白炭黑輸送系統(tǒng)針對彎管磨損的改進

王紹華(北京橡膠研究設(shè)計院，北京 100143)

白炭黑輸送系統(tǒng)針對彎管磨損的改進

王紹華
(北京橡膠研究設(shè)計院，北京 100143)

目前橡膠行業(yè)中，針對白炭黑等物料的輸送，普遍使用單管稀相輸送的方式，氣料比低，氣流速度快，輸送時物料顆粒與管道內(nèi)壁碰撞摩擦劇烈，部分系統(tǒng)設(shè)備長時間使用后出現(xiàn)彎管磨穿漏料的問題。本文中分析了彎管磨損的原因，提出了改進方案，經(jīng)生產(chǎn)驗證，效果良好，為白炭黑輸送系統(tǒng)完善提供了有益的參考。

白炭黑；輸送系統(tǒng)；彎管磨損；改進

針對雙管密相氣力輸送系統(tǒng)在輸送白炭黑等原材料時輸送速度慢、管道堵塞概率高等問題，我院設(shè)計開發(fā)了白炭黑單管氣力輸送系統(tǒng)（以下簡稱白炭黑輸送系統(tǒng)）。本系統(tǒng)具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單成熟，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，日常維護量小，生產(chǎn)效率穩(wěn)定等特點，但部分輸送系統(tǒng)投產(chǎn)約3~5年后，輸送管道中的90°彎管出現(xiàn)管壁磨損，甚至磨穿漏料的情況，故需分析彎管磨損的原因，并對彎管進行針對性的改進，延長設(shè)備的使用壽命，保證正常生產(chǎn)。

1 白炭黑輸送系統(tǒng)簡介

白炭黑輸送系統(tǒng)(如圖1)，由解包站、十字加料器、羅茨風(fēng)機、輸送管道、分配器、日儲斗袋濾器、日儲斗、電氣控制等組成。白炭黑輸送系統(tǒng)使用單管稀相輸送原理，羅茨風(fēng)機作為動力源，十字加料器加料，通過變頻器調(diào)節(jié)十字加料器轉(zhuǎn)速，以控制輸送速度，選用108 mm×3 mm（外徑×壁厚）的304不銹鋼管作為輸送管道。

2 白炭黑輸送系統(tǒng)中彎管的磨損原因分析

白炭黑輸送系統(tǒng)從原理上講屬于單管稀相輸送，氣料比低、氣流速度快。

圖1 白炭黑輸送系統(tǒng)組成示意

一般認(rèn)為與彎管的磨損量相關(guān)的主要因素有：彎管曲率半徑、物料撞擊的角度、輸送的氣料比，物料本身的特性（如粒度、性狀、密度、硬度、破碎性、黏性等），以及彎頭的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)。由于輸送物料固定為白炭黑，其特性已經(jīng)固定，氣料比也已固定，故本文中只討論彎管的曲率半徑以及物料的撞擊角度與磨損量的關(guān)系。

2.1 彎管曲率半徑與磨損量的關(guān)系

在設(shè)計單管氣力輸送系統(tǒng)時，普遍認(rèn)為彎管的曲率半徑越大，物料的輸送狀態(tài)越接近直管輸送，阻力越小。故輸送管道走向設(shè)計時，設(shè)計人員均選擇盡可能的放大90°彎管的曲率半徑，以減少氣流能量損失和彎管處的物料積聚，降低管道堵塞概率。我院設(shè)計的單管白炭黑輸送中，依據(jù)廠方生產(chǎn)輸送量要求、羅茨風(fēng)機風(fēng)量等相關(guān)因素計算出輸送管道內(nèi)徑D=100 mm，目前選用的90°彎管曲率半徑R=10D，即R=1 000 mm。

帶料氣流在通過彎管時，氣流速度快，由于白炭黑顆粒的密度遠大于氣體的密度，白炭黑顆粒產(chǎn)生的離心力比氣體介質(zhì)產(chǎn)生的離心力大的多。在離心力的作用下，白炭黑顆粒在彎管處與氣體介質(zhì)分離，并以射流的形式高速打擊彎管的表面（如圖2）。大量的物料顆粒與管壁表面接觸撞擊，將彎管內(nèi)壁上切削出一條條細小的溝痕，甚至直接切除一部分金屬，形成磨損槽。

圖2 物料通過彎管示意

隨著大量的帶料氣流持續(xù)通過，管壁表面將不斷產(chǎn)生出新的溝痕，溝痕繼續(xù)被沖刷磨損后，最終將導(dǎo)致管壁磨穿，現(xiàn)場實際勘察磨穿管道，發(fā)現(xiàn)其磨損位置位于物料與彎管內(nèi)壁的第一個碰撞點，即圖2中所示。

研究表明，減小彎管的曲率半徑，可減緩彎管處的氣流速度，延緩物料粒子通過彎管的速度，從而增加彎管處的物料濃度，此部分聚集的粒子在一定程度上可形成保護層，抵御后續(xù)物料粒子的沖擊，從而保護彎管內(nèi)壁。但同時，由于物料粒子在此處聚集，相互碰撞，損失的能量較多，也增加了管道堵塞的概率。

