粒浆体高浓度管道输送方法。

背景技术

浆体管道输送是从上世纪50年代兴起的一种新运输方式，它是将固体颗粒物料与液体（即水）混合，采用泵送的方式在管道中运输。目前，浆体管道输送按固体颗粒物料的大小分为两种类型：200目以下的粗固体颗粒，借助液体的紊流在浆体中形成悬浮状态，流速大于2米/秒，浓度低于50%，且管道横断面上固体颗粒浓度分布不均匀，即形成大颗粒在底部细颗粒在上部的推移质形式，运动中位于底部的大颗粒对管道的磨损较大，使用寿命为5年左右，只适用于短距离大颗粒物料输送；200目以上的粉末状颗粒，能均匀悬浮于浆体中，形成均质流体，流速小于2米/秒，浓度大于50%，管道横断面上固体颗粒浓度分布均匀，即颗粒均匀分布形成悬浮质形式，对管道的磨损较小，使用寿命大于20年，适用于长距离高浓度浆体输送。由此可见，目前浆体管道输送中存在两种情况，即输送细颗粒物料，管道磨损小，使用寿命长，输送粗颗粒物料，管道磨损大，使用寿命短。

国外浆体管道输送技术起步较早，主要针对200目以上细固体颗粒的长距离高浓度浆体输送，发展较为成熟，但一直沿用50年代没有改进方法的浆体输送技术。在浆体管道磨损研究中，如国内云南大红山管道公司的申请专利，只是考虑添加硫酸钠除氧和加石灰乳调节PH值对低碳钢的腐蚀和磨损（201410158707.5一种低磨损的浆体管道输送系统和方法，201420192707.2一种低腐蚀的浆体管道输送系统和方法）。我国浆体管道输送技术也主要应用200目以上细固体颗粒高浓度浆体远距离长寿命管道输送技术和200目以下粗固体颗粒低浓度浆体短距离短寿命管道输送技术。随着浆体管道输送技术的应用发展，诸如对尾矿、泥沙、煤等介质的大小颗粒、高浓度浆体远距离、长寿命管道输送中，若满足高浓度、远距离、长寿命管道输送，就需研磨固体颗粒达到200目以上才能符合管道运输要求，但是必然增加加工研磨和尾端脱水成本；若减小研磨和尾端脱水成本，形成大小颗粒物料进行管道输送，由于增大了管道的磨损，只能适用于低浓度浆体短距离、短寿命管道输送。

发明内容

本发明的目的是提供一种细颗粒包裹大颗粒高浓度浆体管道输送方法，使用不同承压强度的耐磨管道输送悬浮浆与大小颗粒物料形成的高浓度浆体，实现远距离、长寿命、低成本的管道输送。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种细颗粒包裹大颗粒高浓度浆体管道输送方法，输送的固体颗粒料粒径小于6mm，包括以下步骤：

取固体颗粒料中粒径小于0.075mm的细颗粒与水混合，形成浓度为10%～40%的悬浮浆；

将悬浮浆与固体颗粒料混合，形成浓度为50%～75%的混合高浓度浆体；

采用泵送的方式在管道中输送所述混合高浓度浆体，控制浆体流速为1.5m/s～4.5m/s且不低于临界流速，并施加1MPa～5MPa的绝对压力；

按以上3个步骤完成浆体在管道中以细颗粒包裹大颗粒的伪均质流体形式的紊流运动，且管壁处形成0.5mm～2mm的黏性底层，减少物料对管道磨损。

进一步地，所述管道是金相组织为针状贝氏体/板条状马氏体复相组织的贝氏体耐磨管道或粒状贝氏体/针状铁素体复相组织的贝氏体耐磨管道。

进一步地，所述固体颗粒料为沙或矿石或煤。

进一步地，所述固体颗粒料为沙，悬浮浆浓度为25%，混合高浓度浆体浓度为60%，流速为2.5m/s，绝对压力为2Mpa。

进一步地，所述固体颗粒料为矿石，悬浮浆浓度为40%，混合高浓度浆体浓度为50%，流速为4.5m/s，绝对压力为5MPa。

进一步地，所述固体颗粒料为精矿，悬浮浆浓度为20%，混合高浓度浆体浓度为75%，流速为3.5m/s，绝对压力为3MPa。

进一步地，所述固体颗粒料为煤，悬浮浆浓度为10%，混合高浓度浆体浓度为50%，流速为1.5m/s，绝对压力为1Mpa。

本发明的有益效果是：本发明的浆体管道输送方法，填补了国内外针对最大粒径为6mm的大小固体颗粒料形成的高浓度浆体远距离长寿命低成本管道输送技术的空白，能够提高输送介质颗粒大小的多样性，并满足远距离安全、有效运输的前提下，节约成本，延长管道使用寿命，可靠、经济、环保。

