СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПО ТРУБОПРОВОДУ ГИДРОСМЕСИ

Изобретение относится к гидротрубопроводному транспорту и может быть использовано для перекачки гидросмеси, преимущественно водоугольных суспензий. Целью изобретения является повышение эффективности транспортирования гидросмеси по трубопроводу. Способ транспортирования по трубопроводу гидросмеси включает ее перекачку и периодический запуск сферических очистителей для предотвращения закупорки трубопровода. Трубопровод разделяют по длине в вертикальной плоскости на прямолинейные участки транспортирования, на каждом из которых определяют объемный расход гидросмеси и удельные потери давления на трение без осадка при скорости выше критической и при наличии осадка, а запуск очередного очистителя производят по мере образования осадка в момент достижения на участке, определяемого по соотношению, указанному в описании, при этом осуществляют подбор оптимальных размеров сферических очистителей в зависимости от высоты "живого сечения" трубопровода. Изобретение позволит сократить количество запускаемых в трубопровод очистителей и оптимизировать их размеры.

Способ транспортирования по трубопроводу гидросмеси, включающий ее перекачку и периодический запуск сферических очистителей для предотвращения закупорки трубопровода, отличающийся тем, что трубопровод разделяют по длине в вертикальной плоскости на прямолинейные участки транспортирования, на каждом из которых определяют объемный расход гидросмеси и удельные потери давления на трение без осадка при скорости выше критической и при наличии осадка, а запуск очередного очистителя производят по мере образования осадка в момент достижения на участке транспортирования условия, определяемого по соотношению:

где: Q_o объемный расход гидросмеси на участке транспортирования без осадка;
ΔP_o удельные потери давления на трение на участке транспортирования без осадка при скорости выше критической;
Q объемный расход гидросмеси на участке транспортирования при наличии осадка;
ΔP удельные потери давления на участке транспортирования при наличие осадка; m показатель, характеризующий режим течения гидросмеси,
при этом осуществляют подбор оптимальных размеров сферических очистителей в зависимости от высоты "живого сeчения" трубопровода.

Изобретение относится к гидротрубопроводному транспорту с использованием приспособлений для очистки внутренних стенок трубопровода от отложений для восстановления пропускной способности его "живого сечения" и предназначено для перекачки преимущественно водоугольных суспензий.

Известно техническое решение, в котором осуществляют способ транспортирования по трубопроводу гидросмеси путем ее перекачки с помощью насоса и одновременного запуска пустотелых эластичных шаров для предотвращения закупорки трубопровода. При этом шары заполняют сжатым воздухом под давлением в 5-6 раз меньшим, чем давление, развиваемое насосом [1]
Недостатком этого решения является то, что в процессе транспортирования гидросмесей не проводят регулирования количества запускаемых в трубопровод эластичных шаров, то есть не устанавливают временной или какой-либо иной регламент их запуска что приводит к повышению гидрaвлического сопрoтивления и как следствие, к повышению энергии, затрачиваемой на транспорт.

Известно техническое решение (прототип), в котором способ транспортирования по трубопроводу гидросмеси осуществляют путем ее перекачки и периодического запуска сферических очистителей для предотвращения закупорки трубопровода. Очистители запускают в трубопровод при повышении давления в нем. [2]
В этом способе по сравнению с вышеописанным, хотя и устанавливают регламент запуска очистителей, однако в нем, как в предыдущем, происходит нарушение тexнологичности процесса, что может привести вообще к остановке перекачки. Возрастание объема перекачиваемой среды сопровождается подъемом давления в начале трубопровода, что при реализации способа, приведет к непрерывному запуску в трубопровод сферических очистителей, то есть количество очистителей, запущенных в трубопровод, будет определяться не изменением "живого сечения" трубопровода из-за наличия отложений на его стенках, а возрастанием объемного расхода перекачиваемой среды. При уменьшении объема перекачиваемой среды, наоборот, произойдет снижение напора, создаваемого насосной станцией, и в этом случае, даже если произойдет уменьшение "живого сечения" трубопровода за счет образования слоя отложений, сферические очистители будут запускаться лишь тогда, когда давление в начальном сечении трубопровода превысит первоначальное, на которое было настроено устройство для осуществления способа.

