固體料漿管道
正文
將固體破碎成粉粒狀,與適量的液體配製成漿液,利用管道進行長距離輸送,這種管道稱為固體料漿管道,簡稱固體管道。因輸送的物質是用液體載著固體的漿液，又稱漿液管道。目前固體料漿管道主要用於輸送煤、赤鐵礦、磷礦、銅礦、鋁礬土和石灰石等礦物。在礦業開採中，早已套用礦石與水摻和，通過管道由高處泄入低處的輸送形式。這種形式運送距離較短，輸送動力靠重力作用。而固體料漿管道是用增壓設備為輸送漿液提供壓力能，運距遠，輸量大。沿革 1889年3月美國人 W.G.安德魯斯獲得用管道輸送固體的專利，並於1893年在芝加哥的世界博覽會上展出。1914年英國的G.G.貝爾工程師將堆在泰晤士河碼頭的煤，製成煤、水各半的漿液，通過534米長、200毫米直徑的鑄鐵管，用離心泵輸往電廠鍋爐房,流速為1.2米/秒。到終點後，再將煤水分離,將水輸回到起點。這是最早用於生產的煤漿管道。
50年代中期開始建設長距離、大輸量的固體料漿管道。1957年美國固本煤炭公司在俄亥俄州修建了一條173公里長、管徑為254毫米的輸煤管道，每年可輸煤130萬噸，後因故停輸。從美國亞利桑那州北部黑梅薩地區的露天煤礦,到內華達州的莫哈夫電廠的輸煤管道,於1970年11月建成投產，全長439公里，管徑為457毫米，設計年輸煤量為500萬噸，一直運行至今。1977年5月在巴西建成並投產了全長393公里、管徑為509毫米的薩馬科鐵礦漿管道，計畫年輸鐵礦石1200萬噸。隨著固體料漿管道在技術上逐漸成熟，固體管道運輸正在日益發展。
分類 固體料漿管道可按所輸物質分為煤漿管道、鐵礦漿管道等；按所用的載體，可分為液送管道、風送管道等。液送管道的載體一般用水，也正在發展用甲醇等其他液體作載體。風送管道用壓縮空氣作為載體。目前長距離、大輸量的固體料漿管道都採用漿液輸送工藝。
工藝 主要包括製漿、管道輸送和固液分離等三個過程。
製漿 包括兩項工作：一是將所要輸送的固體破碎到要求的粒度範圍；二是將破碎的固體配製成符合管道輸送要求質量的漿液。圖1
為制煤漿的流程。將儲倉中的煤輸到振動篩上粗選，再進進球磨機破碎，經振動篩篩分後再進入棒磨機摻水濕磨，然後經儲漿槽，安全篩篩分，合格的漿液最後進入稠漿儲罐，罐中裝有攪拌器，進行攪拌。用離心泵將經摻水稀釋的稠漿進行抽樣檢驗，符合外輸要求的漿液即進入外輸罐，準備外輸。 管道輸送 在管道中流動的漿液是固液二相的混合物，其流態多變，必須在一定的流速下漿液才能穩定流動。在輸量降低、流速減緩的情況下，會出現多種不均質流態，甚至產生固體沉積現象。為了保持漿液穩定流動，須確定合理的輸送工藝，如篩選均質固體、確定合理破碎篩分、確定顆粒級配、配製適合濃度的漿液；還要根據年輸送量選擇適宜的管徑、確定臨界流速等。此外,在確定固體粒徑和級配時,要考慮便於固液分離。因此，確定輸送工藝是十分複雜的技術問題。
在固體管道中漿液的濃度受固體的重度、粒徑等的限制。煤漿管道的漿液重量濃度在50％左右，而鐵礦漿液的重量濃度為66％左右。管道輸送工藝中應注意的問題有以下四點：
①漿液管道的流態。在相同的流速下，由於粒徑級配不同，可形成三種基本流態：均質流態，在管道斷面上顆粒均勻懸浮,各點的固體濃度相同；半均質流態,細顆粒均勻分布在管道全斷面上部，但大顆粒則在下部運動，因此下部濃度大，上部濃度小，但不出現固體顆粒沉澱；非均質流態，全斷面上濃度分布很不均勻，出現固體顆粒沉澱,並在管道底部出現沉澱層。嚴格地說,純均質的漿液流是不存在的,同一種漿液當流速變化時,可以在均質流與半均質流或半均質流與非均質流之間轉化。出現沉澱時的流速稱為漿液的臨界流速，這一流速也是非均質流與半均質流的分界點。固體管道應在臨界流速以上輸送漿液。
②固體料粒徑的選擇。固體管道營運是否經濟，與顆粒粒徑的選擇有密切關係。製漿和脫水費用主要由設備投資和運行費用這兩項組成，而這兩項費用都與顆粒粒徑有關。粒徑越小，需要破碎的設備就多，耗用動力大；脫水也難，脫水的設備多，時間長，能耗也多。粒徑與輸送費用的關係更為複雜。粒徑越大，漿液流態不穩定，臨界流速大，耗能也大；粒徑小，流態穩定，臨界流速低,但也有一定的限度。如粒徑小於某一數值,則會使漿液的粘度增加，能耗上升，脫水更加困難，輸送費用反而增加。粒徑的選擇又與固體的重度有關。根據黑梅薩煤漿管道的經驗，煤漿管道中的全部顆粒粒徑要小於1.19毫米,其中20％的粒徑要小於0.044毫米。當粒徑小於0.044毫米的占 14％時，停輸時會造成管道堵塞；後改為16％通過0.044毫米篩孔，仍有堵塞,但較易於啟動；最後改為19％的粒徑小於0.044毫米,再啟動就比較容易。對不同的管道，上述條件還會改變。
③管道坡度。是造成管道堵塞的因素之一，因而管道坡度應有嚴格限制。固體料漿管道常用間歇輸送來調節輸量，停輸後固體顆粒會沉澱。如果管道坡度大於沉澱物的自然安息角，沉澱物將向下滑動堆積，形成堵塞。如果堵塞的長度較短，可在啟動壓力下恢複流動。如果坡度大的管段過長，而堆積長度過長，將會給再啟動帶來困難。煤漿管道的敷設坡度一般不大於16°。
④水力坡降。某一輸量下，漿液在單位管長的壓力降。在固體料漿管道的計算中，採用最廣泛的是杜蘭德與康多利奧斯的計算式。這種計算式可用於煤漿、鋁礬土固體管道計算,也可用於管徑在720毫米以下、固體重度在1.5～3.95之間、重量濃度在5％～60％之間、粒徑為0.509毫米左右的管道計算。計算式為:
此外，還有瓦斯普半均質流的計算式等多種經驗計算式。影響水力坡降的因素很多，既有流態，又有粒徑配比、粒狀、濃度、流速、管徑等等，因此，在試驗中實測輸送各種漿液的摩阻，更有實際意義。
固液分離 固體料漿管道所輸送的漿液一般由固體和水組成的,輸至末站需進行脫水,以分離出固體送給用戶。煤漿脫水流程見圖2。
漿液先進入受漿罐，以調節管道輸量和脫水量之間的不平衡。罐內的漿液輸到振動篩區分為粗細粒度的漿液後再分別處理，粗粒漿液進入離心脫水機，脫過水的煤直接輸給用戶，排出的廢液輸往濃縮池。細粒漿液直接進入濃縮池，濃縮後的漿液經壓濾機脫水得煤，供給用戶。 上述工藝流程都用裝有耐磨材料葉輪的大排量、低揚程的離心泵。管道沿線中間增壓站的外輸泵都用高壓力、耐磨損的往復式活塞泵。
