重介選煤耐磨管道選材的研究與應(yīng)用

劉云倩 趙連剛

摘要：依據(jù)當(dāng)今重介選煤作業(yè)流程中管道耗損的實際問題，由源頭查找管路耗損之原因和操作機理，參照我廠選煤作業(yè)現(xiàn)況，對管路耐磨工件在現(xiàn)實生產(chǎn)中的運用給出處置問題的路徑及修改意見，優(yōu)化工程生產(chǎn)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：重介質(zhì);管路;管材耗損;耐磨;運用

引言

由于作為當(dāng)今選煤生產(chǎn)流程中的基本組成元素，各類管路在現(xiàn)實的生產(chǎn)實踐過程中為選煤單位經(jīng)營收益的快速增長發(fā)揮出了有力的保障性效能。選煤裝置中管路材料在天長日久的作業(yè)流程中極易受到操作狀況的影響，即可發(fā)生耗損的情況，深度干擾到流程運作的穩(wěn)固性，增大了選煤流程中管路的修繕費用。故此，工程技術(shù)工作者應(yīng)當(dāng)選用先進的阻止管路耗損工藝以加大管路的服役周期，提升高效能選煤裝置的建造速度。

1、管路耗損的作用機理分析

物料傳輸管路是屬于選煤生產(chǎn)流程中的基本組成元素。在整體化重介質(zhì)選煤流程中，物料管路的耗損不但會引發(fā)車間內(nèi)物料泄露的后果，損害作業(yè)環(huán)境，并且會嚴重影響到流程運作的平穩(wěn)及穩(wěn)固化的生產(chǎn)，并且尚加大了生產(chǎn)員工的勞動負荷和修繕費用。故此，探討分析重介型選煤流程中管路抑制磨損工藝在當(dāng)前來說具有顯著的價值性。

1.1沖蝕性管道磨損

重介型選煤流程中管路在作業(yè)環(huán)節(jié)中長時間的受到流動式物料、介質(zhì)腐蝕，泄漏性耗損，減弱了管路工作的安全品質(zhì)，干擾選煤作業(yè)過程。在這其中，沖蝕性耗損對于管路的損害甚為顯著。在某些固體成分以相應(yīng)的速度通過管路時，必將連續(xù)性地沖刷管路內(nèi)壁，造成管壁本體結(jié)構(gòu)的應(yīng)有物理性質(zhì)喪失。有關(guān)的研究資料顯示：在固體性物料顆粒沿著45度角的方位沖擊管路內(nèi)壁時，對于管路內(nèi)壁組織結(jié)構(gòu)的侵害效果極其嚴重。相對來說，在固體性物料顆粒沿著60度角的方位沖擊管路時，造成的沖擊效率偏低，對于管路的組織結(jié)構(gòu)品質(zhì)造成的損害不顯著。再有，各類侵害因素的沖擊速率，亦密切關(guān)聯(lián)著管路材質(zhì)的服役周期。重點表現(xiàn)在：在沖擊速率不高時，可以產(chǎn)生的摩擦強度較小。伴隨著沖擊速率的持續(xù)增強，沖蝕速率亦必然持續(xù)增大，管路的具體工作成效必將會出現(xiàn)大幅度下跌。

1.2變形過程造成磨損

物料傳送管路在使用過程中亦可發(fā)生變形耗損的情況，對于物料管路的安全作業(yè)品質(zhì)產(chǎn)生了明顯的破壞作用。變形式管路磨損基本是說在某種特定的自然環(huán)境下，固體性物料顆粒和管路內(nèi)壁表面依照平滑摩擦的動作形態(tài)而形成的磨損過程。此款磨損形態(tài)對于管路長時間穩(wěn)定高質(zhì)量的工作過程會造成顯著的影響，擴展了管路內(nèi)壁組成結(jié)構(gòu)的受損范圍。管路產(chǎn)生變形式磨損的重點關(guān)聯(lián)因素包括：固體物料的顆粒直徑大小、物料流體的理化性質(zhì)、管路的組成成分的質(zhì)量把握性等。在固體式顆粒本身的直徑大，硬度極其強的情況下，必然會讓管道內(nèi)壁的磨損情況更為加劇。故此，現(xiàn)實情況下廣大工程技術(shù)工作者一定要實施好針對相關(guān)管路變形磨損傷害的提前預(yù)防工作過程，盡最大努力加長物料管路的服役周期，給選煤生產(chǎn)單位長時間平穩(wěn)運行創(chuàng)造出極好的條件。

