杨宝华
【期刊名称】《《石油化工设备》》
【年(卷),期】2019(048)002
【总页数】5页(P72-76)
【关键词】仓泵; 气力输送; 密相; 堵管; 磨损; 影响因素 【作 者】杨宝华
【作者单位】格律克粉体工程(上海)有限公司 上海 201108
【正文语种】蓝牙移动中 文
【中图分类】TQ051.2
气力输送是借助空气或气体的流动来带动干燥的散状固体粒子或颗粒物料的流动，从而实现将物料从一个位置移送到另一位置的设备或装置中[1]。当气流中颗粒体积比(料/气)不超过0.05，固气混合系统的空隙率ε>0.95时，称为疏相输送；当气流中颗粒体积比(料/气)超过0.2，固气混合系统的空隙率ε<0.8时，称为密相输送[2-3]。密相输送通常以仓泵为发送罐，输送压力100～600 kPa，气速2～8 m/s，固气比大于15，气速低，磨损小，输送效率高。密相输送属间歇输送，输送稳定且输送距离远，输送管管径小，安装方便[4-7]。密相输送系统在化工、食品、制药、建材、采矿、冶金及电力等行业的塑料颗粒、奶粉、药剂、水泥、型砂、煤灰等散装物料的装卸输送中应用广泛。文中针对密相气力输送系统中常见的问题，分析其产生原因及影响因素。 1 密相气力输送系统工作原理及特点
1.1 工艺流程
密相输送系统通常包括料仓、喂料器、压缩机、仓泵、输送管、换向阀、除尘器和收料罐等。仓泵是密相输送系统的发送装置，其出料分为下出料和上出料2种方式，不同出料方式的仓泵特性与被输送物料的特性密切相关[8-9]。仓泵输送有单泵模式，也有双泵或多泵模
式，双泵系统可增大固气比，降低能耗，满足系统出力要求，提高输送效率[10]。单泵密相气力输送系统工艺流程简图见图1。
图1 单泵输送密相气力输送工艺流程简图
1.2 工作原理
仓泵工作采用间歇式输送，仓泵每进、出一次物料为一个工作循环，工作循环过程可分为进料、流化、输送和吹扫4个阶段(图2)。①进料阶段。仓泵投运后进料阀打开，物料落入泵内。当料位计发出满料信号或达到设定时间时，进料阀自动关闭。②流化阶段。进气阀打开，压缩空气从泵体底部的气化室进入，扩散后穿过流化床，在物料被充分流化的同时，泵内的压力也逐渐上升。③输送阶段。当泵内压力达到一定值时，压力传感器发出信号，出料阀开启，流化床上的物料流化加强，输送开始，泵内物料逐渐减少。此过程中流化床上的物料始终处于边流化边输送的状态。④吹扫阶段。当泵内的物料输送完毕，压力下降到等于或接近于管道阻力时，加压阀和吹堵阀关闭。出料阀在延时一定时间后关闭，整个过程结束，完成一次工作循环。
1.输送管 2.吹扫阀 3.出料阀 4.进气阀 5.泵体 6.进料阀图2 仓泵工作循环过程
家电控制板
仓泵进行输送时，泵内的压力是不断变化的。正常工作时仓泵内压力情况变化见图3。加压阶段，泵内压力直线上升。输送阶段，泵内压力基本不变或变动很小。当泵内或管道内物料剩余不多时，压力快速下降。当压力降至一定值，并维持在一定范围内时进入吹扫阶段。吹扫阶段后期，压力已降至最低值，表明管内物料已被吹扫干净，输送结束。吹扫阶段完毕，泵内压力基本不变，此时泵内压力是在该供气状况下管道所具有的阻力。
图3 工作状态下仓泵压力变化曲线
受限于当前的测试方法，对仓泵内物料流动情况及机理认识尚有不足。气力输送过程中，气固两相流动有复杂性和不稳定性特点，随着输送时间的推进，在整个过程中固相体积分布较为混乱且有明显物料沉积现象[11-13]。不同密相输送方式下，输送管内物料可能出现多种流动形态。工作状态下水平管中物料的流动状态见图4，图中H1表示整个管道充满物料的滑动流(也称满管流)，H2表示料栓间有沉积层的栓流，H3表示无沉积层的栓流，H4表示带沉积层的悬浮流，H5表示沙丘状流，H6表示带料束的流动。
