ПУЛЬПОПРОВОД ДЛЯ ГИДРОДОБЫЧИ УГЛЯ Российский патент 2008 года по МПК E21C45/00 E02F7/10 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства. Предложенная конструкция предпочтительно может использоваться для гидротранспортирования углеводородсодержащих пульп и суспензий, например, при гидродобыче угля или горючих сланцев.

Известна конструкция пульпопровода для гидродобычи угля, содержащего жесткие трубы, сочлененные между собой, внутри которых размещен гибкий эластичный рукав, причем промежуток между ними заполнен жидкостью, имеющей плотность, большую или равную плотности пульпы (см. патент РФ № 2007527, МПК Е 02 F 3/88, опубл. 15.02.94, авторы Барский Л.О. и др.). Использование герметичного рукава и отсутствие средств, обеспечивающих поддержание заданной плавучести рукава, требуют сложного и энергоемкого электрического устройства для поддержания нужной плотности окружающей рукав электрореологической среды, обеспечивающей необходимый уровень его плавучести, так как при резком увеличении или уменьшении плотности пульпы гибкий рукав во время работы пульпопровода будет касаться жестких труб, перетрется и быстро выйдет из строя.

Задачей, решаемой предложенным устройством, является упрощение конструкции средств управления и регулирования плавучести внутреннего гибкого рукава, повышение надежности и эффективности транспортировки пульпы, снижение затрат на эксплуатацию пульпопровода и расширение функциональных возможностей транспортной системы, его включающей.

Указанная техническая задача решается тем, что пульпопровод для гидродобычи угля содержит жесткие трубы, сочлененные между собой, внутри которых размещен гибкий эластичный рукав, причем промежуток между ними и рукавом заполнен жидкостью, имеющей плотность, по меньшей мере, равную плотности пульпы. Причем рукав связан с жесткими трубами, по меньшей мере, двумя полыми гибкими центрирующими связями, которые выполнены с возможностью подачи газа и/или агента, успокаивающего пристеночную турбулизацию в рукаве. Такое выполнение пульпопровода позволяет обеспечить в нем оптимальную плавучесть гибкого эластичного рукава, используя средства, минимальные по стоимости. Поддержание необходимой плавучести раздельно для каждой части рукава достигается тем, что в каждую его секцию, отделенную от остальных секций гибкой перегородкой с поплавками и размещенную, по меньшей мере, в каждой из жестких труб, подается необходимое количество газа, достаточное для достижения необходимого ее положения в соответствующей жесткой трубе. Такое выполнение и расположение гибкого эластичного рукава в жестких трубах позволяет обеспечить необходимый заданный уклон для движения пульпы и выделения при этом более тяжелой минеральной составляющей, отделяемой как при транспортировке, так и при последующей промежуточной или окончательной выгрузке.

Жесткие трубы сочленены между собой с возможностью взаимного поворота и пересечения осей, для того чтобы огибающая получаемой ломаной совпадала со средним положением оси гибкого рукава. При этом будут наименьшими углы изгиба гибкого рукава, оптимальными положение гибкого рукава и траектория движения потока пульпы относительно жестких труб. Такому положению должны способствовать гибкие центрирующие связи, стремящиеся удержать отдельные части рукава в среднем положении, близком к оптимальному.

Предпочтительное использование пульпопровода для транспортирования углеводородсодержащих пульп, например, при гидродобыче угля или горючих сланцев определяется тем, что такие пульпы обычно имеют, по меньшей мере, две составляющие фракции, значительно различающиеся по плотности и другим физико-механическим свойствам, например минеральную, состоящую из песка и глины, и горючую углеводородсодержащую, вследствие чего конструкция пульпопровода позволяет оптимизировать затраты на транспортировку и разделение указанных фракций.

Пульпопровод, в котором в качестве агента, успокаивающего пристеночную турбулизацию в рукаве, используется полиметилметакрилат, позволяет снизить эксплуатационные затраты на прокачивание пульпы через пульпопровод и абразивный износ рукава, получаемые за счет снижения потерь на турбулизацию потока пульпы и трения ее о стенки рукава.