Целью изобретения является повышение эффективности транспортирования гидросмеси за счет сокращения количества запускаемых в трубопровод очистителей и оптимизации их размеров.

Эта цель достигается тем, что в известном способе транспортирования по трубопроводу гидросмеси, включающем ее перекачку и периодический запуск сферических очистителей для предотвращения закупорки трубопровода, последний разделяют по длине в вертикальной плоскости на прямолинейные участки транспортирования, на каждом из которых определяют объемный расход гидросмеси и удельные потери давления на трение без осадка при скорости выше критической и при наличии осадка, а запуск очередного очистителя производят по мере образования осадка в момент достижения на участке, транспортирования условия, определяемого по соотношению:

где: Q₀ объемный расход гидросмеси на участке транспортирования без осадка;
ΔP_o- удельные потери давления на трение на участке транспортирования без осадка, при скорости выше критической;
Q объемный расход гидросмеси на участке транспортирования при наличии осадка;
ΔP удельные потери давления на трение на участке транспортирования при наличии осадка;
m показатель, характеризующий режим течения гидросмеси.

При этом осуществляют подбор оптимальных размеров сферических очистителей в зависимости от высоты "живого сечения" трубопровода.

Совокупность существенных признаков данного способа позволит осуществить поставленную цель за счет сокращения количества запускаемых в трубопровод очистителей, определяемого изменением "живого сечения" трубопровода из-за наличия осадка на его стенках, а также подбора оптимальных размеров очистителей, т.е. запуска очистителя, обеспечивающего очистку участка трубопровода имеющего минимальное "живое сечение".

Способ транспортирования по трубопроводу гидросмеси осуществляют следующим образом.

Трубопровод разделяют по длине в вертикальной плоскости на прямолинейные участки транспортирования.

Гидросмесь насосом перекачивают из резервуара в трубопровод. С помощью расходомера и дифманометра определяют на каждом участке транспортирования объемный расход гидросмеси Q₀ и удельные потери давления на трение ΔP_o без осадка (перепад давления), определяемый как разница между полным удельным перепадом давления и геодезическим напором, т.е. удельный перепад давления приведенный к горизонтальному участку трубопровода. Затем определяют объемный расход гидросмеси Q и удельные потери на трение ΔP при наличии осадка.

Если режим перекачки поддерживают таким, что удельные потери давления на трение по трассе постоянны по величине в течение времени и одинаковы для всех участков, то, следовательно, в трубопроводе не происходит образования осадка из перекачиваемой гидросмеси и удельные потери принимаются равным ΔP_o.

В противном случае величина ΔP_o принимается, по значению удельных потерь давления на первом от насоса участке трубопровода.

Если соотношение

становится больше единицы, то, следовательно, течение гидросмеси сопровождается образованием малоподвижного осадка и в том случае необходим запуск в трубопровод сферического очистителя.

Для каждого участка транспортирования определяют максимальное значение соотношения

Затем, используя известную формулу Лейбензона

где: Δh удельные потери напора гидросмеси на трение;
β коэффицент, зависящий от режима течения гидросмеси;
Q-объемный расход гидросмеси;
n эффективная кинематическая вязкость гидросмеси;
m показатель характеризующий режим течения
(m=1 при ламинарном режиме,
m=0,25 при турбулентном режиме в гидрoвлически гладких трубах,
m= 0 при турбулентном режиме с предельным проявлением шероховатости стенки трубопровода )
D_э эквивалентный гидравлический диаметр,равный четырехкратному отношению площади "живого сечения" потока к смоченному периметру.

