什么是固体料浆管道?

[拼音]：guti liaojiang guandao

[外文]：solids-slurry pipeline

将固体破碎成粉粒状，与适量的液体配制成浆液，利用管道进行长距离输送，这种管道称为固体料浆管道，简称固体管道。因输送的物质是用液体载着固体的浆液，又称浆液管道。目前固体料浆管道主要用于输送煤、赤铁矿、磷矿、铜矿、铝矾土和石灰石等矿物。在矿业开采中，早已应用矿石与水掺和，通过管道由高处泄入低处的输送形式。这种形式运送距离较短，输送动力靠重力作用。而固体料浆管道是用增压设备为输送浆液提供压力能，运距远，输量大。

1889年3月美国人 W.G.安德鲁斯获得用管道输送固体的专利，并于1893年在芝加哥的世界博览会上展出。1914年英国的G.G.贝尔工程师将堆在泰晤士河码头的煤，制成煤、水各半的浆液，通过534米长、200毫米直径的铸铁管，用离心泵输往电厂锅炉房，流速为1.2米/秒。到终点后，再将煤水分离，将水输回到起点。这是最早用于生产的煤浆管道。

50年代中期开始建设长距离、大输量的固体料浆管道。1957年美国固本煤炭公司在俄亥俄州修建了一条173公里长、管径为254毫米的输煤管道，每年可输煤130万吨，后因故停输。从美国亚利桑那州北部黑梅萨地区的露天煤矿，到内华达州的莫哈夫电厂的输煤管道，于1970年11月建成投产，全长439公里，管径为457毫米，设计年输煤量为500万吨，一直运行至今。1977年5月在巴西建成并投产了全长393公里、管径为509毫米的萨马科铁矿浆管道，计划年输铁矿石1200万吨。随着固体料浆管道在技术上逐渐成熟，固体管道运输正在日益发展。

固体料浆管道可按所输物质分为煤浆管道、铁矿浆管道等；按所用的载体，可分为液送管道、风送管道等。液送管道的载体一般用水，也正在发展用甲醇等其他液体作载体。风送管道用压缩空气作为载体。目前长距离、大输量的固体料浆管道都采用浆液输送工艺。

主要包括制浆、管道输送和固液分离等三个过程。

包括两项工作：一是将所要输送的固体破碎到要求的粒度范围；二是将破碎的固体配制成符合管道输送要求质量的浆液。图1

为制煤浆的流程。将储仓中的煤输到振动筛上粗选，再进入球磨机破碎，经振动筛筛分后再进入棒磨机掺水湿磨，然后经储浆槽，安全筛筛分，合格的浆液最后进入稠浆储罐，罐中装有搅拌器，进行搅拌。用离心泵将经掺水稀释的稠浆进行抽样检验，符合外输要求的浆液即进入外输罐，准备外输。

在管道中流动的浆液是固液二相的混合物，其流态多变，必须在一定的流速下浆液才能稳定流动。在输量降低、流速减缓的情况下，会出现多种不均质流态，甚至产生固体沉积现象。为了保持浆液稳定流动，须确定合理的输送工艺，如筛选均质固体、确定合理破碎筛分、确定颗粒级配、配制适合浓度的浆液；还要根据年输送量选择适宜的管径、确定临界流速等。此外，在确定固体粒径和级配时，要考虑便于固液分离。因此，确定输送工艺是十分复杂的技术问题。

在固体管道中浆液的浓度受固体的重度、粒径等的限制。煤浆管道的浆液重量浓度在50％左右，而铁矿浆液的重量浓度为66％左右。管道输送工艺中应注意的问题有以下四点：

（1）浆液管道的流态。在相同的流速下，由于粒径级配不同，可形成三种基本流态：均质流态，在管道断面上颗粒均匀悬浮，各点的固体浓度相同；半均质流态，细颗粒均匀分布在管道全断面上部，但大颗粒则在下部运动，因此下部浓度大，上部浓度小，但不出现固体颗粒沉淀；非均质流态，全断面上浓度分布很不均匀，出现固体颗粒沉淀，并在管道底部出现沉淀层。严格地说，纯均质的浆液流是不存在的，同一种浆液当流速变化时，可以在均质流与半均质流或半均质流与非均质流之间转化。出现沉淀时的流速称为浆液的临界流速，这一流速也是非均质流与半均质流的分界点。固体管道应在临界流速以上输送浆液。

（2）固体料粒径的选择。固体管道营运是否经济，与颗粒粒径的选择有密切关系。制浆和脱水费用主要由设备投资和运行费用这两项组成，而这两项费用都与颗粒粒径有关。粒径越小，需要破碎的设备就多，耗用动力大；脱水也难，脱水的设备多，时间长，能耗也多。粒径与输送费用的关系更为复杂。粒径越大，浆液流态不稳定，临界流速大，耗能也大；粒径小，流态稳定，临界流速低，但也有一定的限度。如粒径小于某一数值，则会使浆液的粘度增加，能耗上升，脱水更加困难，输送费用反而增加。粒径的选择又与固体的重度有关。根据黑梅萨煤浆管道的经验，煤浆管道中的全部颗粒粒径要小于1.19毫米，其中20％的粒径要小于0.044毫米。当粒径小于0.044毫米的占 14％时，停输时会造成管道堵塞；后改为16％通过0.044毫米筛孔，仍有堵塞，但较易于启动；最后改为19％的粒径小于0.044毫米，再启动就比较容易。对不同的管道，上述条件还会改变。

（3）管道坡度。是造成管道堵塞的因素之一，因而管道坡度应有严格限制。固体料浆管道常用间歇输送来调节输量，停输后固体颗粒会沉淀。如果管道坡度大于沉淀物的自然安息角，沉淀物将向下滑动堆积，形成堵塞。如果堵塞的长度较短，可在启动压力下恢复流动。如果坡度大的管段过长，而堆积长度过长，将会给再启动带来困难。煤浆管道的敷设坡度一般不大于16°。

（4）水力坡降。某一输量下，浆液在单位管长的压力降。在固体料浆管道的计算中，采用最广泛的是杜兰德与康多利奥斯的计算式。这种计算式可用于煤浆、铝矾土固体管道计算，也可用于管径在720毫米以下、固体重度在1.5～3.95之间、重量浓度在5％～60％之间、粒径为0.509毫米左右的管道计算。计算式为:

式中im为浆液的水力坡度降；iω为水的水力坡降; iυ为体积浓度;D为管道直径;S为固体重度; V为平均流速;g为重力加速度；Cd为固体颗粒阻尼系数。上式表明，浆液的摩阻是水的摩阻加上固体在浆液中所产生的摩阻之和，与固体重度和体积浓度成正比。

此外，还有瓦斯普半均质流的计算式等多种经验计算式。影响水力坡降的因素很多，既有流态，又有粒径配比、粒状、浓度、流速、管径等等，因此，在试验中实测输送各种浆液的摩阻，更有实际意义。

固体料浆管道所输送的浆液一般由固体和水组成的，输至末站需进行脱水，以分离出固体送给用户。煤浆脱水流程见图2。

浆液先进入受浆罐，以调节管道输量和脱水量之间的不平衡。罐内的浆液输到振动筛区分为粗细粒度的浆液后再分别处理，粗粒浆液进入离心脱水机，脱过水的煤直接输给用户，排出的废液输往浓缩池。细粒浆液直接进入浓缩池，浓缩后的浆液经压滤机脱水得煤，供给用户。

上述工艺流程都用装有耐磨材料叶轮的大排量、低扬程的离心泵。管道沿线中间增压站的外输泵都用高压力、耐磨损的往复式活塞泵。