壓力式氣力輸送技術(shù)應(yīng)用在提煉車間的工程設(shè)計(jì)

付江濤

（中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

醫(yī)藥企業(yè)的提煉車間經(jīng)常涉及到粉狀固體物料的投料和轉(zhuǎn)運(yùn)。傳統(tǒng)人工投料方式在操作過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵難以收集，如果固體物料具有毒性，粉塵對(duì)環(huán)境和工人還會(huì)造成二次污染及傷害。

某醫(yī)藥企業(yè)提煉車間固體物料的投料采用的氣力輸送技術(shù)，因其具有工藝布置靈活，不受場(chǎng)地限制，管道密閉輸送不受氣候影響，無(wú)揚(yáng)塵利于環(huán)保，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，常用于粉狀固體物料的長(zhǎng)距離輸送。

1 氣力輸送裝置的類型

1.1 吸送式氣力輸送裝置

吸送式氣力輸送裝置采用羅茨風(fēng)機(jī)或真空泵作為起源設(shè)備，起源設(shè)備裝在系統(tǒng)的末端，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，整個(gè)系統(tǒng)形成負(fù)壓，由管道內(nèi)外存在的壓力差將空氣吸入輸水管。與此同時(shí)物料和一部分空氣便同時(shí)被吸入，并被輸送到分離器，在分離器中，物料與空氣分離；被分離出來(lái)的物料由分離器底部卸至接收料倉(cāng)，空氣被送到除塵器中凈化，凈化后的空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)排入大氣。由于吸送式氣力輸送系統(tǒng)的輸送壓差小，故僅適用于短距離輸送。

1.2 壓送式氣力輸送裝置

由于起源設(shè)備設(shè)在系統(tǒng)的進(jìn)料端，物料不能自由流暢地進(jìn)入輸料管，必須使用有密封壓力的供料裝置。當(dāng)風(fēng)機(jī)開(kāi)通后，管道中的壓力高于大氣壓力，物料從給料倉(cāng)經(jīng)給料器加入輸送管道中，隨即物料被壓送至接收料倉(cāng)，壓送氣體則經(jīng)除塵器凈化后排入大氣。壓送式氣力輸送系統(tǒng)又分為低壓式和高壓式2 種。低壓式氣力輸送系統(tǒng)的起源壓力一般低于0.1 MPa；高壓式氣力輸送系統(tǒng)的起源壓力一般為0.1 ～0.7 MPa。

2 氣力輸送裝置的設(shè)計(jì)

氣力輸送裝置的設(shè)計(jì)大多仍以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式或曲線為基礎(chǔ)，目前還沒(méi)有一個(gè)能包含一料特性的通用計(jì)算公式，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，必須通過(guò)同樣或類似物料在類似輸送量和輸送距離的條件下的模擬試驗(yàn)，取得經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，作為裝置設(shè)計(jì)依據(jù)。在開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)查有關(guān)的原始條件之前，首先必須明確氣力輸送并不是對(duì)所有物料輸送都通用的方式。只有對(duì)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的條件進(jìn)行細(xì)致地調(diào)查了解，才能正確選定方案和開(kāi)展設(shè)計(jì)。

需要了解掌握有關(guān)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的條件主要包括以下方面：

①輸送物料的物理化學(xué)特性，包括粒度分布、形狀、堆積密度、含水率、吸濕性、流動(dòng)性、磨琢性、腐蝕性等；②輸送量和操作頻繁程度；③輸送起點(diǎn)和終點(diǎn)的具體情況，包括輸送裝置前后機(jī)械連接情況、后方存?zhèn)}容量等；④輸送距離和管路布置情況，包括水平、垂直輸送管長(zhǎng)度、彎管數(shù)量等；⑤裝置運(yùn)轉(zhuǎn)管理?xiàng)l件，包括是否自動(dòng)控制、遙控和聯(lián)鎖，以及裝置的修理和保養(yǎng)要求等；⑥安裝地點(diǎn)的自然環(huán)境和地理?xiàng)l件等；⑦電源，包括了解當(dāng)?shù)毓╇姺绞郊半妷旱惹闆r；⑧其他，包括對(duì)噪聲、粉塵處理的要求等。

