某磷化工廠礦漿管道彎頭的改進

2016-09-20 05:44:09田維強

現代礦業 2016年8期

田維強

(貴州開磷集團礦肥有限責任公司)

某磷化工廠礦漿管道彎頭的改進

田維強

(貴州開磷集團礦肥有限責任公司)

某磷化工廠礦漿管道輸送過程中，原始設計選用的直角耐磨陶瓷復合管彎頭使用壽命只有5個月左右，使用周期較短，對正常生產的影響較大。在分析與研究基礎上，現場改用球形彎頭，使用壽命可以提高3倍左右，效果顯著。

彎頭磨損管道

彎頭作為改變管路方向的管件，在流體介質的管路輸送中使用極為普遍，是管件中的重要組成部分。由于彎頭結構的特殊性，相對于其他管道輸送部件，更容易遭受所輸送介質的沖刷腐蝕。有報道稱，彎頭的沖刷磨損比直管部分的磨損大約嚴重50倍[1]。因此，改善管路輸出中的薄弱環節，提高彎頭的使用壽命成為眾多工礦企業無法回避的問題。

1　礦漿管道輸送系統所存在的問題

碎至15～0mm的磷礦石從高處用彎管給入濕式球磨機中，球磨機排出的礦漿經水力旋流器分級，-100目占90%以上的溢流經管道輸送至下游工序。長期的生產實踐表明，原設計使用的直角彎頭外側極易磨損，即使選用耐磨陶瓷復合管，其使用壽命也僅有5個月左右，使用周期較短，對正常的生產影響較大。

2　改進措施與效果分析

探索試驗表明，將原設計選用的直角彎頭改為球形彎頭，可將彎頭的使用壽命提升一倍以上，效果較好。這主要是因為在二維空間內，以90°球形彎頭為例，當磷礦漿的固液混合物以速度v1從A管流入球內時，因入口截面積突然擴大，使流動的連續性遭到破壞，在原有流場擴大的同時，兩側死角處激起渦旋，其流線分布由對稱狀態逐漸過渡到非對稱狀態，見圖1。

隨著流動過程的繼續，球內流動由(a)過渡到(b)。這時，根據流體力學連續性原理，流速與截面積之間的關系式

(1)

式中，v1為流體在A管中的流速，m/s；s1為A管的橫截面積，m2；v2為流體流過球心截面處的速度，m/s；s2為球心截面積，m2。表明在同一管路系統中，流速與流過的截面積大小成反比。由于所選用球的半徑為管道半徑的2～3倍，因此，故v1比v2大。

圖1　球形彎頭的流動分布

流體在球內速度迅速降低的同時，壓力升高，即流體的動能轉變為壓力能。球內不斷升高的壓力迫使流體從B管流出，流動達到相對穩定狀態。從(a)到(c)的這一轉變及流動的重新分布是在一個極短時間內完成的速度、壓力和能量的轉換過程[2-3]。由于球內氣流渦旋及摩擦的存在，使球形彎頭內的這一轉變過程消耗了能量。因而出現了物料傳輸中的彎頭壓力損失。在礦漿輸送系統中,當固液混合物流過轉彎處,受慣性力的作用,沖刷緊貼彎頭的外側面,使此處很快被磨穿,因此直角彎頭使用壽命較短(圖2)。根據固液相在彎頭內部的分布規律，結合沖蝕模型[4]及球形彎頭和直角彎頭的數值模擬[5]可知：當A、B兩條管道通過球形彎頭作90°轉彎時,球形彎頭進口直管段部分的顆粒分布較為均勻，而隨著混合液的流動，A管流入球內的流體,首先速度銳減至1/4～1/9倍(因截面積增大4～9倍),固相逐漸向圖1中CD斷面沉積，進入球體后由于受到重力和附近回流的影響，固相顆粒開始出現明顯的沉積現象，特別是靠近直管出口區域及圖1中DF段。礦漿進入球形彎頭內很難直接沖刷到球的內表面,而是與球內的渦旋發生摩擦及物質和能量的交換。因此,礦漿對球壁的直接磨損被緩沖而削弱。對球壁直接磨損的是球內的渦旋，而渦旋的旋速較低，且集中在進、出口管與球體的交接部位 (圖1中的C、D、E、F處)，這里就成為球形彎頭最先被磨蝕的地方。即使如此,根據球形彎頭和直角彎頭的數值模擬[5]可知，在入口流速相同的情況下，弧形直角彎頭的磨損量是球形彎頭的2.5～3倍。若對進、出管與球體對接處的球面作加固焊接,預計球形彎頭使用周期會更長。