Пульпопровод, в котором вместе с полиметилметакрилатом подается агент, коалесцирующий неорганические частицы пульпы, позволяет расширить его функциональные возможности путем снижения зольности угля и отделения при прокачке по пульпопроводу минеральной составляющей, которая может выводиться на любой промежуточной стадии транспортировки, при этом уменьшаются масса транспортируемой пульпы и эксплуатационные затраты на работу и ремонт пульпопровода вследствие снижения ее абразивности.

Пульпопровод, в котором гибкий рукав выполнен пористым с возможностью пропуска через поры наиболее мелкой неорганической минеральной фракции углеводородсодержащей пульпы, например глины. Это позволит расширить функциональные возможности пульпопровода путем использования его в качестве аппарата обогащения и уменьшить затраты на обеспечение плавучести рукава, так как наиболее тяжелая и мелкая минеральная составляющая пульпы будет оседать в жестком трубопроводе и создавать подушку повышенной плотности, автоматически обеспечивающей плавучесть рукава. Постепенная замена и удаление указанной фракции пульпы позволяет также автоматически поддерживать плавучесть рукава на необходимом уровне при изменении ее плотности и состава. Частичное перетекание транспортирующей жидкости через поры рукава и выделение мелкодисперсной минеральной составляющей пульпы приведет к ее сгущению, образованию из нее опорной подушки для рукава, а дренажное перетекание части транспортирующей жидкости приведет к постоянному размыванию опорной подушки, адаптации ее формы к изменению формы рукава и частичному выносу ее мелкой минеральной фракции с указанной дренажной частью жидкости, перетекающей через промежуток между гибким рукавом и жесткими трубами во внешнее пространство.

Постоянные вибрации гибкого рукава от динамического воздействия потока пульпы и трение негабаритных твердых включений о его внутреннюю поверхность будет способствовать постоянному очищению этой поверхности и ее пор от мелкой минеральной фракции. При необходимости рукав может промываться или очищаться любым другим известным способом.

При этом следует отметить, что указанная мелкая минеральная фракция пульпы обычно отделяется при обогащении угля с трудом, например, методом флотации и совместно с достаточно большой по массе частью мелкой фракции угольной мелочи, то есть она требует для своего отделения больших затрат энергии и использования большого по объему технологического оборудования. Обогащение угля с помощью фильтров и грохотов, имеющих весьма мелкие ячейки или поры, приведет к увеличению габаритов указанных видов обогатительных аппаратов, усложнит их конструкцию и потребует частой регенерации фильтрующей поверхности.

Выполнение пульпопровода, в котором полые гибкие центрирующие связи гибкого рукава расположены в сочленениях жестких труб, позволяет повысить срок службы и уменьшить износ рукава от его трения о поверхность их сочленений.

Выполнение пульпопровода, в котором гибкие полые центрирующие связи расположены в серединах жестких труб, позволяет увеличить углы их изгиба в сочленениях.

Выполнение пульпопровода, в котором гибкий эластичный рукав имеет гибкие перегородки и поплавки, частично перекрывающие просвет его поперечного сечения и препятствующие свободному перемещению газа, позволяет уменьшить расход газа и оптимизировать его распределение по длине рукава для обеспечения необходимого положения гибкого эластичного рукава в жестких трубах при его изгибах в вертикальной плоскости. При необходимости вместо перегородок могут использоваться газовые карманы (внешние камеры) на внешней поверхности гибкого рукава.

Заявителю неизвестна указанная совокупность признаков, проявляющая указанные выше свойства, по этой причине можно утверждать, что предложение соответствует критерию изобретения "новизна".

Заявителю неизвестны технические решения, в которых решается такая же техническая задача, теми же средствами, с достижением таких же технических результатов, в связи с чем можно утверждать, что предложение соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

Соответствие предложенного устройства критерию изобретения "промышленная применимость" показана в описании изобретения.

