海底天然氣水合物水力提升系統(tǒng)參數(shù)和提升性能作用規(guī)律

徐海良，胡文港，楊放瓊

(1.中南大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410083；2.中南大學(xué) 高性能復(fù)雜制造復(fù)雜制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙，410083)

天然氣水合物分布廣泛，在地球上儲(chǔ)量巨大，同時(shí)，天然氣的燃燒不會(huì)像化石燃料一樣產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的氣體，因此，天然氣水合物被認(rèn)為是最具潛力的新型能源，對(duì)海底天然氣水合物進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究極具應(yīng)用價(jià)值[1-3]。根據(jù)海底天然氣水合物的特性，研究人員提出了多種開(kāi)采方式，總體分為3大類(lèi)[4-5]：第1類(lèi)是通過(guò)在海底改變天然氣水合物賦存條件加速天然氣水合物分解，然后將天然氣收集至海面，其方法包括降壓開(kāi)采法以及熱激發(fā)開(kāi)采法；第2類(lèi)是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在海底分解出天然氣，其方法包括化學(xué)試劑注入法以及 CO2置換法[6-7]；第 3類(lèi)是將海底固態(tài)天然氣水合物提升至海面，再進(jìn)行分解的固態(tài)開(kāi)采法?；诠虘B(tài)開(kāi)采理論的海底天然氣水合物絞吸式開(kāi)采方案工作原理是：通過(guò)采礦車(chē)上的切削頭將海底天然氣水合物破碎成顆粒，在泥漿泵的抽吸作用下，顆粒狀的天然氣水合物被吸入管道，經(jīng)過(guò)軟管進(jìn)入垂直輸送硬管，在礦漿泵的作用下提升至海面進(jìn)行分解，剩余的廢物通過(guò)尾礦管排至海底[8-10]。天然氣水合物絞吸式開(kāi)采方案的核心問(wèn)題之一是固相顆粒通過(guò)管道的水力輸送問(wèn)題。CHRISTIAN等[11]研究了長(zhǎng)管道輸送鐵精礦時(shí)輸送參數(shù)對(duì)能量利用率的影響；VAN WIJK等[12]使用流化理論分析了垂直水力輸送系統(tǒng)穩(wěn)定性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該理論的預(yù)測(cè)結(jié)果在一定條件下符合實(shí)際情況；邱灝等[13]通過(guò)大量輸送粗顆粒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給出了粗顆粒在管道輸送中臨界流速的計(jì)算式；黃中華等[14]采用理論分析和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法分析了多金屬硫化物顆粒垂直管道水力提升規(guī)律。這些研究都是針對(duì)管道內(nèi)漿體流場(chǎng)，關(guān)于漿體在管道入口處的流場(chǎng)研究很少。為此，本文作者首先運(yùn)用MATLAB軟件分析輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)與流體初始特性參數(shù)之間的理論關(guān)系。為了保證切削的天然氣水合物顆粒被高效率的運(yùn)輸?shù)剿?，以絞刀頭工作區(qū)域和管道入口處流場(chǎng)為研究對(duì)象，運(yùn)用fluent軟件仿真天然氣水合物破碎量與輸送系統(tǒng)流量之間的合理匹配關(guān)系，得出管道入口處流體初始特性參數(shù)和輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的預(yù)測(cè)和確定方法，為天然氣水合物管道輸送規(guī)律以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論研究提供合理的流體初始特性參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

1 仿真模型建立

使用Pro/E三維建模軟件建立挖掘天然氣水合物絞刀簡(jiǎn)化三維模型，如圖1所示。其中，刀臂外輪廓曲線方程為[15]

刀臂內(nèi)輪廓曲線為

絞刀大環(huán)外徑的研究范圍為0.6～1.2 m，其他參數(shù)根據(jù)絞刀大環(huán)外徑進(jìn)行調(diào)整。

圖1 絞刀簡(jiǎn)化模型Fig.1 Simplified model of cutter

圖2所示為絞刀工作數(shù)值模擬仿真分析的簡(jiǎn)化模型，其中絞刀內(nèi)流場(chǎng)2為旋轉(zhuǎn)動(dòng)網(wǎng)格區(qū)域，絞刀外流場(chǎng)4為靜區(qū)域。

