重介选煤厂管路磨损因素分析及耐磨措施.docx

重介选煤厂管路磨损因素分析及耐磨措施谭丽1，秦海滨 21中国矿业大学化工学院 江苏徐州 2211162内蒙古伊泰煤炭股份有限公司洗选中心摘要：针对在重介质选煤过程中管路磨损严重的问题，从输送条件、输送物料性质和管路状况 3 个方面分析影响重介选煤厂管路磨损的主要因素，认为输送速度、攻角、磨粒粒度和形状、管壁材质以及 内径等都会影响管路磨损。对于一般的直管，可采用普通的耐磨管路；对于弯管，可从耐磨材质的选 择和设计合理的几何形状两方面着手。关键词：重介选煤厂；管路；磨损；耐磨中图分类号：td942文献标志码：a文章编号：1001-3954(2012)04-0058-03analysis on factors affecting wearing of pipelines in heavy-medium coalwashery and wear resistant measurestan li1,qin haibin21school of chemical engineering & technology, china university of mining & technology, xuzhou 221116, jiangsu, china2coal washery of inner mongolia yitai coal co., ltd.abstract：aimed at the serious wearing of pipelines during the heavy-medium coal washing process, thepaper analyzed the main factors affecting the wearing of pipelines in heavy-medium coal washery from transportation conditions, the nature of conveyed material and pipeline conditions. it was concluded that the conveyance speed, incidence angle, size and shape of particles, material of pipe wall and inner diameter of pipe all affected the wearing of pipelines. for ordinary straight pipes, common wear resistant pipes could be applied; for bent pipes, selection of wear resistant material and reasonable geometric shape could be taken into account.keywords：heavy-medium coal washery; pipeline; wearing; wear resistance流的特种设备。由于重介质悬浮液硬度高、磨损性强，与煤泥水输送管路相比，介质管路磨损速度更 快，尤其是有压管，如旋流器、脱介筛的入料管等， 其中更以弯管部分最易磨损1，其磨损率可高于直管50 倍，主要是因为磨粒进入弯管时运动方向改变， 内壁受到磨粒离心力和惯性力综合作用的摩擦和撞 击。目 前重介选煤工艺是国际上公认的实现煤炭高效、清洁利用的首选方案，并在各国获得广泛应用，但是在重介选煤过程中，管路磨损相当严重， 尤其是弯管部分的耐磨特性在一定程度上影响着重介 选煤工艺的可靠性和安全性，关系到选煤厂的社会经 济效益。重介选煤厂的介质管路是在一定压力下输送由水、磁铁矿粉及一定量的细煤泥混合而成的液固二相1影响重介选煤厂管路磨损的因素重介选煤厂输送系统中的管路磨损是一种典型的基金项目：教育部博士点基金项目 (20100095110013)作者简介：谭 丽，女，1986 年生，硕士研究生，主要从事 选煤过程模拟及优化等方面的研究工作。