图4 工作状态下水平管道内物料流动状态
腰挂包2 密相气力输送系统常见问题
(1)堵塞 管道堵塞是密相气力输送系统最常见和最不易处理的故障之一，约占气力输送系统故障率的40%以上[14]。尤其在输送管道水平段与垂直段连接处，堵塞更为严重。由于输送管线较长且架空，因此检修难度很大。
(2)部件磨损 常见的部件磨损，如仓泵出口管道阀门磨损破坏严重，维护工作量大。缓冲仓下旋转给料阀磨损破坏较快、漏粉严重。
(3)下料不畅 密相气力输送系统出料时间长，粉体贮仓运行中出现堵粉现象，造成下料困难。
(4)出力不足 密相气力输送系统出力偏小或不足，难以适应大型装置，如火力发电厂等装置的气力除灰要求。
3 密相气力输送系统常见问题产生原因及影响因素
3.1 系统设计及选型
密相气力输送是气固两相流的复杂运动过程。目前密相仓泵气力输送系统参数的确定仍基
于悬浮型稀相正压气力输送计算方法，重要参数仍依赖经验选取，计算结果误差较大，使工程设计和运行管理具有不确定性[15]。影响密相气力输送的关键因素是能耗和稳定性[16-17]，在参数设计、设备选型期间就需考虑。
3.1.1 系统压力损失
系统压力损失包括供料装置压力损失、物料加速和提升压力损失、管路沿程压力损失(水平直管、垂直直管、弯管、斜管、管件、阀件等)及分离器压力损失等。通常采用经验公式，以输送气体的压力损失为基础，用压损因子来考虑输送物料的压力损失。设计计算时应对易引起压力下降或流阻较大的地方多加考虑，选择合理的材料和设计方案。如在弯管接头处尽量设计大的曲率半径，尽可能减少压力损失，降低流阻。此外还要考虑合理安装，如在管道焊接时，直管与直管、弯管、三通连接采用焊接，而与设备连接处采用法兰连接。将管道弯头更换为内衬陶瓷的整体弯头可减少磨损，但弯头是拼焊而成，内衬陶瓷焊接处也存在缝隙，输送粉体时，颗粒便透过陶瓷缝隙对焊缝产生磨损。
3.1.2 固气比
对于一定粒度的物料，固气比有一个最佳值，此值既能保证物料的输送，又要保证用气量最少。若固气比高于最佳值，物料虽被输送出去，但用气量大，物料在输送管道内的流速高，物料对管道的磨损就变大。固气比对气力输送系统能耗有很大影响，随着固气比的提高，系统能耗显著降低。管径对系统能耗的影响也很大，固气比相同，即输送流量相同时，管径大，流速小，能耗低。因此，还应计算固气比与管径、输送速度的关系。
3.1.3 仓泵压力下限/上限值设定
仓泵压力下限值的设定较为重要，若该值设定过大，泵内或管道内的物料未输送完毕，会影响第二次输送。若该值设定过小，泵内或管内的物料早已输送完毕，会造成压缩空气浪费，延长输送时间，降低输送效率。一般将仓泵压力下限值设定为仓泵输送压力加上0.01～0.03 MPa。防摔玻璃杯
仓泵压力上限值设定为仓泵实际输送过程中的压力加上0.02～0.04 MPa。若此值设定过高，出料阀打开瞬间初速过高，阻力增大，易造成堵管[18-19]。
3.1.4 系统选型与布置
仓泵型式不同，系统出力、输送压力和固气比等参数亦不同，选型不当就会产生出力不足或能耗过大等问题。大部分电厂的气力除灰不畅均表现为输送能力不足，其原因主要是设计选型偏小及煤种变化[20]。密相气力输送系统目前主要有正压单仓泵系统、正压多仓泵系统及低正压系统，其系统参数应用范围见表1。
