如何設計散裝化肥氣力輸送系統(tǒng)？

□北京中棉工程技術有限公司胡寶林

從顆粒狀復合肥原料及產品的物理特性分析入手，應用氣力輸送基本理論，結合專業(yè)設計經驗對散裝化肥氣力輸送系統(tǒng)進行了科學分析和運算。

復合肥原料物理特性分析

復合肥原料由多種固態(tài)散裝化肥組成，主要有硫酸銨、磷酸一銨、尿素、普鈣、氯化鉀、碳酸氫銨等，這些固態(tài)化肥一般都為無色或白色結晶性粉末或顆粒，粒徑大小不一、密度不同。

復合肥是農資物流的主要產品，主要通過機械混合、重新造粒等方法將多種化肥原料按一定比例制成含作物營養(yǎng)元素氮、磷、鉀中任何兩種或三種的化肥。復合肥顆粒強度在15N以上，顆粒大小2.5-4.2mm，堆密度為1.54t/m3左右。

氣力輸送基本參數的確定

固氣混合比。固氣混合比是輸送過程中單位時間內流過管道的固體物料質量與氣體質量之比，簡稱混合比，也稱輸送濃度或質量濃度，是劃分濃相輸送與稀相輸送方式的主要參數。

在非壓縮氣體輸送情況下，空氣的密度保持常態(tài)不變，混合比的大小主要與輸送量和物料的密度有關，單位時間內輸送量越大或者物料密度越高則混合比越大，反之混合比越??；混合比越大則輸送系統(tǒng)壓損越大，功率消耗也越大，反之壓損越小功率消耗越小?？梢姡鶕斔土慷嗌俸臀锪厦芏鹊拇笮『侠磉x擇混合比。通過對顆粒狀復合肥物理特性的研究，復合肥氣力輸送系統(tǒng)可采用低壓稀相壓送方式。

輸送速度。輸送速度大小直接關系到管網系統(tǒng)的順暢性、管道壓損和風機功率消耗，也關系到物料輸送過程中的撞擊以及顆粒的破碎程度，是采用稀相輸送的關鍵參數。因為阻力的大小與輸送速度的平方成正比，風機功率的大小與風量和阻力的乘積成正比。

選擇輸送速度的主要依據就是顆粒狀物料的懸浮速度和沉降速度，而懸浮速度與物料的形態(tài)、密度直接相關。當物體處在大于其懸浮速度的氣流中時，則物體將被氣流帶動，通常對顆粒度均勻的物料，其輸送風速可取其為懸浮速度的1.5-2倍；對于粒度不均勻的物料，取其比按粒度分布比例占最多的顆粒所測定的懸浮速度大一倍；對于粉料，為避免殘留附著于管壁和發(fā)生黏結成團的現象，往往須采用比懸浮速度大5-10倍的輸送風速。輸送速度與懸浮速度有一定的倍數關系，而且管道的布置方向對輸送速度也有一定影響。據研究顆粒狀復合肥懸浮速度10-15m/s，考慮到有彎頭、有傾斜、密度大等特點，應按懸浮速度2-3倍選擇輸送風速。通過對物料輸送速度分析，初步確定顆粒狀復合肥的輸送速度應該在25-30m/s之間比較適宜。

輸送風量。確定了輸送量、混合比，就可以求出風量，暫可不考慮輸送物料量和需要的風量的儲備系數。根據用戶提供的輸送量，將公式變形后即可求出風量。

管道直徑。根據確定的風速和計算得到的風量就可以算出管道直徑。風量等于截面積與風速的乘積。計算出的管道直徑為理論值，在實際設計過程中選用的管道應優(yōu)選國家標準系列，這一過程成為“圓整過程”，圓整后對設計風速要進行微調，否則影響風量和混合比。圓整并不意味著簡單的取整，而是要查閱低壓流體輸送用焊接鋼管標準規(guī)格，選擇外徑244.5mm，壁厚4mm，則內徑236.5mm，風速微調為31.5m/s。

純空氣管道阻力計算

管道阻力計算是氣力輸送系統(tǒng)設計的核心內容，如果不進行科學的計算而僅憑經驗設計，往往會出現能源浪費或管道堵塞等問題。管道阻力由沿程阻力和局部阻力構成，同時還要注意清潔空氣輸送時的阻力與帶料運行時的區(qū)別，并計算帶料時的阻力。

管道阻力構成。當固體邊界的形狀和大小沿程不變，流體在長直流段中流動的速度分布基本不變，流動時只有因黏性引起的內摩擦力作用而產生的阻力稱為沿程阻力；當固體邊界的形狀、大小或者兩者之一沿流程急劇變化，流體的流動速度分布發(fā)生了變化，流動阻力大大增加，形成比較集中的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。

沿程阻力系數。計算管道阻力必須先確定阻力系數。沿程阻力系數用公式法，要按照流態(tài)來決定具體選用哪個公式更適用。確定流態(tài)首先要計算雷諾數，雷諾數是界定層流和紊流的依據，不同的流態(tài)要用不同的公式計算沿程阻力系數。

局部阻力系數。局部阻力系數大多采用查表法。局部阻力主要是流體經過彎頭、三通、收縮（擴散）管、變徑管、卸料器及除塵器等異形管道，由于截面形狀、運動方向和速度的突變所產生的阻力，局部阻力系數一般均采用查表法。

帶料運行的阻力計算

前面介紹的都是指輸送純空氣時的管道阻力計算方法，實際上當空氣中含有一定量的物料時就形成了兩相流，由于物料的自重和與管道內壁還會產生摩擦，物料彼此之間也會產生碰撞和摩擦。因此會產生較大的附加阻力，而決定附加阻力的關鍵參數就是混合比和附加系數，對于卸料器和除塵器可以不考慮附加阻力，但管道、彎頭及三通等必須考慮。附加系數與物料性狀和管道走向有關。

風機功率計算

氣力輸送所用的動力源為各種風機，需要產生一定的風量和風壓用于克服管道阻力輸送物料。

選擇電動機功率的原則是選大不選小，應配電動機不小于22kw，同時還要考慮風機最大升壓和流量并選擇系列型號。

綜上所述，阻力計算結果可能與實測數值仍有一定差距，計算結果僅作為系統(tǒng)設計的理論依據。氣力輸送系統(tǒng)設計參數的確定和阻力計算需要科學的分析和復雜的運算，為減輕手工運算工作量，應制成Excel電子表格模板，實現快速精確計算。