漿體穩(wěn)定性測(cè)試中推拉力計(jì)的應(yīng)用研究

［摘 要］漿體穩(wěn)定性是確保漿體管道安全輸送的決定性因素。傳統(tǒng)漿體穩(wěn)定性測(cè)試方法僅適用于漿料分散穩(wěn)定性的初步觀察階段，但受主觀因素干擾，難以進(jìn)行定量評(píng)估。文章介紹了漿體穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法，引入了全新測(cè)試工具—— 推拉力計(jì)，模擬插棒法對(duì)漿體穩(wěn)定性作出定量評(píng)估，并通過(guò)測(cè)試不同漿體，對(duì)漿體穩(wěn)定性提供直觀性認(rèn)識(shí)和量化指標(biāo)，為相關(guān)人員提供參考。

［關(guān)鍵詞］漿體穩(wěn)定性；推拉力計(jì)；堵塞

［中圖分類號(hào)］TQ533 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）07–0154–03

1 概述

漿體管道輸送技術(shù)是基于固、液兩相流管道輸送理論的創(chuàng)新應(yīng)用，是能源運(yùn)輸?shù)牡? 種方式，適應(yīng)了國(guó)家“雙碳”背景下的綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在漿體管道運(yùn)行過(guò)程中，堵塞是管道運(yùn)行主要風(fēng)險(xiǎn)之一，由于堵塞位置隱蔽、不易排查，導(dǎo)致維修難度加大，并且堵塞部位中漿體累積會(huì)增加管網(wǎng)負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)爆管風(fēng)險(xiǎn)，危及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全。漿體穩(wěn)定性是導(dǎo)致管道沉降堵塞的關(guān)鍵因素，穩(wěn)定性較差時(shí)易產(chǎn)生沉積，增加堵塞風(fēng)險(xiǎn)。因此，評(píng)價(jià)漿體穩(wěn)定性是預(yù)測(cè)和評(píng)估管道輸送安全性的重要依據(jù)。

2 漿體穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法

我國(guó)漿體穩(wěn)定性常用評(píng)判方法有靜置觀察法、棒插法、冰凍分析法、殘留物百分比法等。棒插法、觀察法由于操作簡(jiǎn)單、無(wú)需專門的儀器設(shè)備而成為現(xiàn)今應(yīng)用較主流的評(píng)判方法。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于漿體穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)并無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，尚處于初步探索階段。以上方法雖所需設(shè)備少和操作簡(jiǎn)單，但僅適用于對(duì)漿料分散穩(wěn)定性的初步觀察階段，測(cè)定的人為主觀因素較多，無(wú)法定量判斷。由于漿體穩(wěn)定性是影響管道堵塞的直接因素，因此其評(píng)判指標(biāo)及處理技術(shù)不完善將嚴(yán)重影響到工程實(shí)踐。

3 推拉力計(jì)

推拉力計(jì)作為一種先進(jìn)的材料力學(xué)測(cè)試設(shè)備，廣泛應(yīng)用于測(cè)量材料在受到拉伸或壓縮狀態(tài)下的力學(xué)性能測(cè)試中。由于其本身測(cè)試原理與棒插法相似，可將其作為一種新型的測(cè)試工具引入漿體穩(wěn)定性測(cè)試中，其利用拉伸和壓縮的力學(xué)原理，通過(guò)測(cè)量漿體在外力作用下的形變和應(yīng)力來(lái)評(píng)估其穩(wěn)定性，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)試方法無(wú)法定量的難題。

4 試驗(yàn)研究

選用不同地域來(lái)源、不同粒度的礦樣作為試驗(yàn)物料，設(shè)計(jì)不同漿體穩(wěn)定性測(cè)試，利用推拉力計(jì)模擬棒插法，以負(fù)荷作為數(shù)值參考，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果來(lái)定量分析漿體穩(wěn)定性范圍，對(duì)儀器適用能力作出判斷。

4.1 推拉力計(jì)在煤漿穩(wěn)定性測(cè)試中的應(yīng)用

4.1.1 煤漿穩(wěn)定性定量范圍分析

為了對(duì)煤漿穩(wěn)定性等級(jí)范圍做出定量評(píng)判，試驗(yàn)選用河南平頂山某礦廠精煤（0～8 mm）作為試驗(yàn)物料，選用艾德堡數(shù)顯式推拉力計(jì)作為試驗(yàn)儀器（型號(hào)為HP–200）。在該粒度范圍下，制備多組煤漿，利用推拉力計(jì)模擬棒插法，對(duì)靜置后的煤漿進(jìn)行負(fù)荷測(cè)量，然后通過(guò)棒插法驗(yàn)證分析不同負(fù)荷范圍值內(nèi)煤漿穩(wěn)定性情況，尋找煤漿穩(wěn)定性A、B、C、D 等級(jí)負(fù)荷范圍值（A 級(jí)：礦漿無(wú)析水，無(wú)沉淀，攪拌后流動(dòng)狀態(tài)如初；B 級(jí)：少量析水，略有分層，流動(dòng)性良好；C 級(jí)：析水量大，底部有軟沉淀，攪拌后流動(dòng)性良好；D 級(jí)：無(wú)法攪拌的硬沉淀）。

