如何設(shè)計(jì)散裝化肥氣力輸送系統(tǒng)？

如何設(shè)計(jì)散裝化肥氣力輸送系統(tǒng)？

□北京中棉工程技術(shù)有限公司胡寶林

從顆粒狀復(fù)合肥原料及產(chǎn)品的物理特性分析入手，應(yīng)用氣力輸送基本理論，結(jié)合專業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對散裝化肥氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行了科學(xué)分析和運(yùn)算。

復(fù)合肥原料物理特性分析

復(fù)合肥原料由多種固態(tài)散裝化肥組成，主要有硫酸銨、磷酸一銨、尿素、普鈣、氯化鉀、碳酸氫銨等，這些固態(tài)化肥一般都為無色或白色結(jié)晶性粉末或顆粒，粒徑大小不一、密度不同。

復(fù)合肥是農(nóng)資物流的主要產(chǎn)品，主要通過機(jī)械混合、重新造粒等方法將多種化肥原料按一定比例制成含作物營養(yǎng)元素氮、磷、鉀中任何兩種或三種的化肥。復(fù)合肥顆粒強(qiáng)度在15N以上，顆粒大小2.5-4.2mm，堆密度為1.54t/m3左右。

氣力輸送基本參數(shù)的確定

固氣混合比。固氣混合比是輸送過程中單位時(shí)間內(nèi)流過管道的固體物料質(zhì)量與氣體質(zhì)量之比，簡稱混合比，也稱輸送濃度或質(zhì)量濃度，是劃分濃相輸送與稀相輸送方式的主要參數(shù)。

在非壓縮氣體輸送情況下，空氣的密度保持常態(tài)不變，混合比的大小主要與輸送量和物料的密度有關(guān)，單位時(shí)間內(nèi)輸送量越大或者物料密度越高則混合比越大，反之混合比越小；混合比越大則輸送系統(tǒng)壓損越大，功率消耗也越大，反之壓損越小功率消耗越小?？梢姡鶕?jù)輸送量多少和物料密度的大小合理選擇混合比。通過對顆粒狀復(fù)合肥物理特性的研究，復(fù)合肥氣力輸送系統(tǒng)可采用低壓稀相壓送方式。

輸送速度。輸送速度大小直接關(guān)系到管網(wǎng)系統(tǒng)的順暢性、管道壓損和風(fēng)機(jī)功率消耗，也關(guān)系到物料輸送過程中的撞擊以及顆粒的破碎程度，是采用稀相輸送的關(guān)鍵參數(shù)。因?yàn)樽枇Φ拇笮∨c輸送速度的平方成正比，風(fēng)機(jī)功率的大小與風(fēng)量和阻力的乘積成正比。

選擇輸送速度的主要依據(jù)就是顆粒狀物料的懸浮速度和沉降速度，而懸浮速度與物料的形態(tài)、密度直接相關(guān)。當(dāng)物體處在大于其懸浮速度的氣流中時(shí)，則物體將被氣流帶動，通常對顆粒度均勻的物料，其輸送風(fēng)速可取其為懸浮速度的1.5-2倍；對于粒度不均勻的物料，取其比按粒度分布比例占最多的顆粒所測定的懸浮速度大一倍；對于粉料，為避免殘留附著于管壁和發(fā)生黏結(jié)成團(tuán)的現(xiàn)象，往往須采用比懸浮速度大5-10倍的輸送風(fēng)速。輸送速度與懸浮速度有一定的倍數(shù)關(guān)系，而且管道的布置方向?qū)斔退俣纫灿幸欢ㄓ绊?。?jù)研究顆粒狀復(fù)合肥懸浮速度10-15m/s，考慮到有彎頭、有傾斜、密度大等特點(diǎn)，應(yīng)按懸浮速度2-3倍選擇輸送風(fēng)速。通過對物料輸送速度分析，初步確定顆粒狀復(fù)合肥的輸送速度應(yīng)該在25-30m/s之間比較適宜。

