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摘要：煤浆管道输送具有清洁、密闭输送、埋于地下不占耕地等天然优势，结合粗颗粒、高浓度、低能耗、高稳定性的技术发展，将使得它具有更大的灵活性和适用性，可以有效解决煤炭运力、环保、耕地占用等问题，给国民经济建设带来明显的经济和社会效益，相关业务市场前景广阔、潜力巨大。
关键词：管道输煤技术；应用现状；展望
1管道输煤技术发展概况
1881年美国开始研究煤浆管道输送技术并在实验室获得成功，英国于1914年建成投产了穿越泰晤士河的伦敦电厂输煤管道。美国于1957年建成第一条商业化的长距离输煤管道———俄亥俄管道。这条输煤管道的建成，对铁路界提出了挑战，使得铁路部门于1963年把运费降低到原来价格的一半。1970年美国建成第二条长距离输煤管道———黑迈撒管道。
我国于1979年着手筹划输煤管道，并将此列为科技攻关项目。1982年以来，先后规划了盂县—潍坊—青岛、梅州—汕头、晋城—南通、盘江—湛江、长江管线、长城管线、新疆新亚管线等20余条常规浓度输煤管道。其中盂—潍—青输煤管道是当时煤炭工业部重大战略发展项目，于1996年3月国务院批准立项，全程713km，输送能力7.0Mt/a。该项目由中外合作建设、合作经营，但最终由于融资问题项目被迫停止。
国内于2010年开始输煤管道工程的建设工作，世界上规模最大的神渭输煤管道全程727km，运输能力10.0Mt/a，是推进煤炭高效、清洁、合理转化的典型工程，由中国煤炭科工集团武汉设计研究院设计有限公司EPC总承包完成。神渭管道在世界输煤管道序列中运量最大、运距最长、地形复杂，表明我国在煤浆甚至其他浆体的长距离管道输送领域技术已经国际领先。国内外已建的典型输煤管道工程见表1。
表1国内外已建的典型输煤管道工程
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2管道输煤技术现状
2.1煤浆管道系统组成
煤浆管道系统一般包括首端制浆系统、输送系统和终端煤浆处理系统。1）制浆系统。综合考虑用户和输送的要求，煤炭的管道输送工程一般会设置一套独立的制浆系统，该系统具有定制性。制浆系统包括煤炭集运、储存、破碎和磨煤4个子系统。美国黑迈撒输煤管道制浆工艺设3条独立的生产线，而中国神渭输煤管道有8条生产线。2）输送系统。输送系统利用地形势能和高压泵将首端制备的合格煤浆经一级或多级泵站输送至终端，着力解决大宗原料运输问题，运量大、运距长，因此设备一般具有大型化特点。煤浆管道输送系统复杂，神渭输煤管道有6个串联泵站，每个泵站设有主泵房、储浆罐等工艺设施设备。3）终端煤浆处理系统。根据用户的不同主要包括储存浆罐、脱水设备及水处理设备等。煤浆管道的终端用户多样，包括电厂、煤化工终端和集散中心。电厂需要进行脱水处理，煤化工终端对浓度和粒度需要进行二次处理，集散中心需要考虑装运、型煤及型煤脱水等问题。
2.2流变特性关键技术参数应用
煤浆输送要求煤颗粒沿管道断面作较均匀的分布，在管道停运期间不形成硬沉淀、在复运后可以重新启动而不发生堵塞，这就需要煤浆具有合适的浓度比例、粒度级配和临界流速。