1.3疲勞化管道組織結(jié)構(gòu)磨損

選煤生產(chǎn)單位物料管路在長時間的服役階段中，管路內(nèi)壁必將會產(chǎn)生疲勞化應(yīng)力的作用效果，導(dǎo)致其管路內(nèi)壁表面產(chǎn)生越來越多的裂紋，減弱了管路的具體作業(yè)成效。通常條件下，管路內(nèi)壁出現(xiàn)的疲勞性磨損和其自身的結(jié)構(gòu)強度以及組織韌性之間保持著極其緊密的關(guān)聯(lián)性。具體運用過程中針對物料顆粒的級配比例、沖擊方位等，均可導(dǎo)致管路疲勞性磨損情況的產(chǎn)生。在組成管路結(jié)構(gòu)的材質(zhì)方面表現(xiàn)出充分的硬度大，所用韌性成分穩(wěn)妥時，有助于減弱管路工作過程中疲勞化磨損情況發(fā)生的幾率。有鑒于此，選煤生產(chǎn)單位的相關(guān)工程技術(shù)工作者應(yīng)當(dāng)去選取硬度足夠的韌性物料作為選煤重介管路的基本材質(zhì)，防止管路在工作環(huán)節(jié)中出現(xiàn)疲勞性磨損的情況。

2、管路磨損位置確定

管路內(nèi)壁耗損情況關(guān)聯(lián)著諸多繁雜的內(nèi)容，是多項機理共同作用成的后果。長期工程實踐證明，相異性機理驅(qū)使過程引發(fā)管路耗損狀態(tài)及磨損區(qū)位大有差異。在重型介質(zhì)輸送管路中，管路內(nèi)壁耗損情況相對嚴重的區(qū)域包括：斜型管路、水平向管路的底側(cè)，連接法蘭、對接焊口區(qū)域，管路彎頭部位，管路變向部位、變徑對接處的相關(guān)部件等。

2.1斜向管路、水平向管路的底側(cè)部位

不管是由磁性鐵礦粉與水組合而成的重型介質(zhì)懸浮乳液，還是由同質(zhì)型磁鐵礦與煤炭塊料、矸石碎塊以及水組合而成的液固兩相漿狀體，因為水這種液體的粘度指標比較小，因此物料流體在管路中的流動狀態(tài)總體涵蓋兩種類型：層流型及紊流型。在物料流體傳導(dǎo)速率低于下臨界速率數(shù)值時，物料流體本身的雷諾數(shù)指標低于下臨界指標參數(shù)值時，其流體的流動狀態(tài)可視為層流型，流體組成中的重型固體粒狀物開始順著管路底層向前滑移，由此對管路底側(cè)區(qū)域造成磨損情況;在物料流體滑移速率高于下臨界速率值時，物料流體本身雷諾數(shù)值高于下臨界的雷諾指標數(shù)值時，其表現(xiàn)出的流體形態(tài)可視為紊流型。此種情況之下，流體物料組成中的固體型顆粒顯現(xiàn)出懸浮的形態(tài)，降低了對管路底層區(qū)域的損耗，然而對于順著流體流動方向或者過流面轉(zhuǎn)向的區(qū)域，會形成湍東的渦流形態(tài)、沖擊，進而加大該區(qū)域部件的局部損耗，比如彎頭、變徑接口、連接法蘭等部位。

2.2對接法蘭、管路焊口連接區(qū)域

觀察管路裝置中拆解下來的管路部件，可看出管路法蘭、焊口對接部位產(chǎn)生的磨損缺陷表現(xiàn)出明顯的蜂窩形狀，這足以說明物料流體流動過程中在此處出現(xiàn)了深度的旋渦過程，流體物料中的顆粒對該部位產(chǎn)生了強烈撞擊及切削作用過程。通常而言，對接法蘭、管路焊口銜接部位的磨損狀況密切關(guān)聯(lián)著此區(qū)間的縫隙寬窄，縫隙過大，磨損情況更明顯。

2.3管路彎頭部件磨損

物料流體在管路彎頭區(qū)域的流動狀態(tài)極為復(fù)雜，不僅有主導(dǎo)流體，而且還有和其保持垂直方向的二次流體流動情況的存在，總體上其應(yīng)當(dāng)是二者迭加的效果，也就是雙向翻轉(zhuǎn)在內(nèi)壁側(cè)聚攏匯合的雙重流狀態(tài)。雙重流動是起因于管路中心區(qū)域的流動速率高于管路內(nèi)壁周邊流體流動的流率，再加之承受很強的離心力作用，壓力驅(qū)動減小而形成的。橫斷面中心區(qū)域巨型動量轉(zhuǎn)入外壁一側(cè)，而內(nèi)壁一側(cè)略弱的動量涌入管路中心，匯聚出由里往外的復(fù)向型二次流體，進而讓外壁一側(cè)的流體流動速率遠遠高于內(nèi)壁一側(cè)流體流動的速率，促成彎頭外壁一側(cè)的局部區(qū)域磨損、喪失原有的功效。

