摘要：密相輸送作為氣力輸送方式中的一種，因其具有耗氣量低、混合比高、輸送能力大、磨損小、物料不易破碎等優(yōu)點，目前已在粉粒體輸送中得到廣泛應(yīng)用。現(xiàn)結(jié)合國內(nèi)某聚酰胺項目（PA），簡要分析了密相輸送的應(yīng)用以及配管過程中的若干設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：密相輸送;氣力輸送;粉粒體;管道布置

0? ? 引言

氣力輸送起源于19世紀(jì)末葉的英國，并由阿林頓（Allington）于1886年對棉花纖維進(jìn)行長距離氣力壓送的研究而取得成功，逐漸經(jīng)過發(fā)展后被各個國家廣泛應(yīng)用于砂子、棉花籽、谷物、水泥和煤粉等粉粒體的輸送。

1? ? 氣力輸送簡介和分類

氣力輸送屬于流體輸送，它是以空氣或其他稀有氣體作為工作介質(zhì)，通過氣體的流動將粉粒體物料輸送到指定地點，也可以把氣力輸送定義為借助正壓或負(fù)壓氣流通過管道輸送物料的技術(shù)。流體管道輸送因其具有輸送效率高，占地面積小，成本相對較低，維護(hù)管理方便，系統(tǒng)密閉粉塵逸出很少等優(yōu)點，在國內(nèi)工業(yè)化發(fā)展的幾十年中，被越來越多的企業(yè)所采用。

氣力輸送按照不同的分類方式，可以分為以下幾類：

（1）按照氣力壓強分可以分為吸送式和壓送式。吸送式指的是輸送管中的壓強低于外界大氣壓（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于101.325 kPa），吸送式輸送又按照氣源真空度的不同分為低真空式（氣源真空度不超過10 kPa）和高真空式（氣源真空度在10～50 kPa）;壓送式指的是輸送管中的輸送壓力高于外界大氣壓，按照氣源的表壓強分為低壓式（氣源表壓強不超過50 kPa）和高壓式（氣源表壓強可高達(dá)700 kPa）。

（2）按照氣流中固體和氣體的濃度比可以分為稀相輸送和密相輸送。固體和氣體的濃度比，即混合比或固氣比、料氣比R，指的是單位質(zhì)量氣體所輸送的固體質(zhì)量?；旌媳仍?5以下（通常R=0.1～5）的氣力輸送稱為稀相輸送，混合比大于25的氣力輸送稱為密相輸送。

2? ? 密相輸送的類型

密相輸送的粉粒體物料，在輸送過程中以栓狀或柱狀的形式，依靠物料管中每段料柱前后的氣壓差推動物料的輸送。所以，密相輸送中的輸送氣流速度一般都很低，通常為2～10 m/s。密相輸送經(jīng)過多年的發(fā)展和開發(fā)，物料流動形式分類大致如圖1所示。

輸送方式的選擇很大程度上取決于輸送物料的特性，其中單料栓輸送因為不需要出料閥、脈沖氣刀、振動氣刀等技術(shù)裝置，也不需要增加旁通管，因此在石油化工粉粒料產(chǎn)品，如PET、PA、PE、PP、ABS、PTA等分布均勻、料性穩(wěn)定的物料輸送中得到較多的應(yīng)用，其物料輸送速度為3～6 m/s。

國內(nèi)某聚酰胺（PA）項目，因物料緩沖罐出口到料倉進(jìn)料器的水平距離只有2 m多，垂直高度又高，如果采用稀相輸送，水平加速段要求無法達(dá)到，不僅耗氣量大，而且因為水平距離不夠、輸送速率高會產(chǎn)生較多的產(chǎn)品破損，產(chǎn)品的磨琢性會對彎頭產(chǎn)生更大的磨損而使得彎頭使用壽命縮短，故成品輸送時選擇了密相輸送方式。此外，希望進(jìn)料處能盡量簡化并避免揚灰，而且生產(chǎn)線有更換產(chǎn)品的需求，所以排除壓送式，選擇低壓真空吸送方式，如圖2所示。

如圖2所示，物料被吸送到料罐上的上料機(jī)后，通過排料閥進(jìn)入料罐，含有粉塵的空氣被抽至凈化裝置過濾，最后通過真空泵排至大氣中。

3? ? 密相輸送管件選擇及管道布置的若干注意事項

3.1? ? 管道的選用

密相氣力輸送時，因為物料成栓狀或柱狀流動，所以要求管道內(nèi)壁光滑，一般會采用無縫鋼管或者玻璃管。采用玻璃管時，需考慮玻璃的易碎性，增加保護(hù)措施。輸送管徑不宜太大，否則不利于形成穩(wěn)定的料柱。

3.2? ? 彎頭的選用

在粉粒體輸送過程中，由于物料和設(shè)備管道管件內(nèi)壁有接觸式的相對運動產(chǎn)生摩擦，使得設(shè)備和管道、彎頭產(chǎn)生磨損，而其中改變物料輸送方向的彎頭往往是磨損最嚴(yán)重的管件;其次彎頭處是壓力損失較大的地方，而一般來說曲率半徑越大，壓力損失越小，所以盡量選擇曲率半徑大的。當(dāng)曲率半徑大于彎頭當(dāng)量直徑的15倍時，壓力損失的變化不顯著，但制作和現(xiàn)場施工卻很復(fù)雜。因此一般選用輸送管道當(dāng)量直徑的6～12倍，根據(jù)石油化工粉粒產(chǎn)品氣力輸送工程技術(shù)規(guī)范（SH/T 3152—2007），推薦取物料輸送管內(nèi)徑的6～12倍為宜。國內(nèi)某聚酰胺項目基于以前的項目經(jīng)驗，選用的是5倍徑的彎頭。此外，因彎頭磨損較大，拆卸和替換的頻率會高，所以最好在設(shè)計及采購彎頭時兩端各加上一段直管段，拆卸時將彎頭兩側(cè)連接件拆除后即可快速進(jìn)行更換。

