某磷化工厂矿浆管道弯头的改进

2016-09-20田维强

现代矿业 2016年8期

关键词：截面积涡旋矿浆

田维强

(贵州开磷集团矿肥有限责任公司)

某磷化工厂矿浆管道弯头的改进

田维强

(贵州开磷集团矿肥有限责任公司)

某磷化工厂矿浆管道输送过程中，原始设计选用的直角耐磨陶瓷复合管弯头使用寿命只有5个月左右，使用周期较短，对正常生产的影响较大。在分析与研究基础上，现场改用球形弯头，使用寿命可以提高3倍左右，效果显著。

弯头磨损管道

弯头作为改变管路方向的管件，在流体介质的管路输送中使用极为普遍，是管件中的重要组成部分。由于弯头结构的特殊性，相对于其他管道输送部件，更容易遭受所输送介质的冲刷腐蚀。有报道称，弯头的冲刷磨损比直管部分的磨损大约严重50倍[1]。因此，改善管路输出中的薄弱环节，提高弯头的使用寿命成为众多工矿企业无法回避的问题。

1　矿浆管道输送系统所存在的问题

碎至15～0mm的磷矿石从高处用弯管给入湿式球磨机中，球磨机排出的矿浆经水力旋流器分级，-100目占90%以上的溢流经管道输送至下游工序。长期的生产实践表明，原设计使用的直角弯头外侧极易磨损，即使选用耐磨陶瓷复合管，其使用寿命也仅有5个月左右，使用周期较短，对正常的生产影响较大。

2　改进措施与效果分析

探索试验表明，将原设计选用的直角弯头改为球形弯头，可将弯头的使用寿命提升一倍以上，效果较好。这主要是因为在二维空间内，以90°球形弯头为例，当磷矿浆的固液混合物以速度v1从A管流入球内时，因入口截面积突然扩大，使流动的连续性遭到破坏，在原有流场扩大的同时，两侧死角处激起涡旋，其流线分布由对称状态逐渐过渡到非对称状态，见图1。

随着流动过程的继续，球内流动由(a)过渡到(b)。这时，根据流体力学连续性原理，流速与截面积之间的关系式

(1)

式中，v1为流体在A管中的流速，m/s；s1为A管的横截面积，m2；v2为流体流过球心截面处的速度，m/s；s2为球心截面积，m2。表明在同一管路系统中，流速与流过的截面积大小成反比。由于所选用球的半径为管道半径的2～3倍，因此，故v1比v2大。

图1　球形弯头的流动分布

流体在球内速度迅速降低的同时，压力升高，即流体的动能转变为压力能。球内不断升高的压力迫使流体从B管流出，流动达到相对稳定状态。从(a)到(c)的这一转变及流动的重新分布是在一个极短时间内完成的速度、压力和能量的转换过程[2-3]。由于球内气流涡旋及摩擦的存在，使球形弯头内的这一转变过程消耗了能量。因而出现了物料传输中的弯头压力损失。在矿浆输送系统中,当固液混合物流过转弯处,受惯性力的作用,冲刷紧贴弯头的外侧面,使此处很快被磨穿,因此直角弯头使用寿命较短(图2)。根据固液相在弯头内部的分布规律，结合冲蚀模型[4]及球形弯头和直角弯头的数值模拟[5]可知：当A、B两条管道通过球形弯头作90°转弯时,球形弯头进口直管段部分的颗粒分布较为均匀，而随着混合液的流动，A管流入球内的流体,首先速度锐减至1/4～1/9倍(因截面积增大4～9倍),固相逐渐向图1中CD断面沉积，进入球体后由于受到重力和附近回流的影响，固相颗粒开始出现明显的沉积现象，特别是靠近直管出口区域及图1中DF段。矿浆进入球形弯头内很难直接冲刷到球的内表面,而是与球内的涡旋发生摩擦及物质和能量的交换。因此,矿浆对球壁的直接磨损被缓冲而削弱。对球壁直接磨损的是球内的涡旋，而涡旋的旋速较低，且集中在进、出口管与球体的交接部位 (图1中的C、D、E、F处)，这里就成为球形弯头最先被磨蚀的地方。即使如此,根据球形弯头和直角弯头的数值模拟[5]可知，在入口流速相同的情况下，弧形直角弯头的磨损量是球形弯头的2.5～3倍。若对进、出管与球体对接处的球面作加固焊接,预计球形弯头使用周期会更长。