壓力式氣力輸送技術(shù)應(yīng)用在提煉車間的工程設(shè)計(jì)

付江濤

（中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

醫(yī)藥企業(yè)的提煉車間經(jīng)常涉及到粉狀固體物料的投料和轉(zhuǎn)運(yùn)。傳統(tǒng)人工投料方式在操作過程中產(chǎn)生的粉塵難以收集，如果固體物料具有毒性，粉塵對(duì)環(huán)境和工人還會(huì)造成二次污染及傷害。

某醫(yī)藥企業(yè)提煉車間固體物料的投料采用的氣力輸送技術(shù)，因其具有工藝布置靈活，不受場(chǎng)地限制，管道密閉輸送不受氣候影響，無揚(yáng)塵利于環(huán)保，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，常用于粉狀固體物料的長距離輸送。

1 氣力輸送裝置的類型

1.1 吸送式氣力輸送裝置

吸送式氣力輸送裝置采用羅茨風(fēng)機(jī)或真空泵作為起源設(shè)備，起源設(shè)備裝在系統(tǒng)的末端，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，整個(gè)系統(tǒng)形成負(fù)壓，由管道內(nèi)外存在的壓力差將空氣吸入輸水管。與此同時(shí)物料和一部分空氣便同時(shí)被吸入，并被輸送到分離器，在分離器中，物料與空氣分離；被分離出來的物料由分離器底部卸至接收料倉，空氣被送到除塵器中凈化，凈化后的空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)排入大氣。由于吸送式氣力輸送系統(tǒng)的輸送壓差小，故僅適用于短距離輸送。

1.2 壓送式氣力輸送裝置

由于起源設(shè)備設(shè)在系統(tǒng)的進(jìn)料端，物料不能自由流暢地進(jìn)入輸料管，必須使用有密封壓力的供料裝置。當(dāng)風(fēng)機(jī)開通后，管道中的壓力高于大氣壓力，物料從給料倉經(jīng)給料器加入輸送管道中，隨即物料被壓送至接收料倉，壓送氣體則經(jīng)除塵器凈化后排入大氣。壓送式氣力輸送系統(tǒng)又分為低壓式和高壓式2 種。低壓式氣力輸送系統(tǒng)的起源壓力一般低于0.1 MPa；高壓式氣力輸送系統(tǒng)的起源壓力一般為0.1 ～0.7 MPa。

2 氣力輸送裝置的設(shè)計(jì)

氣力輸送裝置的設(shè)計(jì)大多仍以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式或曲線為基礎(chǔ)，目前還沒有一個(gè)能包含一料特性的通用計(jì)算公式，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，必須通過同樣或類似物料在類似輸送量和輸送距離的條件下的模擬試驗(yàn)，取得經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，作為裝置設(shè)計(jì)依據(jù)。在開始進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)查有關(guān)的原始條件之前，首先必須明確氣力輸送并不是對(duì)所有物料輸送都通用的方式。只有對(duì)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的條件進(jìn)行細(xì)致地調(diào)查了解，才能正確選定方案和開展設(shè)計(jì)。

需要了解掌握有關(guān)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的條件主要包括以下方面：

①輸送物料的物理化學(xué)特性，包括粒度分布、形狀、堆積密度、含水率、吸濕性、流動(dòng)性、磨琢性、腐蝕性等；②輸送量和操作頻繁程度；③輸送起點(diǎn)和終點(diǎn)的具體情況，包括輸送裝置前后機(jī)械連接情況、后方存?zhèn)}容量等；④輸送距離和管路布置情況，包括水平、垂直輸送管長度、彎管數(shù)量等；⑤裝置運(yùn)轉(zhuǎn)管理?xiàng)l件，包括是否自動(dòng)控制、遙控和聯(lián)鎖，以及裝置的修理和保養(yǎng)要求等；⑥安裝地點(diǎn)的自然環(huán)境和地理?xiàng)l件等；⑦電源，包括了解當(dāng)?shù)毓╇姺绞郊半妷旱惹闆r；⑧其他，包括對(duì)噪聲、粉塵處理的要求等。

3 壓送式氣力輸送粉體物料的應(yīng)用

3.1 工藝流程及布置

某提煉車間反應(yīng)釜需要分別加入固體原料及催化劑。原料由上一工序干燥后得到固體粉料，經(jīng)壓送式氣力輸送系統(tǒng)管道輸送到設(shè)備上方，經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥將物料通過管直接自流到反應(yīng)釜中，含有粉塵的尾氣經(jīng)過袋式除塵器將粉塵過濾后可以直排大氣。催化劑由車間外的自動(dòng)折包機(jī)拆包后送入一樓的料倉，在經(jīng)壓送式氣力輸送系統(tǒng)管道輸送到設(shè)備上方，經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥將物料經(jīng)過直管直接加入到反應(yīng)釜中。反應(yīng)釜設(shè)置在一樓，操作面在二樓，氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)備為了保證粉體物料能靠自流進(jìn)入反應(yīng)釜將設(shè)備都設(shè)置在了三樓投料區(qū)。投料區(qū)寬度為6000 mm，整個(gè)投料區(qū)由輕質(zhì)墻隔構(gòu)成獨(dú)立區(qū)域，避免粉塵進(jìn)去其他區(qū)域。

投料區(qū)及反應(yīng)釜上方都設(shè)置了電動(dòng)葫蘆方便設(shè)備檢修。電動(dòng)葫蘆的布置需要考慮吊裝設(shè)備過程，預(yù)留足夠空間。本工程反應(yīng)釜上方有從三樓樓板垂直進(jìn)入反應(yīng)釜的粉體物料輸送管道，并注意電動(dòng)葫蘆自身的寬度，以及最小距離下的吊鉤空間是否能夠滿足。

