一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，包括储浆罐，储浆罐内设置有搅拌器；储浆罐与喂浆泵通过管道相连；喂浆泵连接安全环管的一端；安全环管另一端与储浆罐相连通；安全环管局部为弯管；弯管沿煤浆流动方向连接有磨蚀短管；还公开了一种基于安全环管检测煤浆流变性能的方法；本发明专利技术的装置与实际管道同规格，装有多种检测仪表和装置，可做循环工业化煤浆流变特性检测实验，也可做进入主管线实际运输前煤浆安全特性检测。本发明专利技术的的方法可直接检测实际生产时煤浆流变特性、检测值可校验初始设计和修正经验参数。

A device and method for testing the rheological properties of coal slurry based on safety ring pipe

【技术实现步骤摘要】
一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置及方法
本专利技术属于管道输煤
，具体涉及一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置；还涉及一种基于安全环管检测煤浆流变性能的方法。
技术介绍
浆体大管径长距离管道输送已成为目前继铁路、公路、空运、船运后地第五种运输方式，具有绿色、节能、高能、适宜于地形复杂等优点，但是对其研究一直处于管径和长度缩小版的管道实验室阶段，利用小型环管试验数据进行数值模拟、理论公式、经验参数等方式推断浆体在实际运输中的状态，具有脱离实际的局限性。本装置具有和实际管道同规格、装有多种检测仪表和设备、环管可连接储罐进行循环，也可连接主管道进行实际输送的特点；可以进行实际管道输送状态和数据检测，指导制浆工艺；还可以观察管道内壁实际磨损情况；又可以用少量煤浆进行循环试验，也可以在实际输送前检测煤浆流变特性，保证煤浆参数合格后进入主管道，确保主管道安全运行。煤浆流变特性对于煤浆两相流长距离管道输送具有决定性的影响，是保障管道安全运行的第一道关口，而其检测一般局限于车间采样-实验室化验-模拟生产数据，可能存在取样缺乏代表性、检测结果失真、实验室与生产脱离等风险。利用本环管装置，可以实时检测生产运行时的煤浆流变特性，校验初始设计值和经验系数，探究实际生产的数据规律，从而使实验与生产零误差，保障管道安全运行。杨志强，陈得信，高谦，邹龙.金川矿山混合充填料浆环管试验系统与管输特性研究[J].有色金属工程，2017，7(1)：64-70，其中关于金山矿山充填料浆管道输送的环管试验系统中设计了3条不同管径的环管，管径均小于实际管道，仅适用于实验室做小型试验研究，不能作为实际运输前的安全监测；该试验方法基于小型环管的检测数据探究了管输阻力的影响因素及其规律，对实际生产具有一定的指导作用，但不能作为实际生产数据直接利用，需要结合生产探究实际生产的经验系数。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，与实际管道同规格，装有多种检测仪表和装置，可做循环工业化煤浆流变特性检测实验，也可做进入主管线实际运输前煤浆安全特性检测。本专利技术的第二个目的是提供一种基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，可直接检测实际生产时煤浆流变特性、检测值可校验初始设计和修正经验参数。本专利技术所采用的第一个技术方案是，一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，包括储浆罐，储浆罐内设置有搅拌器；储浆罐与喂浆泵通过管道相连；喂浆泵连接安全环管的一端；安全环管另一端与储浆罐相连通；安全环管局部为弯管；弯管沿煤浆流动方向连接有磨蚀短管；安全环管的入口处设置有压差变送器a、上中下采样点a；安全环管的水平直管部分设置有PH计、温度变送器、电磁流量计、密度计；安全环管出口处设置有压差变送器b、上中下采样点b；其中，电磁流量计位于密度计上游。本专利技术的特点还在于：安全环管的规格与实际输送管道主干线规格一致，外径为559～610mm，壁厚为9～17.5mm，粗糙度为0.2～0.3mm，长度为250～300m；安全环管的水平敷设角度为0°。磨蚀短管长度为0.8～1.2m。弯管的弯度半径为4～6D，D为安全环管的外径。储浆罐的具体规格为：Φ＝19*23m，有效容积5000m3，储存煤浆1700m3。喂浆泵的具体规格为：MetsoH3010×8变频离心渣浆泵，扬程70m，额定流量980m3/h。