表1 密相气力输送系统参数应用范围参数正压单仓泵正压多仓泵低正压固气比10～6010～605～25流速/(m·s-1)8～288～2812～25最大出力/(t·h-1)100160120最高输送压力/kPa500500200几何距离/m1 0001 2001 500
应根据工况合理进行密相气力输送系统设计及选型。对于易吸潮物料，其输送系统设备及构筑物应具有良好的防潮、防雨水渗漏和去湿措施。颗粒不均或大颗粒进入仓泵易造成堵管或下料不畅，在流程设计时可考虑在进料前进行筛分或加筛网。
3.2 输送介质
3.2.1 压缩气源品质
压缩气源的品质是指压缩气源的压力和净化程度。气力输送需要的输送压缩空气最低压力
为0.55 MPa。仓泵输送物料过程中，若压力低于0.55 MPa，则输送管道容易堵塞，仓泵送不出物料，或输送时间变长。
压缩气源的净化程度对气力输送影响较大。若压缩气源净化不完全，压缩气源中会含有大量的水和油，油、水与粉体物料接触时，会粘结在仓泵气化盘上，影响仓泵内部的流型和物料流化，降低仓泵输送效率，进而影响系统的顺利输送。
3.2.2 物料品质
(1)物料粒度 物料粒度越小，其流动性越强。对于单位质量的粉体物料，粒度越小，比表面积越大，吸附的气体也越多，粉体的体积越大，密度就越小，空气容易托起粉粒，易于输送。反之，粉体的粒度越大，其流动性就越差，会难以输送而造成堵塞。
(2)物料含水 有些物料，如粉煤灰表面有很多孔隙和裂缝，孔隙率最大60%～70%[21]。这种结构在干燥状态下的流化性能很强，但对水的吸附作用也很强。若设备密封不良造成内部渗水，灰分遇水就会结块，造成系统堵塞。另外，环境温度低可导致灰分温度降低，此时粘附在灰分表面的水蒸气容易结露，使灰的黏性增加、流动性变差、流动阻力增大，造成系统堵塞。
(3)物料中杂物多 若输送系统内部没有清理干净，杂物进入料斗，会造成仓泵和输送管路堵塞。因此在系统安装和机组大修过程中要确保系统内部杂物清理干净，发现仓泵出力降低或不能正常投运，应优先解体清理仓泵内部杂物，日常维护中要定期打开仓泵检查窗查看仓泵内部情况。
3.3 间歇操作
仓泵输送物料是间歇操作，在交替输送过程中，会使物料逐渐沉积于输送管道底部或拐弯处造成堵塞。在打开出料阀开始输送的瞬间，对出料阀阀芯的磨损较大，并对管道弯头产生冲击磨损。而在向仓内装料过程中，会使仓底物料较长时间受压而粘合在一起，不易分散、流化，在输送出口处的水平管道部位造成堵塞。实际操作中，在某些工况下，可调整仓泵出料程序，采取边气化边输送的方式运行，极大减轻对出料阀和管道弯头的磨损。
3.4 元器件故障
3.4.1 气动阀漏气
气力输送系统中使用的进料阀、排气阀、出料阀、输送阀及吹堵阀等均为气动阀，当阀体
内橡胶密封圈老化变形、密封不严时，干颗粒气流会先磨穿橡胶密封圈，进而磨损门板及阀体。在流化阶段，若出料阀或进料阀漏气，会导致泵内压力无法达到流化的设定压力而退出运行。在输送阶段，进料阀漏气、出料阀泄漏、吹堵装置损坏很容易使各泄漏处迅速扩大，从而使输送管内气压降低而造成堵管。
3.4.2 料位计故障
气力输送系统中使用的料位计准确性较高，对料位计的调整较为重要。如灵敏度调整得过于灵敏，会造成仓泵进料量过少。如灵敏度调整得不够，则造成仓泵进料过多，使仓泵内流化空间减小，物料浓度较大，容易发生堵管。
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