細(xì)顆粒級(jí)配和煤漿濃度是影響煤漿流動(dòng)性、穩(wěn)定性的決定性因素。根據(jù)試驗(yàn)要求，通過(guò)合理調(diào)配細(xì)顆粒級(jí)配、煤漿濃度參數(shù)，將混合均勻后的精煤與不同比例細(xì)顆粒煤樣（–325 目）進(jìn)行不同濃度比兌，配制多組煤漿組合，進(jìn)行24 h 煤漿穩(wěn)定性試驗(yàn)。

煤漿組合與推拉力計(jì)負(fù)荷值范圍對(duì)照見(jiàn)表1。

由表1 可知，試驗(yàn)過(guò)程中隨著推拉力計(jì)負(fù)荷的增加，煤漿穩(wěn)定性逐漸變差，同時(shí)通過(guò)棒插法進(jìn)行驗(yàn)證，證明了穩(wěn)定性較好的煤漿（A 級(jí)），其負(fù)荷基本在0～60 N ；煤漿穩(wěn)定性B 級(jí)，其負(fù)荷在60～120 N ；煤漿穩(wěn)定性C 級(jí)，其負(fù)荷在120～180 N ；煤漿穩(wěn)定性D 級(jí)，其負(fù)荷數(shù)值范圍gt;180 N。

4.1.2 其他煤漿物料穩(wěn)定性定量分析

為了驗(yàn)證所標(biāo)定的負(fù)荷范圍準(zhǔn)確性及該儀器的適用范圍，分別選用陜西渭南某礦原煤（0～2 mm）與內(nèi)蒙古鄂爾多斯某礦細(xì)粒級(jí)煤泥（0～1.4 mm）作為試驗(yàn)物料，進(jìn)行煤漿穩(wěn)定性定量分析。經(jīng)過(guò)計(jì)算將試驗(yàn)樣品和水分別按照不同比例制備40%、50%、60%重量濃度的煤漿，然后進(jìn)行12 h、24 h、48 h、72 h、96 h 的靜置。利用推拉力計(jì)做棒插法的模擬試驗(yàn)進(jìn)行負(fù)荷數(shù)值的評(píng)判，同時(shí)使用棒插法驗(yàn)證，通過(guò)再次對(duì)比，證明推拉力計(jì)的適用性。陜西渭南煤漿穩(wěn)定性評(píng)判見(jiàn)表2，內(nèi)蒙古鄂爾多斯煤泥漿穩(wěn)定性評(píng)判見(jiàn)表3。

由表2、表3 可知，重量濃度不變，隨著煤漿靜置時(shí)間延長(zhǎng)，推拉力計(jì)所測(cè)得的負(fù)荷數(shù)逐漸增大，即漿體穩(wěn)定性變差；靜置時(shí)間不變，隨著煤漿濃度增大，推拉力計(jì)所測(cè)負(fù)荷數(shù)反而逐漸減小，漿體穩(wěn)定性提高。

以上所制備漿體均通過(guò)玻璃棒進(jìn)行棒插法驗(yàn)證，經(jīng)分析對(duì)比，所測(cè)負(fù)荷結(jié)果也在相應(yīng)煤漿穩(wěn)定性A、B、C、D 級(jí)數(shù)值范圍內(nèi)。由于煤泥整體粒度偏細(xì)，煤漿穩(wěn)定性較好，多次重復(fù)試驗(yàn)推拉力計(jì)所測(cè)負(fù)荷值變化不大，數(shù)值上下浮動(dòng)5%。多次試驗(yàn)結(jié)果表明，推拉力計(jì)可有效評(píng)估煤漿穩(wěn)定性，結(jié)果穩(wěn)定且重復(fù)性高，對(duì)煤漿生產(chǎn)具有一定指導(dǎo)意義。