圖2 絞刀工作數(shù)值模擬模型Fig.2 Model of numerical simulation for cutter

調(diào)整絞刀工作參數(shù)可以在切削過(guò)程中直接改變管道吸口處初始流體特性參數(shù)，絞刀破碎后的天然氣水合物顆粒要通過(guò)管道輸送至海面，因此，管道入口處流體特性參數(shù)是決定產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。

輸送管道入口處流體特性參數(shù)中，天然氣水合物密度、海水密度和管道管徑為已知參數(shù)，流體密度、天然氣水合物沉降速度和流體臨界流速可通過(guò)其他參數(shù)確定，而流量、流速、固相體積分?jǐn)?shù)、顆粒粒徑這4個(gè)參數(shù)在輸送過(guò)程中可根據(jù)要求調(diào)節(jié)。流體初始特性參數(shù)確定后，水力輸送系統(tǒng)工作參數(shù)如揚(yáng)程、功率、水力損失由入口處的流體特性參數(shù)決定。采用單因素變量法，分別研究固相體積分?jǐn)?shù)、流量、顆粒粒徑以及管道直徑與系統(tǒng)工作參數(shù)之間的關(guān)系。

2 水力提升系統(tǒng)參數(shù)分析

2.1 礦漿泵揚(yáng)程

圖3所示為深海采礦水力輸送模型。從圖3可以看出：將固體顆粒從硬管入口處(圖3中B點(diǎn))提升至海面采礦平臺(tái)(圖3中A點(diǎn))，此過(guò)程消耗的能量全部由礦漿泵提供。根據(jù)水力輸送理論，此過(guò)程所需要的礦漿泵最小揚(yáng)程可由以下公式計(jì)算[16]：

式中：Hmin為礦漿泵所需最小揚(yáng)程；ρω為淡水密度；g為重力加速度；ρl為海水密度；L為主泵工作水深；ρm為混合漿體密度；Δpm為壓力損失；uout為管道出口混合流體流速；pout為管道出口壓力。

由式(3)可得所需要的礦漿泵最小揚(yáng)程Hmin計(jì)算式為

圖3 提升系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型Fig.3 Simplified model of hydraulic lifting system

式(4)中，揚(yáng)礦硬管出口壓力為分解倉(cāng)中的壓力，近似取值為0 Pa；在中繼倉(cāng)水深一定時(shí)，海水勢(shì)能為定值。由于揚(yáng)礦硬管內(nèi)混合流體流速一般不會(huì)太大，揚(yáng)礦硬管出口混合流體的動(dòng)能所需的揚(yáng)程在 5 m以下，對(duì)礦漿泵揚(yáng)程的影響較小。因此，決定礦漿泵揚(yáng)程的變量是混合流體勢(shì)能以及固液兩相流在提升過(guò)程中的水力損失。

2.2 壓力損失

在水力提升過(guò)程中，由于各種原因存在壓力損失，總體而言分為3種：摩擦阻力損失、碰撞阻力損失以及沉降阻力損失。摩擦阻力損失是指天然氣水合物顆粒在水力輸送的過(guò)程中與絞刀、管壁等之間的摩擦造成的能量損失，摩擦阻力損失的影響因素主要有顆粒密度、固相體積分?jǐn)?shù)以及漿體流速等；碰撞阻力損失是指天然氣水合物顆粒之間以及天然氣水合物顆粒和絞刀、管道的碰撞造成的能量損失，因顆粒的碰撞過(guò)程復(fù)雜、內(nèi)部機(jī)理尚未明確，一般難以計(jì)算，碰撞阻力損失與固體顆粒速度及大小、形狀相關(guān)；沉降阻力損失是由固體顆粒在液體中的自由沉降所致，為了維持固體顆粒在液體中懸浮所需的能量，沉降速度越大，沉降阻力損失越大。水力提升過(guò)程中的壓力損失難以計(jì)算，通常根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。據(jù)Englemann理論，可以得到壓力損失的微分dpm計(jì)算方法[17]：

式中：φv為固相體積分?jǐn)?shù)；λl為提升管道對(duì)海水的阻力系數(shù)；λs為提升管道對(duì)固體顆粒的阻力系數(shù)；ds為揚(yáng)礦硬管的微分長(zhǎng)度；ul為海水平均流速；us為礦石顆粒平均速度；Di為提升管道直徑。