設(shè)備布置剖面如圖1 所示。電動(dòng)葫蘆尺寸見表1。

圖1 設(shè)備布置剖面Fig.1 Cutaway view of equipment layout

表1 電動(dòng)葫蘆設(shè)備尺寸Table 1 The size of electric hoist

3.2 輔助設(shè)備的布置

壓送式氣力輸送系統(tǒng)需要輸送風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，由于所采用的風(fēng)機(jī)噪聲較大，超過90 dB，即使增加了消聲器和隔音罩，也很難達(dá)到環(huán)保要求，故配套的輸送風(fēng)機(jī)一般布置在室外，當(dāng)布置在室內(nèi)時(shí)，需要設(shè)置在獨(dú)立的房間并對(duì)其進(jìn)行消聲與隔音等降噪處理，使其噪聲能夠達(dá)到《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

3.3 公用工程的設(shè)置

由于其自動(dòng)化程度高，壓送式氣力輸送系統(tǒng)配置了大量的自控儀表閥門，相應(yīng)需要配套儀表空氣。輸送風(fēng)機(jī)因其自身做功，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出口氣體溫度偏高，需要對(duì)氣體進(jìn)行降溫處理，在輸送風(fēng)機(jī)出口管道后常設(shè)置冷卻器，用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)即可。輸送系統(tǒng)中用到的旋轉(zhuǎn)閥和布袋除塵器需要配置壓縮空氣。

3.4 管道布置

管道應(yīng)架空或在地面上敷設(shè)，管道優(yōu)先采用法蘭連接，一般沿管道長度為6 ～12 m 設(shè)一對(duì)法蘭連接，彎頭兩端應(yīng)設(shè)連接法蘭，焊縫最小間距為50 mm。管道與管道、管道與設(shè)備間的法蘭連接，必須設(shè)導(dǎo)線跨接，輸送管道與目的料倉進(jìn)料管口應(yīng)采用柔性連接，管道凈高應(yīng)符合管道布置規(guī)范的要求，人員同行處管道底部的凈高不宜＜2.2 m，需同行車輛處管底的凈高不宜＜2.2 m。需同行車輛處管底的凈高視車輛的類型而有所不同，同行小型檢修機(jī)械或車輛時(shí)不宜＜3.0 m，同行大型檢修機(jī)械或車輛時(shí)≥4.5 m。

3.5 壓力損失

氣輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參數(shù)包括：管徑、氣流速度、風(fēng)機(jī)壓降、混合比等。通過管道的壓力損失計(jì)算可以直接或間接得到上述參數(shù)，因此壓力損失為氣力輸送的重要參數(shù)。主要的壓力損失計(jì)算方法包括力平衡法、附加壓降法、經(jīng)驗(yàn)公式法和壓降比法等。

常用的氣力輸送裝置的總壓力損失Δpt計(jì)算公式為：

式中Δpa為純氣體（氣體中不含物料） 運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的壓力損失，Pa；ΔPp為沿直管中輸送氣流與管壁、顆粒的摩擦，顆粒與管壁及顆粒之間相互碰撞摩擦產(chǎn)生的壓力損失，Pa；Δpj為將顆粒加速到穩(wěn)定輸送速度所產(chǎn)生的壓力損失，主要發(fā)生在供料器和彎管之后，Pa；ΔPsh為在垂直輸料管中提升物料時(shí)克服重力所產(chǎn)生的壓力損失，Pa；Δpw為彎管壓力損失，主要是由流動(dòng)方向改變而產(chǎn)生離心力作用，引起渦流以及物料沿外壁滑行所產(chǎn)生的壓力損失，Pa；Δpq為各主要部件如供料裝置、分離器、除塵器、消聲器等產(chǎn)生的壓力損失，Pa；Δpg為在壓送式中物料直接向大氣排出時(shí)，產(chǎn)生的排氣壓力損失，Pa。

3.6 管道選型與設(shè)計(jì)

物料在管道內(nèi)輸送時(shí)，與管壁的碰撞與摩擦是造成氣力輸送壓力下降的主要原因。

（1） 直管段 在直管段內(nèi)，物料所受的外力是氣流推力和物料自身的重力，以及物料與管壁的撞擊和物料間的相互碰撞作用力。在對(duì)長度≥50 m的直管段進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，管道之間的連接需要使用法蘭，法蘭與法蘭之間的距離宜取10 ～20 m，同時(shí)管道上還需要設(shè)置伸縮節(jié)。

（2） 彎頭 與直管段內(nèi)物料受到的摩擦力外，彎頭內(nèi)的物料還受到了離心力的作用，導(dǎo)致部分物料在通過彎頭時(shí)，會(huì)多次的撞擊彎頭外側(cè)內(nèi)壁，造成磨損加劇。研究發(fā)現(xiàn)，彎頭部位的磨損率可比直管部分高50 倍，因此在氣力輸送管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使用直管段，避免使用彎頭。

4 結(jié)語

氣力輸送系統(tǒng)因其輸送管道能靈活布置；可實(shí)現(xiàn)散料輸送，效率高；系統(tǒng)密閉，粉塵飛揚(yáng)逸出少，環(huán)境衛(wèi)生條件好；運(yùn)動(dòng)零部件少，維修保養(yǎng)方便，自動(dòng)化程度高；能夠避免物料受潮、污損或混入其他雜質(zhì)，可以保證輸送物料的質(zhì)量。故粉粒狀物料的輸送越來越多地采用氣力輸送系統(tǒng)。

就醫(yī)藥企業(yè)而言，固體粉料性質(zhì)各異，有的具有可燃性甚至有毒性，密閉及自動(dòng)化程度高的氣力輸送系統(tǒng)提高了運(yùn)輸效率，也避免了工作中可能造成的傷害。