低应力状态下的冲蚀磨损，液固二相流以一定的流速58连续输送本栏目编辑翟小华形磨粒 。送管路磨损的重要因素。连续输送本栏目编辑翟小华第 40 卷 2012 年第 4 期冲击研磨管路过流部件的表面，造成输送管路的变形要大于单一粒度磨粒的磨损。 和切削磨损，有时还兼有气蚀磨损。1.2.2磨粒形状根据经验，影响重介选煤厂管路冲蚀磨损的主 磨粒形状对管路磨损的影响主要体现在其对磨损 要因素包括输送条件、输送物料的性质以及管路状况 机理以及对流动特性的影响上，如磨粒与管壁碰撞时 等，当然各种因素对磨损的影响不是孤立的，而是综 的相互作用面积和强度；磨粒的冲击速度和攻角。尖合出现的。角形磨粒对塑性材料表面的冲蚀多为切削磨损，球形1.1 输送条件磨粒冲蚀所产生的磨损主要表现为塑性变形磨损。试 输送条件包括输送速度和流动状态等，是影响输验结果显示，尖角磨粒对塑性管壁冲蚀磨损远大于球41.1.1磨粒输送速度1.3 管路状况有研究者认为，磨粒输送速度是影响冲蚀磨损 输送管路状况包括输送管的材质、表面加工情 的最大因素，由于磨损产生于磨粒与壁面的摩擦或冲 况、硬度、内径及布置方式等多种因素。不同材质的 击，所以磨粒速度越大，摩擦或冲击的能量越大， 管壁对应不同的微观冲蚀机理，如塑性材料的微观切 磨损就越严重。通过冲蚀磨损试验得到的磨损率 与 削理论、变形磨损理论、冲蚀脱层理论、脆性材料的 磨粒速度 v 之间的关系为 = k v n (k 和 n 均为常数， 弹塑性压痕破裂理论以及二次冲蚀理论等。业内人士 可由试验测得)，表明冲蚀磨损率是随着磨粒速度的 对其认识还有分歧，目前只是结合实测资料，根据具 增加而急剧上升的。有试验表明，攻角在 20 90 体情况慎重考虑。潘牧、罗志平5指出：陶瓷等脆性 时，速度指数 n 在 1.622.12 之间2。 材料冲蚀对入射磨粒动能在垂直于材料表面方向上的1.1.2攻角 (入射角)分量非常敏感，只有当攻角非常小或入射磨粒粒度相 攻角是指入射磨粒运动方向与管壁切线间的夹当小时，脆性材料的冲蚀磨损率才有可能比金属等韧 角。不同的攻角通过改变冲击管壁时切向和法向动能性材料低；弹性模量是决定韧性材料抗冲蚀性能的关 分量来影响对管壁的冲蚀磨损。普遍认为，切向动能键因素。此外，在特定条件下，通过改变内径可改变 分量对管壁产生切削作用，而法向动能分量则决定磨流体的流速、压力等流体动力学特性，进而影响磨损粒侵入壁面的深度。此外，由于二相流中液体在管壁率。 表面的铺展作用，磨粒的运动方向易向流体运动方向偏斜，从而导致大多数磨粒的实际攻角减小。试验表2 管路耐磨措施明，冲蚀速度 10 m/ s 时，冲蚀磨损率随攻角的增大张同军6提出优化管路布置和加强现场管理可降 而增大；冲蚀速度更大时，冲蚀磨损率在攻角 40 低管路磨损。如工艺设计方面，根据输送物料的性质60之间和 90时分别出现峰值。 和要求，选择好管路的走向及坡度，减少管路的变1.2 输送物料性质向、阀门和弯管数目等，选择最短路线，适当加大管 输送物料的性质包括固体颗粒的粒度、形状、黏径，做好管路的检验和试压工作，以及除锈、防锈、附性、硬度和破碎性等，下面就其中对重介选煤厂管防腐和防冻等维护工作等，可以延长管路寿命。 路磨损影响相对比较大的粒度和形状这两个因素作简对一般的重介选煤厂输送管路来说，直输送管的 单介绍。磨损问题不大，可用普通的耐磨管道，并且可在运行1.2.1磨粒粒度一段时间后，旋转管路的角度，使各部分磨损均匀， 磨粒粒度是影响磨损率的一个非常重要的因素。以延长管路使用寿命。目前使用较多的耐磨管材有耐 当输送速度一定时，磨粒粒度存在极限值，粒度小于磨铸钢管、超抗磨管、陶瓷内衬复合管、钢 - 钢复合 下限时，因其能量过小，不足以对管壁造成严重磨管、聚氨酯钢橡复合管、铸石管及超高分子聚乙烯管损；在限度范围内，粒度越大，其动能就越大，冲击等7。 管壁时所造成的磨损就越严重。