СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПО ТРУБОПРОВОДУ ГИДРОСМЕСИ Российский патент 1998 года по МПК B65G53/30 

Изобретение относится к гидротрубопроводному транспорту с использованием приспособлений для очистки внутренних стенок трубопровода от отложений для восстановления пропускной способности его "живого сечения" и предназначено для перекачки преимущественно водоугольных суспензий.

Известно техническое решение (прототип), в котором способ транспортирования по трубопроводу гидросмеси осуществляют путем ее перекачки и периодического запуска сферических очистителей для предотвращения закупорки трубопровода. Очистители запускают в трубопровод при повышении давления в нем [1].

Согласно этому способу, несмотря на установление регламента запуска очистителей при возрастании объема перекачиваемой среды происходит подъем давления в начале трубопровода, что при реализации способа приведет к непрерывному запуску в трубопровод сферических очистителей, то есть количество очистителей, запущенных в трубопровод, будет определяться не изменением "живого сечения" трубопровода из-за наличия отложений на его стенках, а возрастанием объемного расхода перекачиваемой среды. При уменьшении объема перекачиваемой среды, наоборот, произойдет снижение напора, создаваемого насосной станцией, и в этом случае даже если произойдет уменьшение "живого сечения" трубопровода за счет образования слоя отложений, сферические очистители будут запускаться лишь тогда, когда давление в начальном сечении трубопровода превысит первоначальное, на которое было настроено устройство для осуществления способа.

Целью изобретения является повышение эффективности транспортирования гидросмеси за счет сокращения количества запускаемых в трубопровод очистителей и оптимизации их размеров.

Эта цель достигается тем, что в известном способе транспортирования по трубопроводу гидросмеси, включающем ее перекачку и периодический запуск сферических очистителей для предотвращения закупорки трубопровода, последний разделяют по длине в вертикальной плоскости на прямолинейные участки транспортирования, на каждом из которых определяют объемный расход гидросмеси и удельные потери давления на трение без осадка при скорости выше критической и при наличии осадка, а запуск очередного очистителя производят по мере образования осадка в момент достижения на участке транспортирования условия, определяемого по соотношению:
(1)
где Q₀ - объемный расход гидросмеси на участке транспортирования без осадка;
ΔP_o - удельные потери давления на трение на участке транспортирования без осадка, при скорости выше критической;
Q - объемный расход гидросмеси на участке транспортирования при наличии осадка;
ΔP - удельные потери давления на трение на участке транспортирования при наличии осадка;
m - показатель, характеризующий режим течения гидросмеси;
причем диаметр сферического очистителя выбирают из соотношения:
d₀ = (1,1 - 1,3) H_ж.с.,
где d₀ - диаметр сферического очистителя;
H_ж.с. - высота "живого" сечения трубопровода.

Совокупность существенных признаков данного способа позволит осуществить поставленную цель за счет сокращения количества запускаемых в трубопровод очистителей, определяемого изменением "живого сечения" трубопровода из-за наличия осадка на его стенках, а также подбора оптимальных размеров очистителей, т. е. запуска очистителя, обеспечивающего очистку участка трубопровода имеющего минимальное "живое сечение".

Способ транспортирования по трубопроводу гидросмеси осуществляют следующим образом.

Трубопровод разделяют по длине в вертикальной плоскости на прямолинейные участки транспортирования.

Гидросмесь насосом перекачивают из резервуара в трубопровод. С помощью расхдомера и дифманометра определяют на каком участке транспортирования объемный расход гидросмеси Q₀ и удельные потери давления на трение ΔP_o без осадка (перепад давления), определяемый как разница между полным удельным перепадом давления и геодезическим напором, т.е. удельный перепад давления, приведенный к горизонтальному участку трубопровода. Затем определяют объемный расход гидросмеси Q и удельные потери на трение ΔP при наличии осадка.

Если режим перекачки поддерживают таким, что удельные потери давления на трение по трассе постоянны по величине в течение времени и одинаковы для всех участков, то, следовательно, в трубопроводе не происходит образования осадка из перекачиваемой гидросмеси и удельные потери и принимаются равными ΔP_o .

В противном случае величина ΔP_o принимается по значению удельных потерь давления на первом от насоса участке трубопровода.

Если соотношение становится больше единицы, то, следовательно, течение гидросмеси сопровождается образованием малоподвижного осадка и в этом случае необходим запуск в трубопровод сферического очистителя.

Для каждого участка транспортирования определяют максимальное значение соотношения

Затем, используя известную формулу Лейбензона

где Δh удельные потери напора гидросмеси на трение;
β - коэффициент, зависящий от режима течения гидросмеси;
Q - объемный расход гидросмеси;
ν - эффективная кинематическая вязкость гидросмеси;
m - показатель, характеризующий режим течения
(m = 1 при ламинарном режиме, m = 0,25 при турбулентном режиме в гидравлически гладких трубах, m = 0 при турбулентном режиме с предельным проявлением шероховатости стенки трубопровода)
D_э - эквивалентный гидравлический диаметр, равный четырехкратному отношению площадки "живого сечения" потока к смоченному периметру.

определяют величину угла α (Центрального угла (в градусах)), под которым виден осадок, из уравнения:
(3)
После чего определяют высоту "живого сечения" трубопровода (потока) по формуле:
, (4)
где H_жс - высота "живого сечения" трубопровода (потока);
D - внутренний диаметр трубопровода.