式中：Δ為管道內(nèi)壁粗糙度，在垂直水力提升系統(tǒng)中一般取 0.1 mm；為固體顆粒的質(zhì)量流速，；Qs為固體顆粒流量；為海水質(zhì)量流速，；Ql為海水流量。由式(5)可知固液兩相流在管道中的壓力損失Δpm為

式中：L為中間倉(cāng)水深，本文研究中中繼倉(cāng)水深為3 km。

式(6)中，影響海水阻力系數(shù)的因素有管道直徑和管壁粗糙度。由于式(6)中存在對(duì)數(shù)，管徑和粗糙度對(duì)海水阻力系數(shù)的影響有限。式(7)中，礦石顆粒的阻力系數(shù)與顆粒直徑、管道直徑、管道內(nèi)流速、固液兩相密度有關(guān)。式(8)中，由于管道中的固相體積分?jǐn)?shù)一般較小，海水所產(chǎn)生的壓力損失會(huì)比固相顆粒產(chǎn)生的壓力損失大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，固液兩相之間的滑移是產(chǎn)生壓力損失的主要因素。

2.3 礦漿泵軸功率

為了將混合漿體從海底提升至海面，礦漿泵所需最小軸功率越小，說(shuō)明所消耗能量越少，水力提升系統(tǒng)工作效率越高。礦漿泵軸功率可由以下公式計(jì)算[18]：

式中：μ為礦漿泵的效率，μ=0.80～0.85。

2.4 天然氣水合物絞吸式開(kāi)采系統(tǒng)參數(shù)

我國(guó)1個(gè)中小型天然氣企業(yè)的年產(chǎn)氣量為0.1～1.0億m3[19]。為使本文的中試開(kāi)采系統(tǒng)具備一定的商業(yè)價(jià)值，其產(chǎn)氣量應(yīng)達(dá)到小型天然氣企業(yè)的目標(biāo)，取產(chǎn)氣量為0.5億m3，按照1年中規(guī)定工作時(shí)間的80%計(jì)算，所需要的流量約為 1 350 m3/h，固相體積分?jǐn)?shù)約為10%?；谒斔屠碚摚鶕?jù)天然氣水合物開(kāi)采的特殊條件，結(jié)合國(guó)內(nèi)外水力提升海試經(jīng)驗(yàn)[20-23]，設(shè)計(jì)得到天然氣水合物絞吸式開(kāi)采水力提升系統(tǒng)參數(shù)。要使水力提升系統(tǒng)達(dá)到一定經(jīng)濟(jì)效益，其輸送管徑一般超過(guò)0.3 m，揚(yáng)礦硬管內(nèi)固相體積分?jǐn)?shù)為8%～12%，同時(shí)，揚(yáng)礦硬管內(nèi)的水流流速應(yīng)為4 m/s左右。而系統(tǒng)對(duì)顆粒粒徑的要求較低，設(shè)計(jì)得到天然氣水合物絞吸式開(kāi)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.5 邊界條件和求解方法

1)進(jìn)口條件：定義進(jìn)口邊界為速度入口，設(shè)定進(jìn)口速度和固相體積分?jǐn)?shù)。固相速度不同表示絞刀橫移速度不同，速度方向垂直入口面。定義湍流強(qiáng)度和水力直徑。

2)出口條件：選用壓力出口，定義出口壓力、湍流強(qiáng)度和水力直徑。

3)壁面：采用無(wú)滑移固定壁面邊界。

4)動(dòng)網(wǎng)格：定義絞刀旋轉(zhuǎn)速度，旋轉(zhuǎn)軸為絞刀軸線。

5)數(shù)值解法：采用瞬態(tài)數(shù)值計(jì)算，方程離散采用一階迎風(fēng)差分格式，方程求解采用SIMPLE算法，求解精度設(shè)置為10-3。

表1 天然氣水合物絞吸式開(kāi)采系統(tǒng)參數(shù)Table 1 Parameters of natural gas hydrate system

3 仿真結(jié)果分析

3.1 揚(yáng)程和水力損失變化規(guī)律

使用Matlab軟件編程，以表1中天然氣水合物絞吸式開(kāi)采系統(tǒng)參數(shù)為依據(jù)，通過(guò)改變某個(gè)參數(shù)而其他參數(shù)保持不變，仿真不同參數(shù)變化對(duì)水力提升系統(tǒng)工作參數(shù)的影響規(guī)律。