附图说明

图1是本发明细颗粒包裹大颗粒高浓度浆体管道输送的横剖面图。

图2是本发明细颗粒包裹大颗粒高浓度浆体管道输送的纵剖面图。

图3是本发明细颗粒包裹大颗粒高浓度浆体管道输送中，大颗粒受悬浮浆、绝对压力、流速的共同作用，形成向管道中心的流动的效果图。

其中1-管壁，2-紊流中心区，3-紊流过渡区，4-黏性底层，5-绝对压力。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的示例性实施例，本领域技术人员应当理解，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完全的，然而这些实施例仅仅是示意性的，不应当将本发明解释为局限于这些公开的示例性实施例。

根据本发明的细颗粒包裹大颗粒高浓度浆体管道输送方法，首先本发明浆体的制作采用的是悬浮浆代替常规溶剂-水，参与大小颗粒物料的混合（物料可以是矿石、煤、沙等等可以进行管道输送的介质，最大粒径为6mm），目的在于对大颗粒物料进行包裹，形成一定的悬浮作用，同时降低浆体在管道中运行的速度，减小粗颗粒对管道的磨损。其中悬浮浆可以采用三种方法形成：采用水与粒径小于0.075mm的细颗粒物料按照一定比例混合，其浓度为10%～40%，；循环利用尾端脱水产生的带细颗粒物料的废水作为首端参与物料混合的悬浮浆，需调整其浓度为10%～40%；利用研磨机构将部分物料研磨到0.075mm以下，与水配合形成10%-40%的悬浮浆。这三种悬浮浆的制作，可以单独采用某一种方法，也可以几种方法进行组合，提高悬浮浆的利用率。

其次，将制作好的悬浮浆与大小颗粒物料混合，形成浓度为50%～75%的高浓度混合浆体。如果浓度过小，大颗粒物料容易沉积于管道底部，物料输送过程中，会加大对管道底部的磨损；浓度过大，则增加浆体的黏稠度，增大泵的运行压力以及浆体在管路中的阻力损失。

再次，要保证高浓度浆体在管道中形成的绝对压力值为1MPa～5MPa（即可通过泵送压力来提供，泵送压力=基本运行压力+额外压力，基本运行压力指浆体在管道中流动所需的基本压力值，额外压力即指形成细颗粒包裹大颗粒条件所需的绝对压力），浆体流速1.5m/s～4.5m/s，且不低于临界流速（临界流速指浆体在管道中形成紊流运动所需的最低流速值），目的是，在悬浮浆、管道中浆体的绝对压力以及流速三个因素的共同作用下，形成细颗粒包裹大颗粒状的伪均质流体，运动过程中，浆体在管道横断面上是跳跃质和悬浮质形式，在整个管道中以紊流状态运行，从而使管道内壁能够形成厚度为0.5mm～2mm的黏性底层，保护管道免受大颗粒物料的磨损，减小颗粒对管道的磨损度，延长管道的使用寿命。为保证管道中的绝对压力和浆体流速满足设计要求，可以在管段适当位置加设串联泵或减小管道直径或在尾端增加阻力，保证绝对压力满足在管壁处形成厚度为0.5mm～2mm的黏性底层，且大颗粒往管道中间流动，不降到管壁处造成磨损。

另外，采用泵送方式输送高浓度浆体时，根据实际需要可选择离心渣浆泵或隔膜泵，其运行压力=基本运行压力（由浆体管道输送距离、高程、管道沿程及局部阻力损失确定）+额外压力（即本发明需提供给浆体的绝对压力）。

最后，根据物料颗粒对管壁磨损量以及管道自身的承压能力，可选择不同抗拉强度的贝氏体管线钢作为耐磨管道，如金相组织为针状贝氏体/板条状马氏体复相组织或粒状贝氏体/针状铁素体复相组织的贝氏体耐磨管道，满足管道使用寿命超过15年以上。此大小颗粒高浓度浆体管道输送过程中，沿线可采用地埋的方式，减少土地利用率，进一步实现长距离浆体管道输送，其中长距离可满足大于10Km的输送要求。