Далее в зависимости от высоты "живого сечения" трубопровода, используя уравнение
d₀ = (1,1 - 1,3) H_жс (5),
полученное экспериментальным путем, определяют диаметр очистителя d₀.

По команде системы управления в трубопровод запускают сферический очиститель, имеющий минимальный диаметр. Если в процессе прохождения сферического очистителя по трубопроводу не произошло полное восстановление "живого сечения" трубопровода, т. е. на отдельных участках, по-прежнему больше единицы, то в трубопровод запускают сферический очиститель большего диаметра и процесс, как было указано выше, повторяют.

На чертеже изображено сечение трубопровода с образовавшимся осадком, где: 1 - трубопровод; 2 - осадок; α - центральный угол, под которым виден осадок; H_жс - высота "живого сечения" трубопровода; D - внутренний диаметр трубопровода.

Если твердый материал транспортируют в несущей жидкой среде с меньшим удельным весом (например, частицы угля или песка в воде), то осадок будет образовываться в нижней придонной части трубопровода. В этом случае для размыва осадка сферический очиститель должен иметь положительную плавучесть в несущей жидкости, так как местное сужение потока образуется между сферическим очистителем и осажденным слоем твердых частиц. В этом сечении скорость потока превышает скорость движения потока в трубопроводе и происходит размыв осадка.

Если твердый материал транспортируют в несущей жидкости с большим удельным весом (например, опилки в воде), то осадок твердых частиц будет образовываться в верхней части трубопровода. В этом случае для размыва осадка сферический очиститель должен иметь отрицательную плавучесть в несущей жидкости для образования местного сужения в зазоре между очистителем и слоем осадка твердых частиц.

В качестве примера рассмотрено движение гидросмеси, образованной частицами угля в воде. При ламинарном режиме течения (m = 1) и объемном расходе гидросмеси Q₀ = 500 м³/ч, удельные потери давления на трение ΔP_o составили 60 кПа/км. В процессе транспортирования гидросмеси эти параметры изменились и максимальное значение соотношения по формуле (1) соответствовало значениям Q - 116 м²/ч, ΔP = 100 кПа/км. Расчет по формуле (3) дает: α = 180^o; по формуле (4), получена H_жс = 0,5 D, а по формуле (5) d₀ = (0,55 - 0,65)D.

После прохождения сферическим очистителем трубопровода, наибольшее значение указанного соотношения по формуле (1) соответствовало значениям Q = 400 м³/ч, ΔP = 70 кПа/км. Расчет по формуле (3) дает: α = 100^o; по формуле (4) получена H_жс = 0,82D, а по формуле (5) d₀ = 0,9 D.

При турбулентном режиме течения, m = 0, при тех же начальных параметрах потока Q₀ = 300 м³/ч и ΔP₀ = 60 кПа/км в процессе транспортирования гидросмеси по трубопроводу, максимальное значение соотношения по формуле (1) будет: , что соответствовало значению Q = 223 м³/ч, ΔP = 100 кПа/км.

Расчет по формуле (3) дает α = 135^o, по формуле (4) получаем H_жс = 0,69D, и по формуле (5) d₀ = (0,76 - 0,90)D.

Таким образом, регламент запуска и размер запускаемых сферических разделителей определяют не только повышением величины давления, но и учитывается текущее значение объемного расхода перекачиваемой гидросмеси или суспензии.

В наиболее простом случае, весь трубопровод может приниматься за один участок.

Назначение: для перекачки гидросмеси, преимущественно, водоугольных суспензий. Сущность изобретения: способ транспортирования по трубопроводу гидросмеси включает ее перекачку и периодический запуск сферических очистителей для предотвращения закупорки трубопровода, причем трубопровод разделяют по длине на прямолинейные участки транспортирования, на каждом из которых определяют объемный расход гидросмеси и удельные потери давления на трение без осадка при скорости выше критической и при наличии осадка, а запуск очередного очистителя производят по мере образования осадка в момент достижения на участке, определяемого по соотношению, приведенному в формуле изобретения. 1 ил.

Способ транспортирования по трубопроводу гидросмеси, включающий ее перекачку по трубопроводу и периодический запуск в него сферических очистителей, отличающийся тем, что трубопровод разделяют по длине на прямолинейные участки транспортирования, на каждом из которых измеряют объемный расход гидросмеси и удельные потери давления на трение без осадка при скорости выше критической и при наличии осадка, а запуск в трубопровод очередного сферического очистителя производят по мере образования осадка в момент достижения на одном из участков транспортирования условия, определяемого по соотношению

где Q_о объемный расход гидросмеси на участке транспортирования без осадка;
ΔP_o - удельные потери давления на трение на участке транспортирования без осадка при скорости выше критической;
Q объемный расход гидросмеси на участке транспортирования при наличии осадка;
ΔP - удельные потери давления на участке транспортирования при наличии осадка;
m показатель, характеризующий режим течения гидросмеси,
причем диаметр сферического очистителя выбирают из соотношения
d_о (1,1 1,3)•Н_ж.с,
где d_о диаметр сферического очистителя;
Н_ж.с высота живого сечения трубопровода.