3.3? ? 法蘭的選用

考慮到現(xiàn)場安裝和拆卸的便利，管段通常分為6 m一段，管段與管段之間的連接件，一般選用管箍、焊接用套管、法蘭等形式。在中低壓氣力輸送中應(yīng)用較多的是平板法蘭的連接，如圖3所示。而對于一些會因為管子錯位產(chǎn)生渦流造成局部磨損的磨削性物料的輸送或者密相輸送，活套法蘭加上榫槽面焊環(huán)的連接方式更適合一些，如圖4所示。

國內(nèi)某聚酰胺項目應(yīng)用的就是活套法蘭連接形式，活套法蘭相對于其他法蘭拆卸更加容易，尤其是對于磨損嚴(yán)重的彎頭等處，可以及時替換。榫槽面的焊環(huán)（COLLAR）在焊接過程中和管道內(nèi)表面焊點處理比較平滑，沒有臺階，因此在物料輸送過程中，物料不會因為臺階問題導(dǎo)致在管道內(nèi)有殘留。基于某聚酰胺項目有同條生產(chǎn)線換不同產(chǎn)品的需求，管道內(nèi)零物料殘留，就不會影響下一條生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)換，不會對新產(chǎn)品產(chǎn)生污染;其次，有臺階就意味著臺階處所受的物料撞擊和力是最大的，也是最容易受到磨損的，容易導(dǎo)致管件經(jīng)常性損壞、影響生產(chǎn);再者，在安裝過程中，榫槽面相對于其他端面形式對準(zhǔn)之后更為牢固，對于法蘭孔的對準(zhǔn)以及螺栓安裝相對而言比較容易，對于現(xiàn)場施工隊的要求不高。當(dāng)應(yīng)用于經(jīng)常要求拆卸的地方時，可以應(yīng)用快速連接法蘭形式，如圖5所示。

對于要求不高的低壓真空輸送，管道之間的連接方式考慮安裝和拆卸便利也可選用管箍。

（1）物料輸送管在滿足工藝要求和輸送要求的情況下，管路應(yīng)盡量短。

（2）彎頭因在物料輸送過程中磨損和壓力損失大，而且彎頭還是引起物料破碎和輸送不穩(wěn)定、堵塞的主要管件，所以彎頭數(shù)量要盡量減少。此外，兩個彎頭之間的間距不宜太小，以防止物料在第一個彎頭減速后未充分加速即進(jìn)入第二個彎頭，不光會減慢輸送速度，甚至還有可能導(dǎo)致堵塞。在選用大曲率半徑彎頭的前提下，兩個彎頭之間的間距最少應(yīng)為管徑的10～40倍，進(jìn)料倉的最后兩個相連的彎頭除外。

（3）當(dāng)料倉有稱重需求時，物料管與料倉接口應(yīng)采用軟連接。

（4）輸料管管路分叉處，宜選用雙向換向閥;若工藝對物料在管道中存有少量死角沒有特殊規(guī)定，也可選用兩只切斷閥進(jìn)行分叉換向。對于換向閥，總的要求是結(jié)構(gòu)簡單、密閉性好、使用可靠、壽命長、阻力小、維修方便等。某聚酰胺項目中采用的氣動換向閥，3個端口均為法蘭面形式，一個為物料入口，另外兩個為物料出口，由氣缸帶動旋塞換向。

（5）對于局部阻力加大的管件應(yīng)盡量靠近壓力高的一側(cè)，如某聚酰胺項目采用的低壓真空密相輸送，換向閥放在靠近吸料點的位置，靠近平臺工人的操作范圍，換向閥中心距平臺面1.2 m，并在換向閥的出入口處設(shè)置支架，便于拆卸，如圖6所示。

（6）對于負(fù)壓輸送，宜在管路易堵的地方開補氣口，當(dāng)輸送管道堵塞時將其打開，讓空氣流入吹通管道。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，密相輸送相比較稀相輸送來說，風(fēng)量小、混合比高、物料破碎少、尾部的氣固分離簡單，由于具備這些特點，密相輸送已逐步廣泛應(yīng)用于工業(yè)粉粒體物料的輸送中。隨著新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝、新材料的推廣和不斷完善提高，氣力輸送必將成為工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張德姜，王懷義，劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊[M].北京：中國石化出版社，2009.

[2] 夏清，陳常貴.化工原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，2009.

[3] 石油化工粉粒產(chǎn)品氣力輸送工程技術(shù)規(guī)范：SH/T 3152—2007[S].

[4] 楊倫，謝一華.氣力輸送工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[5] 陳志希，陳厚通，許向明，等.粉粒體氣力輸送設(shè)計手冊[Z].全國化工化學(xué)工程設(shè)計技術(shù)中心站，全國化工粉體工程設(shè)計技術(shù)中心站，2001.

[6] 王加信.密相氣力輸送技術(shù)的進(jìn)展[J].糧食與飼料工業(yè)，2005（5）：17-19.

收稿日期：2020-03-23

作者簡介：孫凱萍（1985—），女，浙江人，工程師，研究方向：管道布置。