2.4管路轉(zhuǎn)向、變徑部位的管件磨損

在管路轉(zhuǎn)向、變更直徑時，其流體物料不是再持續(xù)性地朝著原來管壁的方向繼續(xù)向前流動，而是要改變現(xiàn)有的流動趨向。這種情況下，因為受到慣性力、轉(zhuǎn)彎離心力或旋轉(zhuǎn)向心力的瞬時作用，會在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生局部性的旋渦活動區(qū)。旋渦活動區(qū)內(nèi)的固體物料顆粒在移動過程當(dāng)中會對管路內(nèi)側(cè)管壁形成摩擦及沖擊，進而引發(fā)管件的生產(chǎn)磨損。

3、重介質(zhì)選煤流程中管路的阻止磨損工藝運用

對于當(dāng)前的某些重介質(zhì)型選煤裝置，在生產(chǎn)操作過程中不可避免地要發(fā)生管路的磨損失效問題，阻礙了選煤流程的連續(xù)穩(wěn)定運作。為了最大限度地抑制管路運行階段中一些磨損情況的出現(xiàn)，選煤工程中需要選取管路抗磨損工藝，著力開展耐磨損新工藝材料的開發(fā)研制工作，給管路服役周期的加長創(chuàng)造有利的條件。穩(wěn)定可靠的抵御磨損新工藝能夠加大管路運轉(zhuǎn)進程中的總體抗沖蝕功能，進而實現(xiàn)抗耗損的目標。穩(wěn)妥的管路抗磨損新工藝對高效選煤裝置建造和生產(chǎn)經(jīng)營具有極其重要的價值。依據(jù)當(dāng)下選煤工藝流程效能保障的基本需求，工程技術(shù)工作者也正在深化耐磨技術(shù)的研發(fā)工作，且已經(jīng)獲取到了驕人的研究成果。其一是選擇科學(xué)合理的操作流程和動力調(diào)控系統(tǒng)組件，比如依托恰當(dāng)選取高效工程設(shè)備來提供合理的物料流量以及流動的速度進而阻止管路的磨損進程;其二是在高流速和轉(zhuǎn)向流動區(qū)段選取耐磨工程組件，巧安排少拆解，降低對管路系統(tǒng)作業(yè)的不利影響（比如在管路變徑、轉(zhuǎn)向和三通部位等流體轉(zhuǎn)向環(huán)節(jié)）;其三是選取的富含耐磨品質(zhì)的管路材料：比如耐磨型鑄鋼管材、陶瓷型內(nèi)襯復(fù)合式管材、鑄石式管路、鋼塑型復(fù)合管件等，然而相異材質(zhì)管路的安裝要求和適宜的介質(zhì)條件存在著較大的差異性，耐磨型鑄鋼管多半用在焊接管路上，適合用在含微小固體顆粒的煤泥水傳輸管路。目前，最常使用的是陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管，其良好耐磨性能與較長使用壽命，具有良好的性價比，現(xiàn)在使用廣泛千元，其采用設(shè)計加現(xiàn)場測繪，工廠編號加工，現(xiàn)場組法蘭或管接頭連接，檢修時內(nèi)襯材料不宜受熱。

結(jié)束語

通過對全重介選煤廠管道抗磨損技術(shù)的研究與探索，從理論上剖析了管道磨損機理，有利于在技術(shù)上進行改進;查找了管道磨損的重點部位，有利于在安裝、使用中加以預(yù)防。重點從抗磨技術(shù)改進、施工工藝完善、耐磨管材應(yīng)用、現(xiàn)場技術(shù)管理等方面提出了管道抗磨的對策措施和改進意見。

參考文獻

[1]宮偉，李智超.涂層磨損測試方法與環(huán)氧樹脂耐蝕磨性能研究[J].熱固性樹脂，2005，20（1）：50—52.

[2]李合群，高亞平.中國第一座全重介質(zhì)選煤廠的生產(chǎn)實踐[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[3]中國煤炭加工利用協(xié)會.選煤廠管道閥門與泵的安裝使用與維護[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[4]康素芬.淺談重介選煤系統(tǒng)中常用的耐磨管道[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2009（10）：224—225.

[5]譚麗，秦海濱.重介選煤廠管路磨損因素分析及耐磨措施[J].礦山機械，2012（4）：40—41.

[6]王盟，唐琳琳.選煤廠重介管路耐磨材料簡介及選用[J].煤質(zhì)技術(shù)，2011（1）：69—72.

作者簡介：

1、劉云倩：女（1986.06--），河南宜陽人，大專學(xué)歷，平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機電一體化專業(yè)，工程師

2、趙連剛：男（1978.12--），河北館陶人，本科學(xué)歷，河南理工大學(xué)，電氣工程及其自動化專業(yè)，機電工程師