定量描述磨损率 和对于弯管的耐磨研究，根据其磨损机理和影响磨 粒度 d 之间的经验公式为 = k d n (k 和 n 均为常数，损的主要因素，可以从两方面考虑：一是选择耐磨材 可由试验测得)。质，二是设计合理的弯管结构，调整磨粒的冲击速度粒度超过上限时，由于磨粒加速困难及与管壁和攻角来缓解磨损。 接触面积增大，磨损率不再随粒度的增大而增加3。 2.1 耐磨弯管材质 另外，磨粒的粒度分布范围对冲蚀磨损也有一定影对于耐磨弯管的选材，一方面可采用金属或非金 响。有研究表明，混合粒度的磨粒所导致的冲蚀磨损属的耐磨材料，目前金属耐磨材料主要分为镍系抗磨59李永祥9指出弯管部分可采用下列措施加强耐磨： 将弯管外侧附加可以更换的衬板，如图 1(a) 所示，通常使用耐磨效果好的专用瓷衬板，为了便于 更换，弯管处通常使用方形断面的管段； 填充耐 磨材料，如图 1(b) 所示，在内管外再套一个直径较大 的弯管，两个弯管之间用水泥砂浆填满，内管材料多 用耐磨损材料； 将弯管容易磨损的背侧部分预先参 考 文 献2.2 弯管结构术，2011，17(3)：16-18.大学学报：自然科学版，2005，26(1)：68-70.10 付 林油煤浆输送管道弯头部位冲击磨损预测 d天津：(修订日期：2012-02-14)连续输送本栏目编辑翟小华第 40 卷 2012 年第 4 期60铸铁、铬系抗磨铸铁和锰系抗磨铸铁等。张元8等通 有利于减轻磨损；反之，如果连续相黏度小，颗粒粒 过试验，研究确定了高铬钨镍合金铸铁为抗磨弯头最度大，物料与管壁之间存在强烈的冲击碰撞，并在弯 佳材质，其不仅硬度高，还具有较高的冲击韧性。非管内往复反弹，此时弯管的曲率半径越大，撞击越严 金属耐磨材料主要包括铸石、刚玉、碳化硅、硅铝基重，能量损失就越大，磨损越严重12。 耐磨材料、耐磨橡胶及聚氨酯等。另一方面可以在弯管内部喷涂复合耐磨涂料。3 结语笔者从宏观上介绍了影响重介选煤厂管路冲蚀 磨损的主要因素，在不同的工况条件下，其影响程度 不尽相同。因此，在考虑耐磨措施时，应首先确定是 哪种影响因素起主要作用，然后再考虑采用合适的措 施来减少管路在生产中的磨损。在生产实践中，工艺 设计环节及操作管理也要考虑降低管路磨损的需要。加厚，如图 1(c) 所示，材料选用耐磨铸铁、球墨铸铁或铸钢铸成，使用寿命较长，但一旦磨损很难修复。1 张铁军，张世坤，边绪德，等介质管路磨损原因分析及防 治措施 j中国煤炭，2008，4(34)：78-79.2 赵超峰，张力强，蔡建能影响材料冲蚀磨损性能的因素分 析 j选煤技术，2009(5)：15-17.3 高万夫，郑雁军，崔立山，等管路弯头磨损特性的研究 j. 石油化工高等学校学报，2003，16(4)：56-60.4 毕 耀高炉气力输送管路磨损机理分析及耐磨处理技术研1. 护板 2. 衬板 3. 弯管 究 d杭州：浙江理工大学，2008.图 1 常用防磨管件5 潘 牧，罗志平材料的冲蚀问题 j材料科学与工程，fig. 1 common wear resistant fittings1999，3(17)：92-96.6 张同军全重介选煤厂管路抗磨损技术研究 j洁净煤技在弯管结构设计方面，有研究者通过试验发现弯7 陈宏勋管道物料输送与工程应用 m北京：化学工业出版 管腔体截面面积 2 倍于管路的圆柱形横截面积时，在社，2003. 较宽的浓度及流速范围内耐磨性能较好10，故可采用 8 张 元，靳涌涛，牛海峰磨煤机煤粉管路抗磨弯头材质研 腔体弯管来代替普通弯管，如球形弯管 (见图 2(a)、 究 j煤矿机械，2001(2)：20-23.椭圆形弯管 (见图 2(b)。浆体进入扩大的腔体后，一9 李永祥气力输送弯管的磨损及磨损机理研究 j河南工业方面流速降低，使物料附着在弯管内壁，形成缓冲物 料垫，从而减轻磨粒对壁面的冲击；另一方面由于流河北工业大学，2009. 场的扰动，使磨粒之间相互碰撞，降低对管路的磨11 朱秀苹，李 勇气力输送中影响弯管磨损的因素及预防措施 损。生产中有时也采用 t 形盲管，如图 2(c) 所示，它j塑料