壓力式氣力輸送技術應用在提煉車間的工程設計

付江濤

（中核第四研究設計工程有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

醫藥企業的提煉車間經常涉及到粉狀固體物料的投料和轉運。傳統人工投料方式在操作過程中產生的粉塵難以收集，如果固體物料具有毒性，粉塵對環境和工人還會造成二次污染及傷害。

某醫藥企業提煉車間固體物料的投料采用的氣力輸送技術，因其具有工藝布置靈活，不受場地限制，管道密閉輸送不受氣候影響，無揚塵利于環保，自動化程度高等優點，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機或真空泵作為起源設備，起源設備裝在系統的末端，當風機運轉后，整個系統形成負壓，由管道內外存在的壓力差將空氣吸入輸水管。與此同時物料和一部分空氣便同時被吸入，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，凈化后的空氣經風機排入大氣。由于吸送式氣力輸送系統的輸送壓差小，故僅適用于短距離輸送。

1.2 壓送式氣力輸送裝置

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

2 氣力輸送裝置的設計

氣力輸送裝置的設計大多仍以實踐經驗及設計經驗公式或曲線為基礎，目前還沒有一個能包含一料特性的通用計算公式，因此，在實際設計時，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，取得經驗和數據，作為裝置設計依據。在開始進行設計和調查有關的原始條件之前，首先必須明確氣力輸送并不是對所有物料輸送都通用的方式。只有對設計和應用的條件進行細致地調查了解，才能正確選定方案和開展設計。

需要了解掌握有關設計和應用的條件主要包括以下方面：

①輸送物料的物理化學特性，包括粒度分布、形狀、堆積密度、含水率、吸濕性、流動性、磨琢性、腐蝕性等；②輸送量和操作頻繁程度；③輸送起點和終點的具體情況，包括輸送裝置前后機械連接情況、后方存倉容量等；④輸送距離和管路布置情況，包括水平、垂直輸送管長度、彎管數量等；⑤裝置運轉管理條件，包括是否自動控制、遙控和聯鎖，以及裝置的修理和保養要求等；⑥安裝地點的自然環境和地理條件等；⑦電源，包括了解當地供電方式及電壓等情況；⑧其他，包括對噪聲、粉塵處理的要求等。

3 壓送式氣力輸送粉體物料的應用

3.1 工藝流程及布置

某提煉車間反應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，經壓送式氣力輸送系統管道輸送到設備上方，經旋轉閥將物料通過管直接自流到反應釜中，含有粉塵的尾氣經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折包機拆包后送入一樓的料倉，在經壓送式氣力輸送系統管道輸送到設備上方，經旋轉閥將物料經過直管直接加入到反應釜中。反應釜設置在一樓，操作面在二樓，氣力輸送系統的設備為了保證粉體物料能靠自流進入反應釜將設備都設置在了三樓投料區。投料區寬度為6000 mm，整個投料區由輕質墻隔構成獨立區域，避免粉塵進去其他區域。

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

設備布置剖面如圖1 所示。電動葫蘆尺寸見表1。

圖1 設備布置剖面Fig.1 Cutaway view of equipment layout

表1 電動葫蘆設備尺寸Table 1 The size of electric hoist

3.2 輔助設備的布置

壓送式氣力輸送系統需要輸送風機提供動力，由于所采用的風機噪聲較大，超過90 dB，即使增加了消聲器和隔音罩，也很難達到環保要求，故配套的輸送風機一般布置在室外，當布置在室內時，需要設置在獨立的房間并對其進行消聲與隔音等降噪處理，使其噪聲能夠達到《工業企業噪聲衛生標準》的要求。

3.3 公用工程的設置

由于其自動化程度高，壓送式氣力輸送系統配置了大量的自控儀表閥門，相應需要配套儀表空氣。輸送風機因其自身做功，導致風機出口氣體溫度偏高，需要對氣體進行降溫處理，在輸送風機出口管道后常設置冷卻器，用循環水作為冷卻介質即可。輸送系統中用到的旋轉閥和布袋除塵器需要配置壓縮空氣。

3.4 管道布置

管道應架空或在地面上敷設，管道優先采用法蘭連接，一般沿管道長度為6 ～12 m 設一對法蘭連接，彎頭兩端應設連接法蘭，焊縫最小間距為50 mm。管道與管道、管道與設備間的法蘭連接，必須設導線跨接，輸送管道與目的料倉進料管口應采用柔性連接，管道凈高應符合管道布置規范的要求，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，同行小型檢修機械或車輛時不宜＜3.0 m，同行大型檢修機械或車輛時≥4.5 m。

3.5 壓力損失

氣輸送系統設計主要參數包括：管徑、氣流速度、風機壓降、混合比等。通過管道的壓力損失計算可以直接或間接得到上述參數，因此壓力損失為氣力輸送的重要參數。主要的壓力損失計算方法包括力平衡法、附加壓降法、經驗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計算公式為：

式中Δpa為純氣體（氣體中不含物料） 運動產生的壓力損失，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生的壓力損失，Pa；Δpj為將顆粒加速到穩定輸送速度所產生的壓力損失，主要發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克服重力所產生的壓力損失，Pa；Δpw為彎管壓力損失，主要是由流動方向改變而產生離心力作用，引起渦流以及物料沿外壁滑行所產生的壓力損失，Pa；Δpq為各主要部件如供料裝置、分離器、除塵器、消聲器等產生的壓力損失，Pa；Δpg為在壓送式中物料直接向大氣排出時，產生的排氣壓力損失，Pa。

3.6 管道選型與設計

物料在管道內輸送時，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，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。在對長度≥50 m的直管段進行設計時，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，同時管道上還需要設置伸縮節。

（2） 彎頭 與直管段內物料受到的摩擦力外，彎頭內的物料還受到了離心力的作用，導致部分物料在通過彎頭時，會多次的撞擊彎頭外側內壁，造成磨損加劇。研究發現，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計時，應盡量使用直管段，避免使用彎頭。

4 結語

氣力輸送系統因其輸送管道能靈活布置；可實現散料輸送，效率高；系統密閉，粉塵飛揚逸出少，環境衛生條件好；運動零部件少，維修保養方便，自動化程度高；能夠避免物料受潮、污損或混入其他雜質，可以保證輸送物料的質量。故粉粒狀物料的輸送越來越多地采用氣力輸送系統。

就醫藥企業而言，固體粉料性質各異，有的具有可燃性甚至有毒性，密閉及自動化程度高的氣力輸送系統提高了運輸效率，也避免了工作中可能造成的傷害。