3.1.1 固相體積分?jǐn)?shù)對(duì)水力損失和揚(yáng)程的影響

使用 Matlab軟件，在其他參數(shù)不變時(shí)計(jì)算固相體積分?jǐn)?shù)對(duì)系統(tǒng)水力損失和礦漿泵所需揚(yáng)程的影響，結(jié)果如圖4所示。從圖4可見(jiàn)：流體固相體積分?jǐn)?shù)增加，水力損失幾乎保持不變，而礦漿泵所需揚(yáng)程迅速增加。

當(dāng)固相體積分?jǐn)?shù)低于20%時(shí)，固相體積分?jǐn)?shù)從0增加到20%，系統(tǒng)水力損失從123 m下降至105 m；所需揚(yáng)程從129 m增至502 m，增加373 m，說(shuō)明當(dāng)固相體積分?jǐn)?shù)低于20%時(shí)，固相體積分?jǐn)?shù)增加所引起的水力損失以及流體動(dòng)能所消耗的揚(yáng)程并不大。從海底提升至海面流體的勢(shì)能是揚(yáng)程增加的主要因素；礦漿泵軸功率和流量以及揚(yáng)程成正比，在流量一定時(shí)，固相體積分?jǐn)?shù)越大，所需揚(yáng)程越大，因此，所消耗的軸功率也越大。為避免功耗過(guò)大，選擇固相體積分?jǐn)?shù)10%作為本文研究對(duì)象。

3.1.2 系統(tǒng)流量對(duì)水力損失和揚(yáng)程的影響

使用 Matlab軟件計(jì)算系統(tǒng)流量改變對(duì)所需揚(yáng)程和水力損失的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可以看出：隨著系統(tǒng)流量增加，水力損失和礦漿泵所需揚(yáng)程都相應(yīng)增加；當(dāng)流量從500 m3/h增加到2 000 m3/h時(shí)，水力損失從29 m增加到446 m，水力損失增加417 m；礦漿泵所需揚(yáng)程從230 m增加到650 m，揚(yáng)程增加420 m，說(shuō)明流量增加會(huì)導(dǎo)致水力損失較大，此時(shí)，水力損失是導(dǎo)致系統(tǒng)揚(yáng)程增加的主要因素。礦漿泵軸功率和流量以及揚(yáng)程成正比，隨著流量增加，揚(yáng)程也增加，因此，所消耗的軸功率將會(huì)更多。

圖4 固相體積分?jǐn)?shù)對(duì)水力損失和揚(yáng)程的影響Fig.4 Influence of volume concentration on hydraulic loss and lift

圖5 流量對(duì)水力損失和揚(yáng)程的影響Fig.5 Influence of flow rate on hydraulic loss and lift

當(dāng)工作流量為1 000 m3/h，固相體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，系統(tǒng)揚(yáng)程為310 m。若要增加天然氣水合物開(kāi)采產(chǎn)量，則需要增加管道內(nèi)固相體積分?jǐn)?shù)或者增加系統(tǒng)流量，通過(guò)增加固相體積分?jǐn)?shù)，產(chǎn)量每增加 1%，揚(yáng)程增加1.92 m，而通過(guò)增加流量，產(chǎn)量每增加1%，揚(yáng)程增加3.33 m；固相體積分?jǐn)?shù)增加對(duì)系統(tǒng)揚(yáng)程的影響小于流量增加產(chǎn)生的影響，而流量的增加會(huì)直接增加礦漿泵軸功率，也會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)流速增加。因此，若要提高系統(tǒng)天然氣產(chǎn)量，增加揚(yáng)礦硬管的固相體積分?jǐn)?shù)比增加系統(tǒng)流量有效、更經(jīng)濟(jì)。初步選擇研究工作流量為1 000 m3/h。

3.1.3 顆粒粒徑對(duì)水力損失和揚(yáng)程的影響

在Matlab軟件中，改變顆粒粒徑，經(jīng)計(jì)算得到對(duì)應(yīng)水力損失及揚(yáng)程，結(jié)果如圖6所示。從圖6可見(jiàn)：顆粒粒徑對(duì)水力損失以及揚(yáng)程的影響均較??；當(dāng)顆粒粒徑從5 mm增加到50mm時(shí)，系統(tǒng)揚(yáng)程從313 m增加到325 m，而水力損失從111 m增加到123 m；過(guò)大的顆粒粒徑容易導(dǎo)致礦漿泵流道以及管道堵塞，但對(duì)絞刀刀具以及工作條件的要求較低；較小的顆粒粒徑雖然不易引起管道和礦漿泵流道堵塞，但對(duì)絞刀刀具以及工作條件要求高，因此，初步選擇顆粒粒徑為20 mm。