На фиг.1 показан поперечный разрез пульпопровода по его полым гибким связям.

На фиг.2 показан продольный разрез пульпопровода.

Пульпопровод, предназначенный в основном для гидродобычи углеводородсодержащих сыпучих материалов, например угля или горючих сланцев, содержит жесткие трубы 1, сочлененные между собой, внутри которых размещен гибкий эластичный рукав 2. Промежуток 3 между каждой жесткой трубой 1 и рукавом 2 заполнен жидкостью, имеющей плотность, по меньшей мере, равную средней плотности пульпы. Гибкий эластичный рукав 2 связан с жесткими трубами 1, по меньшей мере, двумя полыми, гибкими центрирующими связями 4 и 5, которые выполнены с возможностью подачи через них соответственно газа и/или агента, успокаивающего пристеночную турбулизацию в рукаве. Кроме этого полые гибкие центрирующие связи 6 служат для предотвращения касания рукавом 2 стенки жестких труб 1. Связи 4, 5 и 6 могут быть изготовлены из любого натурального, искусственного или синтетического материала, имеющего механические, прочностные и упругие свойства, достаточные для удержания рукава 2 от соприкосновения с жесткими трубами 1 при движении по нему пульпы со скоростью, достаточной для перемещения всех видов твердых включений. Жесткие трубы 1 сочленены между собой с возможностью взаимного поворота и пересечения осей, например, при помощи шаровых или иных шарниров.

Пульпопровод имеет гибкие перегородки 7, частично перекрывающие просвет рукава 2 и служащие для удержания от перемещения вдоль него газа, собирающегося в верхней части 8 рукава 2. По краям перегородок могут быть установлены поплавки 9, максимально увеличивающие просвет в рукаве для прохода пульпы.

Пульпопровод работает следующим образом.

При поступлении в гибкий эластичный рукав 2 пульпы он согласно закону Архимеда немного всплывает, так как плотность жидкости между ним и жесткими трубами меньше или равна средней плотности пульпы в промежутке между жесткой трубой 1 и рукавом 2. Для более надежного размещения рукава 2 в жестких трубах 1 с возможностью центрирования гибкими связями 4, 5 и 6 через некоторые из них, например связи 4, в рукав закачивается соответствующее количество газа, достаточное для уравновешивания веса пульпы, изменяющегося в процессе гидродобычи из-за изменения ее состава. Рукав 2 при этом занимает соответствующее необходимое промежуточное положение в жестких трубах 1, при котором исключается его контакт с сочленениями 10 труб 1. Сочленения 10 могут быть выполнены шарнирными или сферическими. Перегородки 7 предотвращают свободное перетекание газа в верхней части 8 рукава из одной секции в другую. Поплавки 9 перегородок 7 поддерживают гибкую перегородку 7 в положении, обеспечивающем максимальный просвет 11 проходного сечения для прохода пульпы. Указанные выполнение и работа пульпопровода позволяет обеспечивать нормальное функционирование при изгибе его как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.

Для уменьшения гидравлических потерь в пристеночную область рукава 2 вводится через соответствующие полые, гибкие связи 4 агент, успокаивающий пристеночную турбулизацию потока пульпы и содержащий, например, полиметилметакрилат.

Через аналогичные полые гибкие связи могут вводиться другие агенты, например, предназначенные для коалесценции неорганических частиц пульпы, например, такие как поверхностно-активные вещества, гидрофильные к веществу указанных частиц. При этом в процессе движения из пульпы будут извлекаться ее неорганические составляющие, которые по пути транспортирования могут быть удалены при помощи любых известных средств, например, таких как сбросные отводы гибкого рукава. Это позволит снизить затраты на транспортировку, расширить функциональные возможности и области использования пульпопровода, который может использоваться, например в качестве аппарата попутного обогащения угля.

