新型輸鹽管道及浮漂設計方案

張 碩

(唐山三友鹽化有限公司,河北 唐山 063605)

1 前言

唐山三友鹽化有限公司(以下簡稱“公司”)目前使用收鹽管道材質為PE、PVC管道,抗氧化能力及耐磨性能較差,并且彈性及塑性等相關力學性能相對較差,并且單位長度內,重量較大,直接導致管道倒運的不便,并且PVC、PE管道力學相關性能及抗老化能力弱,收鹽管道的使用年限受限于相關管道材質性能,同時也會制約生產靈活性,自重過大,不便于自動化收放設備的設計及投入。

現(xiàn)有收鹽管道使用聯(lián)結方式為鑄鐵材質的抱箍,存在標準性差、耐腐蝕性能較差的問題,更換不便,管道接頭安裝過程需要通過熱裝的方式,安裝過程中需要耗費大量的人力及部分燃料資源,存在安裝效率低、有安全隱患等諸多問題,諸多問題亟待解決,阻滯了正常生產的進行以及設備工藝改進的潛力。

公司現(xiàn)用輸鹽管道配套漂浮為高密度發(fā)泡泡沫,由于發(fā)泡泡沫質地較軟,無法預留電纜線槽,在電纜安裝時需使用綁帶人工固定在浮漂上,在收鹽作業(yè)時容易造成電纜固定不牢、磨損,埋下安全隱患且更換成本高,同時也不符合設備標準化要求,因此需要改變收鹽管道浮漂材質及設計。

上述問題是公司目前收鹽管道所面臨的,也是影響收鹽成本的因素,公司決定采用新型管道及浮漂設計,從而提高收鹽效率,降低生產成本,降低人員勞動強度,提高相應的自動化能力。

2 解決方案的制定

2.1 PE管道性能參數(shù)及主要劣勢

PE管道單位長度的重量為4.1 kg,公司輸鹽管道大多為10 m/根,單根重量較大,而且PE管道在磨耗機實驗機上造成損耗為60 mg/m,磨耗較大,耐磨性能存在較大問題,彈性較差,不利于倒運,而且沒有特定的管道固定卡箍,導致管道連接繁瑣,并且導致泄漏問題。

2.2 新型軟管的材質選型方案

針對目前管道耐磨性能不強、重量較大的問題,首先考慮密度較小的高分子材質管道,并且需要有工業(yè)纖維加強層,同時具有較強的耐壓性能,滿足公司直吸式鹽泵出口承壓需求。軟管要滿足季節(jié)收鹽的工況、高溫收鹽及冬季低溫儲存的要求,對軟管的耐高溫、低溫能力及抗腐蝕性要求較高。為此,材質選型如下。

聚氨酯軟管。聚氨酯軟管最大使用壓力1.7 MPa,單位長度重量為1.65 kg,重量較輕,使用溫度范圍-50～80 ℃,有良好的抗紫外線能力,使用壽命在10 a以上,單價95元/m,通過芳綸纖維層進行工業(yè)強度加強,整體性價較高,各項綜合性能滿足使用要求。

丁腈橡膠軟管。聚氨酯軟管最大使用壓力1.0 MPa,單位長度重量為2.8 kg,重量較輕,使用溫度范圍-20～80 ℃,有良好的抗紫外線能力,使用壽命5 a以上,單價85元/m,通過芳綸纖維層進行工業(yè)強度加強,各項綜合性能滿足使用要求,但整體性能相對較差。

本茨橡膠。聚氨酯軟管最大使用壓力0.7 MPa,單位長度重量為4.5 kg,重量較輕,使用溫度范圍-20～80 ℃,有良好的抗紫外線能力,使用壽命在5 a以上,單價100元/m,通過芳綸纖維層進行工業(yè)強度加強,各項綜合性能不能滿足使用要求。

玻璃纖維加強型聚丙烯管。聚氨酯軟管最大使用壓力1.0 MPa,單位長度重量為5 kg,重量較輕,使用溫度范圍-20～80 ℃,有良好的抗紫外線能力,使用壽命5 a以上,單價55元/m,通過芳綸纖維層進行工業(yè)強度加強,各項綜合性能不能滿足使用要求。各種材質軟管數(shù)據(jù)總結見表1。

表1 各種材質軟管數(shù)據(jù)Tab.1 Data of hoses with various material

由表1看出,丁腈橡膠軟管比聚氨酯強化軟管具有一定價格優(yōu)勢,但耐磨性能不及聚氨酯強化軟管、承壓能力小、單位長度重量大;苯茨橡膠價格高,彈性差,材質過硬;玻璃纖維加強型聚丙烯管價格低,但磨耗過大。因此,選定聚氨酯軟管作為收鹽管道的替代材質。