实施例1

利用细颗粒包裹大颗粒高浓度浆体管道输送方法，输送含有大小颗粒的泥沙，其中颗粒组成情况为0.25mm～0.5mm占20%，0.075mm～0.25mm占60%，粒径小于0.075mm占20%。输送距离115Km，年输送量1024万m³。利用粒径小于0.025mm的泥沙与水混合，形成浓度为25%左右的悬浮浆，再与大小颗粒泥沙混合，形成浆体浓度为60%。设计浆体管道中流速为2.5m/s，调节起始端泵的运行压力值，保证浆体在管道中正常运行的基础上，增加2MPa以上的额外压力，这部分压力即用来提供浆体在整个管道中的绝对压力值，与悬浮浆、浆体流速、绝对压力使高浓度浆体内颗粒形成跳跃质和悬浮质的伪均质流，在管道中以紊流形式运动，并于管道底部形成厚度为1.5mm左右的黏性底层，减小大颗粒泥沙对管壁的磨损。根据本发明的一个实施例，采用隔膜泵，泵的运行压力=基本运行压力+额外压力=25MPa（额外压力取2.0 MPa），输送管道采用耐磨钢管，其首端内径为400mm，管道65Km处管径为380 mm，110Km处为350 mm，目的是使整个管段都能满足设计要求的绝对压力和浆体流速。除首端和尾端外，其余位置的管道采用地埋方式，埋于防冻层一下1m。保证安全、有效、经济地管道输送泥沙前提下，实现了远距离、低成本运输，满足管道使用寿命在20年以上。

实施例2

利用本发明的浆体管道输送方法，输送含大小颗粒的矿石，其年输送量350万吨，输送距离30Km。其中粒径组成情况为0.5mm～0.075mm占15%，小于0.075mm占15%，其余含最大粒径在3mm左右的占70%，利用粒径小于0.025mm的泥沙与水混合，形成浓度为40%左右悬浮浆，再与大小颗粒矿石混合，形成浓度为50%的高浓度浆体。根据本发明的一个实施例，设计管道中浆体流速为4.5m/s，采用离心渣浆泵进行浆体输送，控制首端泵送压力=基本运行压力+额外压力=15MPa（额外压力取5MPa），随着输送距离的影响，为保证管道中部及尾部的绝对压力和浆体流速仍满足设计要求，可在30Km左右处对管道进行变径处理，即可对管道采取对称分岔的方式减小管道直径，且两分岔管管径之和不超过主管道直径（300mm）的90%，也可根据实际情况将主管分为3条。在悬浮浆、浆体流速、绝对压力三者共同作用下，高浓度浆体形成跳跃质和悬浮质形式的伪均质流，且在管道中以紊流运动，并于管壁处形成厚度为1.0mm左右的黏性底层，减小大颗粒矿石对管壁的磨损。根据本发明的一个实施例，采用内径为300mm贝氏体耐磨管进行矿浆输送，除首端、尾端以外，管道其余部分可埋于防冻层以下1m，保证矿浆安全、经济地输送至目的地，提高耐磨管道大于15年的使用寿命。

实施例3

输送精矿，其中颗粒粒径小于0.075mm占20%，0.075mm～0.7mm占80%，年输送量为400万吨，输送距离30Km。利用粒径小于0.075mm的精矿与水混合，形成浓度为20%左右悬浮浆。将悬浮浆与其余精矿物料混合，形成浆体浓度为75%的高浓度浆体。根据本发明的一个实施例，设计管道中浆体流速为3.5m/s，采用离心渣浆泵进行浆体输送，首端泵送压力=基本运行压力+额外压力=15MPa（额外压力取3MPa）。在悬浮浆、绝对压力、流速的条件下，能于管壁处形成厚度为2.0mm左右的黏性底层，保护管道免受颗粒的磨损。为保证输送过程中管道内部压力及流速满足设计要求，在输送距离为15Km处，加设串联泵，泵送压力根据实际情况而定。同时采用普通耐磨管道内径为300mm的耐磨管道进行浆体输送。保证矿浆安全、经济地输送至目的地，满足管道使用寿命在20年以上。

实施例4

输送物料为煤，煤物料颗粒分配情况为小于0.065mm占20%，0.065mm～0.25mm占20%，0.25mm～0.8mm占15%，0.8mm～6mm占45%，年输送量为380万吨，输送距离60Km。采用粒径小于0.075mm的细颗粒煤与水混合，或循环利用尾端脱水产生的带细颗粒物料的废水作为首端参与物料混合的悬浮浆，调整悬浮浆浓度为10%。将配合好的悬浮浆与煤物料混合，形成浓度为50%的高浓度浆体。根据本发明的一个实施例，控制浆体在管道中的流速为1.5m/s。采用离心渣浆泵进行煤物料的输送，其中泵送压力=基本运行压力+额外压力=20MPa（额外压力=1MPa）。在悬浮浆、绝对压力、流速的共同作用下，能于管壁处形成厚度为0.5mm左右的黏性底层，保护管道免受磨损。为保证在管道末端，其内部依然有足够满足设计要求的压力和流速，可采用尾端增加阻力的方式。本实施例输送管道内径为260mm的贝氏体耐磨管道，可根据实际情况，埋于地下，减小土地利用率，并保证安全、高效、经济地输送物料至目的地，满足管道使用寿命在20年以上。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域的技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形，都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。