本专利技术所采用的第二个技术方案是，一种基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、根据实际年煤炭和浓度输送要求，计算实际运输管道小时输送量；根据小时输送量计算设计流速；步骤2、进行安全环管清水运行试验，以检测设备性能和阀门、仪表的可靠性，以及喂浆泵对流量的调节能力；步骤3、检测储浆罐中煤浆的比重、浓度、粒度级配、流变特性、滑移角、安息角，以保证煤浆特性符合安全环管的运行条件及安全环管安装坡度；其中，安全环管的规格与实际运输管道的规格一致；步骤4、进行不同浓度煤浆在不同流量下的安全环管运行试验；其中，试验浓度由高到低；每次高浓度试验完成后，通过二次制浆和水对煤浆进行稀释，得到下一试验所需浓度的煤浆；步骤5、根据步骤4的检测结果，计算影响环管安全运行的参数，即水力坡度、管道最小壁厚、管壁粗糙度、沿程损失、最低安全流速、均质度C/Ca；其中，C为上中下采样点b中上取样点的浓度，Ca为上中下采样点b中中取样点的浓度；步骤6、进行煤浆停车再启动试验，确定煤浆停车再启动安全时间；步骤7、根据步骤5、步骤6的结果，查看是否符合泵输标准；若符合标准，则采用实际运输管道进行输送；若不符合标准，则重新制浆，输入至储浆罐，再循环步骤2-步骤7；步骤8、试验结束后，用水将管道中的煤浆置换出去，防止煤浆在设备和管道中沉淀。本专利技术的特点还在于：步骤1中，设计流速V的计算公式如下：式中，Qar为管输收到基煤量，t/a；Mt为煤的全水含量，％；T为年工作时间，h；D为管道外径，mm；t为管道平均壁厚，mm；Cw为煤浆的重量浓度；ρs为煤浆的密度，t/m3；管道小时输送量Qs计算公式如下：Qs＝0.785×3600×10-6×V×(D-2t)2(2)式中，V为管道设计流速，m/s；D为管道外径，mm；t为管道平均壁厚，mm。步骤4中，安全环管运行试验具体过程如下：在安全环管(4)上通过压差变送器a(7)、压差变送器b(14)在线检测煤浆的压差，通过PH计(9)在线检测煤浆的pH，通过温度变送器(10)在线检测煤浆的温度，通过磁流量计(11)在线检测煤浆的流量，通过密度计(12)在线检测煤浆的的密度；在安全环管(4)的上中下采样点a(8)、上中下采样点b(13)采样，检测煤浆的穿透重、粒度级配、粘度、pH、浓度、流变特性、垂直沉降特性。步骤4中：(1)水力坡度的计算过程为：按照最小的角度敷设管道原则，即管道敷设角度γ应该小于安息角α、滑移角β的最小值，将角度转化为坡度：γ％＝tan(α,β)min，则环管最大敷设坡度为-γ％～γ％，煤浆的水力坡度设计值为γ％；(2)管道最小壁厚t的计算过程如下：式中，P为管道的设计压力，MPa；D为管道外径，mm；K为设计系数，一般地区取0.72，城镇郊区和站内取0.6；为管材的焊缝系数；σs为管材的最低屈服硬度，MPa；C为30年的磨蚀量，0.05mm/a；(3)管壁粗糙度的计算过程为：采用科尔布鲁克公式和莫迪公式计算管壁粗糙度，若两个公式计算出的粗糙度一致，则计算正确；否则，流体雷诺系数Re或摩擦因数λ取值不合理；科尔布鲁克公式如下：式中，Δ为管道绝对粗糙度，Δ＝0.26006mm；D为管道外径，mm；λ为摩擦因数，λ＝0.03；Re为流体雷诺数，适用于Re＝4000～108，Δ/D＝3×10-3～10-5，从水力学光滑管到完全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：包括储浆罐(1)，储浆罐(1)内设置有搅拌器(2)；储浆罐(1)与喂浆泵(3)通过管道相连；喂浆泵(3)连接安全环管(4)的一端；安全环管(4)另一端与储浆罐(1)相连通；安全环管(4)局部为弯管(5)；弯管(5)沿煤浆流动方向连接有磨蚀短管(6)；/n所述安全环管(4)的入口处设置有压差变送器a(7)、上中下采样点a(8)；安全环管(4)的水平直管部分设置有PH计(9)、温度变送器(10)、电磁流量计(11)、密度计(12)；安全环管(4)出口处设置有压差变送器b(14)、上中下采样点b(13)；其中，电磁流量计(11)位于密度计(12)上游。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：包括储浆罐(1)，储浆罐(1)内设置有搅拌器(2)；储浆罐(1)与喂浆泵(3)通过管道相连；喂浆泵(3)连接安全环管(4)的一端；安全环管(4)另一端与储浆罐(1)相连通；安全环管(4)局部为弯管(5)；弯管(5)沿煤浆流动方向连接有磨蚀短管(6)；
所述安全环管(4)的入口处设置有压差变送器a(7)、上中下采样点a(8)；安全环管(4)的水平直管部分设置有PH计(9)、温度变送器(10)、电磁流量计(11)、密度计(12)；安全环管(4)出口处设置有压差变送器b(14)、上中下采样点b(13)；其中，电磁流量计(11)位于密度计(12)上游。