4.2 推拉力計(jì)在粉煤灰漿體中的應(yīng)用

粉煤灰是燃煤電廠排放的固廢之一，具有資源化利用潛力。為了避免粉煤灰運(yùn)輸中的粉塵污染，目前科學(xué)設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)以確保粉煤灰順利輸送成為主流。然而由于粉煤灰顆粒細(xì)、密度小，管道輸送中易出現(xiàn)沉降、結(jié)塊等現(xiàn)象，導(dǎo)致漿體不穩(wěn)定，甚至堵塞管道。因此監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)粉煤灰漿體的穩(wěn)定性狀態(tài)，同樣面臨著挑戰(zhàn)。推拉力計(jì)在煤漿穩(wěn)定性試驗(yàn)中發(fā)揮了重要的定量分析作用。因此決定將其應(yīng)用到其他細(xì)顆粒礦漿中，提供更多研究可能性和實(shí)踐價(jià)值。

由于粉煤灰整體粒度較細(xì)，與內(nèi)蒙古鄂爾多斯煤泥的粒級(jí)相似。因此本次試驗(yàn)選用內(nèi)蒙古某電廠所產(chǎn)生的粉煤灰物料（粒度為0～0.83 mm）作為試驗(yàn)物料，選用艾德堡數(shù)顯式推拉力計(jì)作為試驗(yàn)儀器（型號(hào)為HP–200）。將試驗(yàn)物料和水分別按照不同比例制備30%、40%、50% 重量濃度的煤漿，然后進(jìn)行48 h、96 h、120 h、144 h 靜置。同樣利用推拉力計(jì)做棒插法的模擬試驗(yàn)，對(duì)粉煤灰穩(wěn)定性作出定量評(píng)判。最后再次通過(guò)實(shí)際棒插法試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，證明推拉力計(jì)在粉煤灰礦漿中的適用性。粉煤灰粒度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4，粉煤灰漿體穩(wěn)定性評(píng)判見(jiàn)表5。

由表4，表5 可知，隨著粉煤灰漿體靜置時(shí)間的增加，在相同重量濃度下，所測(cè)負(fù)荷數(shù)值也逐漸增大；在相同的靜置時(shí)間下，粉煤灰漿體重量濃度越大，所測(cè)負(fù)荷數(shù)值越小。這說(shuō)明粉煤灰漿體穩(wěn)定性會(huì)隨著濃度的增加而提高，與之前進(jìn)行的煤漿試驗(yàn)結(jié)果相似。并且通過(guò)負(fù)荷數(shù)值推導(dǎo)的漿體穩(wěn)定性等級(jí)評(píng)判與棒插法所評(píng)估的結(jié)果一致，這表明推拉力計(jì)同樣適用于細(xì)粒級(jí)粉煤灰漿體穩(wěn)定性測(cè)試，其模擬棒插法對(duì)漿體穩(wěn)定性的定量評(píng)估具有較高的準(zhǔn)確性和可信度。

5 結(jié)束語(yǔ)

推拉力計(jì)作為一種新型測(cè)試工具，與傳統(tǒng)測(cè)試方法相比，操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣泛，最重要的是可以有效地對(duì)漿體穩(wěn)定性作出數(shù)據(jù)定量分析，為進(jìn)一步研究漿體特性和優(yōu)化工藝提供了重要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。這些數(shù)據(jù)為進(jìn)一步研究影響因素、制訂改進(jìn)和優(yōu)化方案提供了更多可能性。未來(lái)，可以進(jìn)一步完善推拉力計(jì)的測(cè)試方法和技術(shù)，探索更多的應(yīng)用領(lǐng)域，并不斷優(yōu)化測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，以滿足不同領(lǐng)域?qū)τ跐{體穩(wěn)定性的需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 于新勝，陳益濱. 管道輸煤技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J]. 煤炭工程，2020，52（5）：1-4.

[2] 李培芳，馬云龍，徐繼懷，等. 水煤漿管道輸送特性的研究[J]. 水力采煤與管道運(yùn)輸，1996（3）：4-9.

[3] 王利珍，楊祥生，陳榮榮，等. 水煤漿穩(wěn)定性影響因素的研究進(jìn)展[J]. 煤化工，2007，35（6）：55-59.

[4] 支獻(xiàn)華. 水煤漿穩(wěn)定性的影響因素及評(píng)定方法[J]. 煤炭加工與綜合利用，2000（1）：38-39.

[5] 吳彥. 數(shù)顯式推拉力計(jì)自動(dòng)檢測(cè)的研究與設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)計(jì)量，2017（ 7）：97-99.

[6] 趙世永，張晉陶. 粒度配比對(duì)神府煤水煤漿穩(wěn)定性的影響[J]. 煤炭工程，2006（12）：88-90.

[7] 潘鐘，羅津晶，薛姍姍，等. 粉煤灰利用的回顧與展望[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2008（1）：19-22.