3 壓送式氣力輸送粉體物料的應(yīng)用

3.1 工藝流程及布置

某提煉車間反應(yīng)釜需要分別加入固體原料及催化劑。原料由上一工序干燥后得到固體粉料，經(jīng)壓送式氣力輸送系統(tǒng)管道輸送到設(shè)備上方，經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥將物料通過(guò)管直接自流到反應(yīng)釜中，含有粉塵的尾氣經(jīng)過(guò)袋式除塵器將粉塵過(guò)濾后可以直排大氣。催化劑由車間外的自動(dòng)折包機(jī)拆包后送入一樓的料倉(cāng)，在經(jīng)壓送式氣力輸送系統(tǒng)管道輸送到設(shè)備上方，經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥將物料經(jīng)過(guò)直管直接加入到反應(yīng)釜中。反應(yīng)釜設(shè)置在一樓，操作面在二樓，氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)備為了保證粉體物料能靠自流進(jìn)入反應(yīng)釜將設(shè)備都設(shè)置在了三樓投料區(qū)。投料區(qū)寬度為6000 mm，整個(gè)投料區(qū)由輕質(zhì)墻隔構(gòu)成獨(dú)立區(qū)域，避免粉塵進(jìn)去其他區(qū)域。

投料區(qū)及反應(yīng)釜上方都設(shè)置了電動(dòng)葫蘆方便設(shè)備檢修。電動(dòng)葫蘆的布置需要考慮吊裝設(shè)備過(guò)程，預(yù)留足夠空間。本工程反應(yīng)釜上方有從三樓樓板垂直進(jìn)入反應(yīng)釜的粉體物料輸送管道，并注意電動(dòng)葫蘆自身的寬度，以及最小距離下的吊鉤空間是否能夠滿足。

設(shè)備布置剖面如圖1 所示。電動(dòng)葫蘆尺寸見(jiàn)表1。

圖1 設(shè)備布置剖面Fig.1 Cutaway view of equipment layout

表1 電動(dòng)葫蘆設(shè)備尺寸Table 1 The size of electric hoist

3.2 輔助設(shè)備的布置

壓送式氣力輸送系統(tǒng)需要輸送風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，由于所采用的風(fēng)機(jī)噪聲較大，超過(guò)90 dB，即使增加了消聲器和隔音罩，也很難達(dá)到環(huán)保要求，故配套的輸送風(fēng)機(jī)一般布置在室外，當(dāng)布置在室內(nèi)時(shí)，需要設(shè)置在獨(dú)立的房間并對(duì)其進(jìn)行消聲與隔音等降噪處理，使其噪聲能夠達(dá)到《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

3.3 公用工程的設(shè)置

由于其自動(dòng)化程度高，壓送式氣力輸送系統(tǒng)配置了大量的自控儀表閥門，相應(yīng)需要配套儀表空氣。輸送風(fēng)機(jī)因其自身做功，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出口氣體溫度偏高，需要對(duì)氣體進(jìn)行降溫處理，在輸送風(fēng)機(jī)出口管道后常設(shè)置冷卻器，用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)即可。輸送系統(tǒng)中用到的旋轉(zhuǎn)閥和布袋除塵器需要配置壓縮空氣。

3.4 管道布置

管道應(yīng)架空或在地面上敷設(shè)，管道優(yōu)先采用法蘭連接，一般沿管道長(zhǎng)度為6 ～12 m 設(shè)一對(duì)法蘭連接，彎頭兩端應(yīng)設(shè)連接法蘭，焊縫最小間距為50 mm。管道與管道、管道與設(shè)備間的法蘭連接，必須設(shè)導(dǎo)線跨接，輸送管道與目的料倉(cāng)進(jìn)料管口應(yīng)采用柔性連接，管道凈高應(yīng)符合管道布置規(guī)范的要求，人員同行處管道底部的凈高不宜＜2.2 m，需同行車輛處管底的凈高不宜＜2.2 m。需同行車輛處管底的凈高視車輛的類型而有所不同，同行小型檢修機(jī)械或車輛時(shí)不宜＜3.0 m，同行大型檢修機(jī)械或車輛時(shí)≥4.5 m。