2.3 新型軟管連接方式的確定

現(xiàn)用管道卡子抱箍均采用鑄鐵材質,原接頭需要加工安裝孔,用螺栓安裝管道接頭,安裝效率差,現(xiàn)為配合聚氨酯軟管可更換為304不銹鋼材質,該型號快速接頭且具有安裝便利、耐腐蝕性能強、節(jié)省人工等優(yōu)點。通過改變連接形式的設計方案,安裝效率得到極大提高,安裝時間縮減70%,并且可以無損安裝,極大地延長了接頭的使用壽命,同時可降低工人的勞動強度,節(jié)省人工成本。

2.4 新型管道浮漂的設計

輸鹽管道現(xiàn)使用浮漂為高密度泡沫制作,由于無外殼保護,泡沫強度低,倒運管道時泡沫在池埝上刮擦、磨損造成破損嚴重。外殼成型工藝主要為吹塑成型、注塑成型以及滾塑成型。其中吹塑成型是發(fā)展較快的一種塑料成型方法,結構相對簡單、為一體一次成型,沒有分型面,不易造成缺陷,耐磨性較強,吹塑的原料以聚乙烯應用最多,設計效果渲染圖見圖1?？紤]到磨損后浮漂仍需滿足使用要求,擬購置聚乙烯外殼內填聚氨酯發(fā)泡的新型浮漂。浮漂聚乙烯外殼設計壽命6～8 a,并在聚乙烯原料中添加抗氧化劑,使管道浮漂外殼有更好的抗紫外線能力及抗氧化褪色能力。

圖1 新型管道漂浮的設計效果圖Fig.1 Design diagram of a new type of pipeline floating

3 方案實施

聚氨酯強化軟管的承壓能力以及耐低溫性能較高,耐磨性能好,磨耗低,具有良好的抗曬能力,理論使用壽命20 a,可延長收鹽管道的使用壽命。且具有相同長度下重量更輕、可卷曲方便運輸?shù)忍攸c。管道壁厚、長度可以根據(jù)用戶需求定制。聚氨酯軟管可以選用任意長度,可以嘗試使用單根軟管10、 30、50 m等,減少了接頭的數(shù)量。軟管與軟管間利用304不銹鋼快接頭連接,替代鑄鐵卡子,提高了管道連接速度,降低泄漏風險。軟管上可制作用于綁扎電纜及其他附件的綁帶,用于固定管道浮漂及鹽泵電纜,并且出具整體的規(guī)劃圖紙,保證替換的正常實施。

4 結論

通過新型管道及浮漂的使用,該軟管系統(tǒng)完善了收鹽體系,為收鹽機械化提供了保障,降低了人工成本的同時提高了整體效率,減少了管道安裝時間。

1)效益。輸鹽管道由原來4 kg/m降低至1.6 kg/m,實現(xiàn)輸鹽管道輕量化;更換周期由原來的2～3 a提高至10 a,原PE管一套收鹽管道費用約為15 000元,每年每套PE管道使用成本約為7 500元,輕量型管道每套每年總體成本為2 500元,每套每年可節(jié)約5 000元,兩套合計節(jié)約10 000元。

2)節(jié)省人工。由于新型管道浮漂重量輕,安裝速度快,在倒運管道及安裝管道時可由原來的每套安裝人數(shù)4人減少至3人,每季收鹽管道拆裝約9次、每次用時約1 d,人工工資350元/d,公司目前每年收鹽兩次,兩套輕量型管道合計可節(jié)約350×9×2×2=12 600元。

3)浮漂產生效益。從整體實驗情況看,新型浮漂經試驗基本實現(xiàn)定型,總體能達到輕量化、便利化、規(guī)范化的目的和要求,使用壽命從原來的3 a延長至8 a,每套管道使用浮漂數(shù)目約50個,發(fā)泡浮漂成本約60元/個,新型浮漂為130元/個,更換新型每年使用成本可節(jié)約187元。使用新型不銹鋼卡箍,提高了管道卡子耐腐蝕性能,同時加快了管道浮漂的安裝速度,節(jié)約了人工工時,相比較老式捆綁式的安裝,新型管道浮漂安裝可由3人減少至2人,每套管道每年可節(jié)約人工成本1 000元。新型管道浮漂每年每套可節(jié)約費用為1 187元。

綜上所述新型輕量輸鹽管道可產生效益:10 000+12 600+1 187=23 787元。