輸送風(fēng)量。確定了輸送量、混合比，就可以求出風(fēng)量，暫可不考慮輸送物料量和需要的風(fēng)量的儲備系數(shù)。根據(jù)用戶提供的輸送量，將公式變形后即可求出風(fēng)量。

管道直徑。根據(jù)確定的風(fēng)速和計(jì)算得到的風(fēng)量就可以算出管道直徑。風(fēng)量等于截面積與風(fēng)速的乘積。計(jì)算出的管道直徑為理論值，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中選用的管道應(yīng)優(yōu)選國家標(biāo)準(zhǔn)系列，這一過程成為“圓整過程”，圓整后對設(shè)計(jì)風(fēng)速要進(jìn)行微調(diào)，否則影響風(fēng)量和混合比。圓整并不意味著簡單的取整，而是要查閱低壓流體輸送用焊接鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，選擇外徑244.5mm，壁厚4mm，則內(nèi)徑236.5mm，風(fēng)速微調(diào)為31.5m/s。

純空氣管道阻力計(jì)算

管道阻力計(jì)算是氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，如果不進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算而僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，往往會出現(xiàn)能源浪費(fèi)或管道堵塞等問題。管道阻力由沿程阻力和局部阻力構(gòu)成，同時(shí)還要注意清潔空氣輸送時(shí)的阻力與帶料運(yùn)行時(shí)的區(qū)別，并計(jì)算帶料時(shí)的阻力。

管道阻力構(gòu)成。當(dāng)固體邊界的形狀和大小沿程不變，流體在長直流段中流動的速度分布基本不變，流動時(shí)只有因黏性引起的內(nèi)摩擦力作用而產(chǎn)生的阻力稱為沿程阻力；當(dāng)固體邊界的形狀、大小或者兩者之一沿流程急劇變化，流體的流動速度分布發(fā)生了變化，流動阻力大大增加，形成比較集中的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。

沿程阻力系數(shù)。計(jì)算管道阻力必須先確定阻力系數(shù)。沿程阻力系數(shù)用公式法，要按照流態(tài)來決定具體選用哪個公式更適用。確定流態(tài)首先要計(jì)算雷諾數(shù)，雷諾數(shù)是界定層流和紊流的依據(jù)，不同的流態(tài)要用不同的公式計(jì)算沿程阻力系數(shù)。

局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)大多采用查表法。局部阻力主要是流體經(jīng)過彎頭、三通、收縮（擴(kuò)散）管、變徑管、卸料器及除塵器等異形管道，由于截面形狀、運(yùn)動方向和速度的突變所產(chǎn)生的阻力，局部阻力系數(shù)一般均采用查表法。

帶料運(yùn)行的阻力計(jì)算

前面介紹的都是指輸送純空氣時(shí)的管道阻力計(jì)算方法，實(shí)際上當(dāng)空氣中含有一定量的物料時(shí)就形成了兩相流，由于物料的自重和與管道內(nèi)壁還會產(chǎn)生摩擦，物料彼此之間也會產(chǎn)生碰撞和摩擦。因此會產(chǎn)生較大的附加阻力，而決定附加阻力的關(guān)鍵參數(shù)就是混合比和附加系數(shù)，對于卸料器和除塵器可以不考慮附加阻力，但管道、彎頭及三通等必須考慮。附加系數(shù)與物料性狀和管道走向有關(guān)。

風(fēng)機(jī)功率計(jì)算

氣力輸送所用的動力源為各種風(fēng)機(jī)，需要產(chǎn)生一定的風(fēng)量和風(fēng)壓用于克服管道阻力輸送物料。

選擇電動機(jī)功率的原則是選大不選小，應(yīng)配電動機(jī)不小于22kw，同時(shí)還要考慮風(fēng)機(jī)最大升壓和流量并選擇系列型號。

綜上所述，阻力計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)測數(shù)值仍有一定差距，計(jì)算結(jié)果僅作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定和阻力計(jì)算需要科學(xué)的分析和復(fù)雜的運(yùn)算，為減輕手工運(yùn)算工作量，應(yīng)制成Excel電子表格模板，實(shí)現(xiàn)快速精確計(jì)算。