3.5 壓力損失

氣輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參數(shù)包括：管徑、氣流速度、風(fēng)機(jī)壓降、混合比等。通過(guò)管道的壓力損失計(jì)算可以直接或間接得到上述參數(shù)，因此壓力損失為氣力輸送的重要參數(shù)。主要的壓力損失計(jì)算方法包括力平衡法、附加壓降法、經(jīng)驗(yàn)公式法和壓降比法等。

常用的氣力輸送裝置的總壓力損失Δpt計(jì)算公式為：

式中Δpa為純氣體（氣體中不含物料） 運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的壓力損失，Pa；ΔPp為沿直管中輸送氣流與管壁、顆粒的摩擦，顆粒與管壁及顆粒之間相互碰撞摩擦產(chǎn)生的壓力損失，Pa；Δpj為將顆粒加速到穩(wěn)定輸送速度所產(chǎn)生的壓力損失，主要發(fā)生在供料器和彎管之后，Pa；ΔPsh為在垂直輸料管中提升物料時(shí)克服重力所產(chǎn)生的壓力損失，Pa；Δpw為彎管壓力損失，主要是由流動(dòng)方向改變而產(chǎn)生離心力作用，引起渦流以及物料沿外壁滑行所產(chǎn)生的壓力損失，Pa；Δpq為各主要部件如供料裝置、分離器、除塵器、消聲器等產(chǎn)生的壓力損失，Pa；Δpg為在壓送式中物料直接向大氣排出時(shí)，產(chǎn)生的排氣壓力損失，Pa。

3.6 管道選型與設(shè)計(jì)

物料在管道內(nèi)輸送時(shí)，與管壁的碰撞與摩擦是造成氣力輸送壓力下降的主要原因。

（1） 直管段 在直管段內(nèi)，物料所受的外力是氣流推力和物料自身的重力，以及物料與管壁的撞擊和物料間的相互碰撞作用力。在對(duì)長(zhǎng)度≥50 m的直管段進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，管道之間的連接需要使用法蘭，法蘭與法蘭之間的距離宜取10 ～20 m，同時(shí)管道上還需要設(shè)置伸縮節(jié)。

（2） 彎頭 與直管段內(nèi)物料受到的摩擦力外，彎頭內(nèi)的物料還受到了離心力的作用，導(dǎo)致部分物料在通過(guò)彎頭時(shí)，會(huì)多次的撞擊彎頭外側(cè)內(nèi)壁，造成磨損加劇。研究發(fā)現(xiàn)，彎頭部位的磨損率可比直管部分高50 倍，因此在氣力輸送管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使用直管段，避免使用彎頭。

4 結(jié)語(yǔ)

氣力輸送系統(tǒng)因其輸送管道能靈活布置；可實(shí)現(xiàn)散料輸送，效率高；系統(tǒng)密閉，粉塵飛揚(yáng)逸出少，環(huán)境衛(wèi)生條件好；運(yùn)動(dòng)零部件少，維修保養(yǎng)方便，自動(dòng)化程度高；能夠避免物料受潮、污損或混入其他雜質(zhì)，可以保證輸送物料的質(zhì)量。故粉粒狀物料的輸送越來(lái)越多地采用氣力輸送系統(tǒng)。

就醫(yī)藥企業(yè)而言，固體粉料性質(zhì)各異，有的具有可燃性甚至有毒性，密閉及自動(dòng)化程度高的氣力輸送系統(tǒng)提高了運(yùn)輸效率，也避免了工作中可能造成的傷害。