圖6 顆粒粒徑對(duì)水力損失和揚(yáng)程的影響Fig.6 Influence of particle size on hydraulic loss and lift

3.1.4 管道直徑對(duì)水力損失和揚(yáng)程的影響

管道管徑增加不僅會(huì)使礦石顆粒阻力系數(shù)λs減小，還會(huì)使管道內(nèi)流體速度減小，從而減小水力損失，同時(shí)也會(huì)減少流體提升過(guò)程中的動(dòng)能。選擇漿體流量為1 000 m3/h，顆粒粒徑為20 mm，固相體積分?jǐn)?shù)為10%。在Matlab軟件中計(jì)算不同管徑下的水力損失、揚(yáng)程以及管道內(nèi)流體平均流速，結(jié)果如圖7所示。從圖7可見(jiàn)：在流量為1 000 m3/h的工況下，當(dāng)管徑大于 0.25 m時(shí)，不同管徑下的水力損失以及揚(yáng)程都在500 m以下；而當(dāng)管徑低于0.2 m時(shí)，水力損失和揚(yáng)程都急劇上升，此時(shí)，管道內(nèi)流體平均流速為8 m/s。管道內(nèi)流速的增加是產(chǎn)生水力損失的主要原因，因此，管道管徑應(yīng)保持在0.3～0.4 m。

圖7 管道直徑對(duì)水力損失和揚(yáng)程的影響Fig.7 Influence of pipe diameter on hydraulic loss and lift

3.2 管道入口處流體特性參數(shù)匹配關(guān)系

天然氣水合物經(jīng)絞刀破碎后通過(guò)絞刀出口進(jìn)入輸送管道，定義絞吸效率為絞刀出口進(jìn)入管道的顆粒質(zhì)量與絞刀破碎的天然氣水合物質(zhì)量之比。天然氣水合物破碎量由絞刀的橫移速度以及有效切削面積決定，絞刀基本尺寸可由絞刀大環(huán)外徑?jīng)Q定。為保證天然氣水合物高效率運(yùn)輸，絞吸流量和破碎量之間存在匹配關(guān)系，即絞吸效率與絞刀橫移速率、絞刀大環(huán)外徑、絞吸流量有關(guān)。

通過(guò)對(duì)不同絞刀橫移速度以及絞刀大環(huán)外徑進(jìn)行仿真模擬，研究當(dāng)絞吸效率達(dá)到95%時(shí)所需最小礦漿泵流量，通過(guò)所需最小流量的變化分析絞刀橫移速度以及絞刀大環(huán)外徑與流量之間的匹配關(guān)系。根據(jù)前文計(jì)算分析結(jié)果，選擇固相體積分?jǐn)?shù)為10%、顆粒粒徑為20 mm和管道直徑為0.3 m。仿真計(jì)算絞刀橫移速度分別為0.05，0.07，0.09，0.11，0.13和0.15 m/s時(shí)，絞吸效率達(dá)到95%時(shí)所需絞吸流量與絞刀大環(huán)外徑之間的關(guān)系。

使用 Fluent軟件對(duì)絞刀頭絞吸過(guò)程進(jìn)行仿真分析，圖8所示為不同天然氣水合物破碎量下，絞吸效率達(dá)到95%時(shí)所需的流量。從圖8可以看出：隨著絞刀橫移速度以及絞刀大環(huán)外徑增加，所需的流量也增加；絞刀橫移速度對(duì)流量的影響較大，當(dāng)絞刀橫移速度超過(guò)0.11 m/s時(shí)，增加絞刀橫移速度，絞吸效率達(dá)到95%時(shí)所需的流量迅速增加，其所需礦漿泵流量均超過(guò)1 500 m3/h；而絞刀大環(huán)外徑對(duì)流量的影響較小，在絞刀橫移速度低于0.11 m/s時(shí)，絞刀大環(huán)外徑變化時(shí)絞吸效率達(dá)到95%所需的流量均低于1 500 m3/h。研究表明，絞吸流量在1 000～1 300 m3/h時(shí)切削頭絞吸效率最高，在工作過(guò)程中，應(yīng)保證絞吸流量為1 000～1 300 m3/h，在此區(qū)域中，絞刀大環(huán)外徑的分布范圍為 0.6～1.2 m，而絞刀橫移速度的分布范圍為0.07～0.11 m/s。

