密相輸送在粉粒體氣力輸送上的項目應用淺析

摘要：密相輸送作為氣力輸送方式中的一種，因其具有耗氣量低、混合比高、輸送能力大、磨損小、物料不易破碎等優點，目前已在粉粒體輸送中得到廣泛應用?，F結合國內某聚酰胺項目（PA），簡要分析了密相輸送的應用以及配管過程中的若干設計要點。

關鍵詞：密相輸送;氣力輸送;粉粒體;管道布置

0? ? 引言

氣力輸送起源于19世紀末葉的英國，并由阿林頓（Allington）于1886年對棉花纖維進行長距離氣力壓送的研究而取得成功，逐漸經過發展后被各個國家廣泛應用于砂子、棉花籽、谷物、水泥和煤粉等粉粒體的輸送。

1? ? 氣力輸送簡介和分類

氣力輸送屬于流體輸送，它是以空氣或其他稀有氣體作為工作介質，通過氣體的流動將粉粒體物料輸送到指定地點，也可以把氣力輸送定義為借助正壓或負壓氣流通過管道輸送物料的技術。流體管道輸送因其具有輸送效率高，占地面積小，成本相對較低，維護管理方便，系統密閉粉塵逸出很少等優點，在國內工業化發展的幾十年中，被越來越多的企業所采用。

氣力輸送按照不同的分類方式，可以分為以下幾類：

（1）按照氣力壓強分可以分為吸送式和壓送式。吸送式指的是輸送管中的壓強低于外界大氣壓（標準大氣壓等于101.325 kPa），吸送式輸送又按照氣源真空度的不同分為低真空式（氣源真空度不超過10 kPa）和高真空式（氣源真空度在10～50 kPa）;壓送式指的是輸送管中的輸送壓力高于外界大氣壓，按照氣源的表壓強分為低壓式（氣源表壓強不超過50 kPa）和高壓式（氣源表壓強可高達700 kPa）。

（2）按照氣流中固體和氣體的濃度比可以分為稀相輸送和密相輸送。固體和氣體的濃度比，即混合比或固氣比、料氣比R，指的是單位質量氣體所輸送的固體質量?；旌媳仍?5以下（通常R=0.1～5）的氣力輸送稱為稀相輸送，混合比大于25的氣力輸送稱為密相輸送。

2? ? 密相輸送的類型

密相輸送的粉粒體物料，在輸送過程中以栓狀或柱狀的形式，依靠物料管中每段料柱前后的氣壓差推動物料的輸送。所以，密相輸送中的輸送氣流速度一般都很低，通常為2～10 m/s。密相輸送經過多年的發展和開發，物料流動形式分類大致如圖1所示。

輸送方式的選擇很大程度上取決于輸送物料的特性，其中單料栓輸送因為不需要出料閥、脈沖氣刀、振動氣刀等技術裝置，也不需要增加旁通管，因此在石油化工粉粒料產品，如PET、PA、PE、PP、ABS、PTA等分布均勻、料性穩定的物料輸送中得到較多的應用，其物料輸送速度為3～6 m/s。

國內某聚酰胺（PA）項目，因物料緩沖罐出口到料倉進料器的水平距離只有2 m多，垂直高度又高，如果采用稀相輸送，水平加速段要求無法達到，不僅耗氣量大，而且因為水平距離不夠、輸送速率高會產生較多的產品破損，產品的磨琢性會對彎頭產生更大的磨損而使得彎頭使用壽命縮短，故成品輸送時選擇了密相輸送方式。此外，希望進料處能盡量簡化并避免揚灰，而且生產線有更換產品的需求，所以排除壓送式，選擇低壓真空吸送方式，如圖2所示。

如圖2所示，物料被吸送到料罐上的上料機后，通過排料閥進入料罐，含有粉塵的空氣被抽至凈化裝置過濾，最后通過真空泵排至大氣中。

3? ? 密相輸送管件選擇及管道布置的若干注意事項

3.1? ? 管道的選用

密相氣力輸送時，因為物料成栓狀或柱狀流動，所以要求管道內壁光滑，一般會采用無縫鋼管或者玻璃管。采用玻璃管時，需考慮玻璃的易碎性，增加保護措施。輸送管徑不宜太大，否則不利于形成穩定的料柱。