Наиболее мелкая фракция неорганической составляющей пульпы повышает ее вязкость и зольность добываемого угля, по этой причине ее необходимо удалять. Обычные средства, используемые для обогащения, бывают малоэффективными и громоздкими. В предложенной конструкции для этого используется гибкий эластичный рукав 2, который может быть выполнен пористым с возможностью пропуска через поры наиболее мелкой неорганической фракции углеводородсодержащей пульпы. Это позволит не только удалить указанную фракцию, но и обеспечить более равновесное положение гибкого рукава в жестких трубах, за счет создания вертикального градиента плотности в области 12 раздела фаз минеральной опорной подушки 13, создаваемой в жидкости, находящейся в промежутке между рукавом и жесткими трубами, то есть за счет создания минеральной тяжелой опорной подушки 13 с переменной осредненной поверхностью раздела фаз 14. Излишнему уплотнению неорганической фракции будет препятствовать возникающая при движении пульпы вибрация гибкого эластичного рукава, постоянная циркуляция транспортирующей жидкости через указанный промежуток и малая скорость оседания в ней частиц указанной фракции. Постоянному перетеканию минеральной подушки будет препятствовать постепенное ее уплотнение и постоянное вымывание наиболее мелкой части фракции минеральной фазы указанной опорной подушки.

Гибкий эластичный рукав может изготавливаться из любого известного материала, желательно стойкого к абразивному износу, цена которого обычно намного ниже цены материала жестких труб. Это позволяет снизить износ жестких труб и уменьшить затраты на использование пульпопровода.

Изобретение относится к транспортной, горной и строительной отраслям народного хозяйства и может быть использовано для транспорта углеводородсодержащих суспензий или пульп при добыче полезных ископаемых, преимущественно при гидродобыче угля или горючих сланцев. Техническая задача - расширение функциональных возможностей транспортной системы и упрощение средств управления и регулирования плавучестью гибкого рукава в жестких сочлененных трубах. Пульпопровод для гидродобычи угля содержит жесткие трубы, сочлененные между собой, внутри которых размещен гибкий эластичный рукав. Промежуток между ними и рукавом заполнен жидкостью, имеющей плотность, по меньшей мере, равную средней плотности пульпы. Рукав связан с жесткими трубами, по меньше мере, двумя полыми, гибкими центрирующими связями, которые выполнены с возможностью подачи газа и/или агента, успокаивающего пристеночную турбулизацию в рукаве. Жесткие трубы сочленены между собой с возможностью взаимного поворота при пересечении их осей. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пульпопровод для гидродобычи угля, содержащий жесткие трубы, сочлененные между собой, внутри которых размещен гибкий эластичный рукав, причем промежуток между ними и рукавом заполнен жидкостью, имеющей плотность, по меньшей мере, равную средней плотности пульпы, отличающийся тем, что рукав связан с жесткими трубами, по меньше мере, двумя полыми, гибкими центрирующими связями, которые выполнены с возможностью подачи газа и/или агента, успокаивающего пристеночную турбулизацию в рукаве, а жесткие трубы сочлены между собой с возможностью взаимного поворота при пересечении осей.2. Пульпопровод по п.1, отличающийся тем, что в качестве агента, успокаивающего пристеночную турбулизацию в рукаве, используется полиметилметакрилат.3. Пульпопровод по п.2, отличающийся тем, что вместе с полиметилметакрилатом подается агент, коалесцирующий неорганические частицы пульпы.4. Пульпопровод по п.1, отличающийся тем, что гибкий эластичный рукав выполнен пористым с возможностью пропуска через поры наиболее мелкой неорганической фракции углеводородсодержащей пульпы.5. Пульпопровод по п.1, отличающийся тем, что гибкие полые центрирующие связи расположены в сочленениях жестких труб.6. Пульпопровод по п.1, отличающийся тем, что гибкие полые центрирующие связи расположены в серединах жестких труб.7. Пульпопровод по п.1, отличающийся тем, что гибкий эластичный рукав имеет гибкие перегородки и поплавки, частично перекрывающие просвет его поперечного сечения и препятствующие свободному перемещению газа.