2.如权利要求1所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：所述安全环管(4)的规格与实际输送管道主干线规格一致，外径为559～610mm，壁厚为9～17.5mm，粗糙度为0.2～0.3mm，长度为250～300m；
所述安全环管(4)的水平敷设角度为0°。


3.如权利要求1所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：所述磨蚀短管(6)长度为0.8～1.2m。


4.如权利要求1所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：所述弯管(5)的弯度半径为4～6D，D为安全环管(4)的外径。


5.如权利要求1所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：所述储浆罐(1)的具体规格为：Φ＝19*23m，有效容积5000m3，储存煤浆1700m3；
所述喂浆泵(3)的具体规格为：MetsoH3010×8变频离心渣浆泵，扬程70m，额定流量980m3/h。


6.一种基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、根据实际年煤炭和浓度输送要求，计算实际运输管道小时输送量；根据小时输送量计算设计流速；
步骤2、进行安全环管清水运行试验，以检测设备性能和阀门、仪表的可靠性，以及喂浆泵对流量的调节能力；
步骤3、检测储浆罐中煤浆的比重、浓度、粒度级配、流变特性、滑移角、安息角，以保证煤浆特性符合安全环管的运行条件及安全环管安装坡度；其中，安全环管的规格与实际运输管道的规格一致；
步骤4、进行不同浓度煤浆在不同流量下的安全环管运行试验；其中，试验浓度由高到低；每次高浓度试验完成后，通过二次制浆和水对煤浆进行稀释，得到下一试验所需浓度的煤浆；
步骤5、根据步骤4的检测结果，计算影响环管安全运行的参数，即水力坡度、管道最小壁厚、管壁粗糙度、沿程损失、最低安全流速、均质度C/Ca；其中，C为上中下采样点b(13)中上取样点的浓度，Ca为上中下采样点b(13)中中取样点的浓度；
步骤6、进行煤浆停车再启动试验，确定煤浆停车再启动安全时间；
步骤7、根据步骤5、步骤6的结果，查看是否符合泵输标准；若符合标准，则采用实际运输管道进行输送；若不符合标准，则重新制浆，输入至储浆罐，再循环步骤2-步骤7；
步骤8、试验结束后，用水将管道中的煤浆置换出去，防止煤浆在设备和管道中沉淀。


7.如权利要求6所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，其特征在于，所述步骤1中，设计流速V的计算公式如下：



式中，Qar为管输收到基煤量，t/a；Mt为煤的全水含量，％；T为年工作时间，h；D为管道外径，mm；t为管道平均壁厚，mm；Cw为煤浆的重量浓度；ρs为煤浆的密度，t/m3；
所述管道小时输送量Qs计算公式如下：
Qs＝0.785×3600×10-6×V×(D-2t)2(2)
式中，V为管道设计流速，m/s；D为管道外径，mm；t为管道平均壁厚，mm。


8.如权利要求6所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，其特征在于，所述步骤4中，安全环管运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：高振祥，程玉民，闫建党，黄海卫，陈涛，
申请(专利权)人：陕西神渭煤炭管道运输有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61