圖8 不同絞刀尺寸以及橫移速度下絞吸效率達(dá)到95%所需流量Fig.8 Required flow when cutter efficiency reaches 95% with different cutter sizes and traverse speeds

3.2.1 流量和絞刀幾何參數(shù)的匹配關(guān)系

在保證切削頭工作效率的同時(shí)，絞刀大環(huán)外徑應(yīng)盡可能大。從圖8可以看出：當(dāng)絞刀大環(huán)外徑在0.9 m以下時(shí)，絞刀大環(huán)外徑的增加對(duì)礦漿泵所需的最小流量影響較?。欢?dāng)大環(huán)外徑為0.9～1.2 m時(shí)，大環(huán)外徑增加對(duì)礦漿泵所需流量的影響逐漸增加。絞刀尺寸在工作過(guò)程中無(wú)法調(diào)整，因此，為了保證在不同絞刀橫移速度下所需流量能低于1 300 m3/h，同時(shí)又有較高的產(chǎn)量，絞刀大環(huán)外徑應(yīng)取為0.9～1.0 m。

3.2.2 流量和絞刀切削速度的匹配關(guān)系

絞刀幾何尺寸決定有效切削面積。天然氣水合物切削速度還與絞刀相對(duì)天然氣水合物礦物層的速度有關(guān)，絞刀的橫移速度越快，切削破碎量越大；而絞刀的橫移速度同時(shí)會(huì)受到絞吸流量、顆粒粒徑、絞吸效率、絞刀轉(zhuǎn)速以及刀臂數(shù)量等因素的限制，本文只考慮絞刀橫移速度對(duì)礦漿泵所需流量的影響。研究表明：絞刀大環(huán)外徑在0.9～1.0 m時(shí)工作性能最佳；當(dāng)流量為 1 000～1 300 m3/h時(shí)，絞刀的橫移速度應(yīng)小于0.11 m/s。

4 結(jié)論

1)在固相體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，固相所引起的水力損失以及流體動(dòng)能所消耗的揚(yáng)程并不大，從海底提升至海面流體的勢(shì)能是揚(yáng)程增加的主要因素；流量增加會(huì)導(dǎo)致水力損失增加，水力損失增加導(dǎo)致系統(tǒng)揚(yáng)程增加；顆粒粒徑對(duì)水力損失以及揚(yáng)程的影響均較小，顆粒粒徑過(guò)大會(huì)堵塞管道，太小對(duì)絞刀要求較高，所以，顆粒粒徑應(yīng)為20 mm左右。

2)當(dāng)管徑大于0.25 m時(shí)，不同管徑下的水力損失以及揚(yáng)程都在500 m以下；而當(dāng)管徑低于0.20 m時(shí)，水力損失和揚(yáng)程都急劇上升，此時(shí)，管道內(nèi)流體平均流速為8 m/s。管道內(nèi)流速的增加是產(chǎn)生水力損失的主要原因。

3)當(dāng)工作流量為 1 000 m3/h，固相體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，系統(tǒng)揚(yáng)程為 310 m；要增加系統(tǒng)產(chǎn)量，可通過(guò)增加固相體積分?jǐn)?shù)實(shí)現(xiàn)；產(chǎn)量每增加 1%，揚(yáng)程增加1.92 m；通過(guò)增加流量，產(chǎn)量每增加1%，揚(yáng)程增加3.33 m。而流量增加會(huì)直接導(dǎo)致礦漿泵軸功率增加，因此，要提高系統(tǒng)產(chǎn)量，增加固相體積分?jǐn)?shù)比增加系統(tǒng)流量更有效、更經(jīng)濟(jì)。

4)為保證在不同絞刀橫移速度下所需流量低于1 300 m3/h，同時(shí)又有較高產(chǎn)量，絞刀大環(huán)外徑應(yīng)取為0.9～1.0 m，絞刀的橫移速度應(yīng)小于0.11 m/s。