2.2 物料沖擊角度與磨損量的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)：物料沖擊管壁的沖擊角，與磨損量的關(guān)系如圖3所示。

圖3 物料的沖擊角度和磨損量

從圖3中可以看出，隨著角度的增大，磨損量逐步加大，撞擊角在30°左右時達到最大，后逐步減小。故在彎管設(shè)計時，避免沖擊磨損量最大的角度，可一定程度上減少彎管磨損。

3 針對白炭黑輸送減少彎管磨損的措施

依據(jù)以上分析，針對彎管的磨損，提出了以下整改方案：

方案一：在管道內(nèi)壁噴涂復(fù)合耐磨材料；

方案二：在彎管磨穿處，附加更易替換的襯板，便于更換；

方案三：減小彎管的曲率半徑，降低氣流通過彎管的速度；

方案四：借鑒雙管密相氣力輸送的管道結(jié)構(gòu)，在彎管處增加橡膠內(nèi)襯。

方案一考慮在管道內(nèi)壁噴涂耐磨材料，但由于彎管的長度較長，故在其內(nèi)壁噴涂耐磨材料時的施工難度較大，且很難保證噴涂完整均勻，另耐磨材料為位于內(nèi)壁，其磨損消耗量很難判定，一旦耐磨材料消耗完未及時重新噴涂，則會造成彎管磨損。方案二考慮在磨穿后增加可拆卸的襯板，結(jié)構(gòu)較為簡單，但是由于新增的襯板與原管道內(nèi)壁不能完全貼合，會造成彎管內(nèi)壁不平整，輸送時物料可能在此處聚集，增加管道堵塞概率，同時從圖2中可以看出，粒子的碰撞點較多，故需在多處增加襯板，且面積較大。方案三通過減小彎管的曲率半徑，使得物料粒子在此處集聚從而形成保護層的方式降低磨損，但輸送中氣流在彎管時速度損失較多，增加了管道堵塞的概率，而一旦管道堵塞，疏通則需要較長的時間，甚至短時間無法修復(fù)，則可能影響正常的生產(chǎn)。方案四借鑒雙管密相輸送的管道結(jié)構(gòu)，在彎管處增加橡膠內(nèi)襯，在不改變彎管內(nèi)徑D及曲率半徑R的前提下，增加橡膠內(nèi)襯（如圖4），內(nèi)襯外壁與不銹鋼管道內(nèi)壁約有3 mm的間隙，

圖4 增加內(nèi)襯后彎管結(jié)構(gòu)示意圖

同時在不銹鋼管道上增加通氣孔，使得輸送氣流通過時，內(nèi)襯可自由漲縮。內(nèi)襯將物料流和不銹鋼管道內(nèi)壁完全隔離，物料流通過彎管時，粒子不再直接撞擊不銹鋼管道內(nèi)壁，改為撞擊內(nèi)襯，橡膠材質(zhì)的內(nèi)襯表面光滑且有彈性，可緩沖白炭黑粒子的撞擊，減少磨損，同時亦可大幅度的減少粒子通過彎管時能量損失，提高輸送效率

經(jīng)綜合考量，最終選用了方案四：在彎管增加橡膠內(nèi)襯的方案，此方案有可完全杜絕磨損、成本低，施工難度小，使用壽命長等優(yōu)點。現(xiàn)場改造完成后，經(jīng)實際生產(chǎn)檢驗，效果良好，達到了預(yù)期。

此次彎管磨損問題的解決，為白炭黑輸送系統(tǒng)的設(shè)計提供了寶貴的經(jīng)驗，為系統(tǒng)設(shè)備進一步提高輸送效率，降低維護保養(yǎng)成本等提供了有益的參考。

[1] 馬正先.氣力輸送系統(tǒng)彎頭的結(jié)構(gòu)形式及合理選用[J].起重機械，1996.

[2] 程克勤.氣力輸送裝置[M]北京：機械工業(yè)出版社，1993.

Bend wear improvement with white carbon black conveying system

Bend wear improvement withWhite carbon black conveying system

Wang Shaohua
(Beijing Rubber Research and Design Institute, Beijing 100143)

single tube dilute phase conveying was wide spread used at present for rubber industry material transport, and low ratio of gas to material high air speed, friction severe particles collide with the wall of pipeline when transmission materials , part of the system equipment bend and leakage after long time use . This article analyzes the reason of bend and wear, put forward the improving measures, the result is good through production verification, and provides the beneficial reference for white carbon black pneumatic conveying system.

white carbon black; conveying system; bend wear; improve

TQ330.381

：1009-797X(2016)15-0054-03

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.15.012

(R-03)

王紹華(1984-),男，本科，工程師，主要從事上輔機小粉料系統(tǒng)的設(shè)計工作。

通訊郵箱：wsh27@126.com

2016-07-08