3.2? ? 彎頭的選用

在粉粒體輸送過程中，由于物料和設備管道管件內壁有接觸式的相對運動產生摩擦，使得設備和管道、彎頭產生磨損，而其中改變物料輸送方向的彎頭往往是磨損最嚴重的管件;其次彎頭處是壓力損失較大的地方，而一般來說曲率半徑越大，壓力損失越小，所以盡量選擇曲率半徑大的。當曲率半徑大于彎頭當量直徑的15倍時，壓力損失的變化不顯著，但制作和現場施工卻很復雜。因此一般選用輸送管道當量直徑的6～12倍，根據石油化工粉粒產品氣力輸送工程技術規范（SH/T 3152—2007），推薦取物料輸送管內徑的6～12倍為宜。國內某聚酰胺項目基于以前的項目經驗，選用的是5倍徑的彎頭。此外，因彎頭磨損較大，拆卸和替換的頻率會高，所以最好在設計及采購彎頭時兩端各加上一段直管段，拆卸時將彎頭兩側連接件拆除后即可快速進行更換。

3.3? ? 法蘭的選用

考慮到現場安裝和拆卸的便利，管段通常分為6 m一段，管段與管段之間的連接件，一般選用管箍、焊接用套管、法蘭等形式。在中低壓氣力輸送中應用較多的是平板法蘭的連接，如圖3所示。而對于一些會因為管子錯位產生渦流造成局部磨損的磨削性物料的輸送或者密相輸送，活套法蘭加上榫槽面焊環的連接方式更適合一些，如圖4所示。

國內某聚酰胺項目應用的就是活套法蘭連接形式，活套法蘭相對于其他法蘭拆卸更加容易，尤其是對于磨損嚴重的彎頭等處，可以及時替換。榫槽面的焊環（COLLAR）在焊接過程中和管道內表面焊點處理比較平滑，沒有臺階，因此在物料輸送過程中，物料不會因為臺階問題導致在管道內有殘留。基于某聚酰胺項目有同條生產線換不同產品的需求，管道內零物料殘留，就不會影響下一條生產線的轉換，不會對新產品產生污染;其次，有臺階就意味著臺階處所受的物料撞擊和力是最大的，也是最容易受到磨損的，容易導致管件經常性損壞、影響生產;再者，在安裝過程中，榫槽面相對于其他端面形式對準之后更為牢固，對于法蘭孔的對準以及螺栓安裝相對而言比較容易，對于現場施工隊的要求不高。當應用于經常要求拆卸的地方時，可以應用快速連接法蘭形式，如圖5所示。

對于要求不高的低壓真空輸送，管道之間的連接方式考慮安裝和拆卸便利也可選用管箍。

（1）物料輸送管在滿足工藝要求和輸送要求的情況下，管路應盡量短。

（2）彎頭因在物料輸送過程中磨損和壓力損失大，而且彎頭還是引起物料破碎和輸送不穩定、堵塞的主要管件，所以彎頭數量要盡量減少。此外，兩個彎頭之間的間距不宜太小，以防止物料在第一個彎頭減速后未充分加速即進入第二個彎頭，不光會減慢輸送速度，甚至還有可能導致堵塞。在選用大曲率半徑彎頭的前提下，兩個彎頭之間的間距最少應為管徑的10～40倍，進料倉的最后兩個相連的彎頭除外。

（3）當料倉有稱重需求時，物料管與料倉接口應采用軟連接。

（4）輸料管管路分叉處，宜選用雙向換向閥;若工藝對物料在管道中存有少量死角沒有特殊規定，也可選用兩只切斷閥進行分叉換向。對于換向閥，總的要求是結構簡單、密閉性好、使用可靠、壽命長、阻力小、維修方便等。某聚酰胺項目中采用的氣動換向閥，3個端口均為法蘭面形式，一個為物料入口，另外兩個為物料出口，由氣缸帶動旋塞換向。

（5）對于局部阻力加大的管件應盡量靠近壓力高的一側，如某聚酰胺項目采用的低壓真空密相輸送，換向閥放在靠近吸料點的位置，靠近平臺工人的操作范圍，換向閥中心距平臺面1.2 m，并在換向閥的出入口處設置支架，便于拆卸，如圖6所示。

（6）對于負壓輸送，宜在管路易堵的地方開補氣口，當輸送管道堵塞時將其打開，讓空氣流入吹通管道。

4? ? 結語

綜上所述，密相輸送相比較稀相輸送來說，風量小、混合比高、物料破碎少、尾部的氣固分離簡單，由于具備這些特點，密相輸送已逐步廣泛應用于工業粉粒體物料的輸送中。隨著新技術、新設備、新工藝、新材料的推廣和不斷完善提高，氣力輸送必將成為工業生產中的一個重要環節。

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收稿日期：2020-03-23

作者簡介：孫凱萍（1985—），女，浙江人，工程師，研究方向：管道布置。