Определяют величину угла a центрального угла (в градусах)), под которым виден осадок, из уравнения:

После чего определяют высоту "живого сечения" трубопровода (потока) по формуле:

где:Н_жс высота "живого сечения" трубопровода (потока)
D внутренний диаметр трубопровода
Далее в зависимости от высоты "живого сечения" трубопровода, используя уравнение d_o= (1,1-1, 3)Н_жс (5), полученное экспериментальным путем, определяют диаметр очистителя d_o.

По команде системы управления в трубопровод запускают сферический очиститель, имеющий минимальный диаметр. Если в процессе прохождения сферического очистителя по трубопроводу не произошло полное восстановление "живого сечения" трубопровода, т.е. на отдельных участках, по-прежнему

больше единицы, то в трубопровод запускают сферический очиститель большего диаметра и процесс, как было указанно выше, повторяют.

На фиг. изображено сечение трубопровода с образовавшимся осадком, где:
1. трубопровод;
2 осадок;
α центральный угол, под которым виден осадок; H_жс высота "живого сечения" трубопровода;
D внутренний диаметр трубопровода;
Если твердый материал транспортируют в несущей жидкой среде с меньшим удельным весом, (например, частицы угля или песка в воде), то осадок будет образовываться в нижней придонной части трубопровода. В этом случае для размыва осадка сферический очиститель должен иметь положительную плавучесть в несущей жидкости, так как местное сужение потока образуется между сферическим очистителем и осажденном слоем твердых частиц. В этом сечении скорость потока превышает скорость движения потока в трубопроводе и происходит размыв осадка.

Если твердый материал транспортируют в несущей жидкости с большим удельным весом (например, опилки в воде), то осадок твердых частиц будет образовываться в верхней части трубопровода. В этом случае для размыва осадка сферический очиститель должен иметь отрицательную плавучесть в несущей жидкости для образования местного сужения в зазоре между очистителем и слоем осадка твердых частиц.

В качестве примера рассмотрено движение гидросмеси, образованной частицами угля в воде. При ламинарном режиме течения (m=1 ) и объемном расходе гидросмеси Q_o=500 м³/ч, удельные потери давления на трение DP_o составили 60 кПa/км. В процессе транспортирования гидросмеси эти параметры изменились и максимальное значение соотношения по формуле (1) соответствовало значениям Q116 м²/ч, ΔP = 100 кПа/км.=100кПa/км. Расчет по формуле (3) дает: α = 180^°; по формуле (4) полученa Н_жс=0,5D, а по формуле (5) d_o= (0,55-0,65)D.

После прохождения сферическим очистителем трубопровода, наибольшее значение указанного соотношения по формуле (1) соответствовало значениям Q 400 м³/ч, ΔP = 70 кПа/км. Расчет по формуле (3) дает: α = 100^°; по формуле (4) получены Н_жс=0,82D, а по формуле (5) d_o=0,9D.

При турбулентном режиме течения (m=0) при тех же начальных параметрах потока Q_o=300 м³/ч и ΔP_o= 60 кПа/км в процессе транспортирования гидросмеси по трубопроводу, максимальное значение соотношения по формуле (1) будет:

что соответствовало значению Q=223 м³/ч,ΔP = 100 кПа/км
Расчет по формуле (3) дает α = 135^°, по формуле (4) получаем Н_жс=0,69 D, и по формуле (5) d_o=(0,76-0,90)D.

Таким образом, регламент запуска и размер запускаемых сферических разделителей определяют не только повышением величины давления, но и учитывается текущее значение объемного расхода перекачиваемой гидросмеси или суспензии.

В наиболее простом случае, весь трубопровод может приниматься за один участок.

На основании изложенного, предложенный способ является новым, так как неизвестен из уровня техники, имеет изобретательский уровень, является промышленно применимым и его использование позволит повысить эффективность транспортирования по трубопроводу гидросмеси.

Источники информации:
1. СССР, авторское свидетельство Кл.В 65653/30, N 482373, 1972 год.

2. СССР, авторское свидетельство Кл.В 08139/04, N 375108, 1969 год.