1）粒度组成。为使煤浆具有良好的分选效果和流动性，煤浆中固体颗粒的粒径并不是单一的，而是由多种粒度组成。煤炭的管道水力输送属于均质～非均质之间的复合流，即伪均质流。在伪均质流中，细颗粒的存在提高了浆体粘性，使粗颗粒沉降速度减小，有利于减小推移损失而减少管道的水力坡度。粒度太大，容易造成沉淀和堵塞；粒度太小，给制浆和脱水工艺带来困难。合理的粒度组成影响着浆体的稳定性，甚至直接影响管道的安全性，美国黑迈撒输煤管道的平均粒径为0.28mm，中国神渭输煤管道的平均粒径为0.37mm。2）浆体浓度。表征浆体浓度的有重量浓度和体积浓度，浓度参数与浆体粘度、稳定性相关，影响管道的输送效率。在相同的粒度级配情况下，煤浆的浓度越大，其流变性越差。重量浓度若过小，煤浆的分选现象严重，稳定性较差。重量浓度若过大，其表征流变特性的刚度系数随浓度的增大急剧增大，摩阻损失也将增大。美国黑迈撒管道的煤浆重量浓度为46%～49%，而中国神渭输煤管道煤浆重量浓度为51%～55%。
3）临界流速。临界流速是指在非均质流浆体运行速度由高逐渐降低时，其固体颗粒从悬浮状态转入在床面滑动或滚动时的流速，它表示沉积和悬浮之间的临界点。临界流速是长距离浆体输送管道的关键基础运行参数。影响临界流速大小的因素包括管径、固体颗粒密度、颗粒的组成和级配、浆体浓度、浆体的粘度、温度等。
2.3煤浆管道的防沉降技术应用
不同粒径的颗粒群体按不同比例组合，由于其比重大于液体，煤浆中固相含量具有下沉的趋势。浆体颗粒在重力的作用下向管底或者罐底沉积甚至堆积，加大底部的浓度而造成软堵塞，在下次设备启动时阻力剧增，甚至不能正常启动。1）煤浆储存过程中的防沉降措施。在管道沿线所有储浆罐中设置搅拌器，利用双电源供电模式对煤浆进行中心推进式的连续搅拌，在储浆罐内壁加导流板辅助煤浆流上升，促进煤浆在罐内形成内循环。2）煤浆输送过程中的坡度控制。长输煤浆管线地形高低起伏，例如神渭管道最大落差近1180m，正常运行时固体颗粒悬浮在煤浆中不会有沉积，而一旦停运后固体颗粒在管线底部堆积，为了防止软堵塞现象，保证管输的安全运行，管线铺设坡度必须小于煤浆滑移角。
2.4煤浆管道测控技术应用
管道监测系统与控制系统融合可实现对煤浆管道输送过程中高效、高精确度调节。根据管道的工艺及分布特点，目前采用数据采集与监控系统（SCADA）的控制方式。SCADA系统是基于计算机、通讯和控制技术发展起来的一种生产过程控制与调度自动化系统，可以对现场设备进行远距离的监视与控制，以实现数据采集、设备控制、参数调节及信号报警等各项功能。
3管道输煤技术展望
2）智慧管道。随着新生代工业化与信息化技术的高度融合和深入应用，输煤管道信息化将走向更高阶段的智慧化。智慧管道基于物联网、云计算等新兴技术，从各种渠道获取精准的数据信息，进而对管道的运营情况进行分析、演算和推理，为实时决策和恰当时机采取行动提供依据，优化、整合和调度现有人力和物力资源。
3）输送产品。目前管道输送的是精煤，随着人们的环境保护意识以及国家环保要求日益提高，煤炭在洗选后各类产品的运输问题逐渐得到企业和政府部门的重视，尤其是国内一些资源型城市在经过近年的高速发展后，其煤炭及其相关产品在闹市区的运输成为越来越突出的社会环境问题。因此，管道输送将不仅仅局限于精煤产品，煤矸石和煤泥等伴生产品的输送市场前景广阔。
4）新材料、新设备。新材料方面：随着输送介质由细颗粒向粗颗粒、由精煤向煤的各类相关产品（煤矸石、煤泥）的方向发展，管材和管件需要有更强的适配性。煤矸石和粗颗粒煤磨蚀性强，耐磨蚀金属管材、非金属管材、耐磨蚀高承压管件等新材料将具有更广泛的应用。新设备方面：目前，管道测漏、测堵设备误差较大，苛刻工况下关键部位阀门、大型煤浆搅拌器等设备尚需进口。未来高精度的测漏、测堵设备将会得到更加广泛的应用，也将会朝着国产化的方向发展。
结束语
管道输煤对地形的适应性强、选线灵活性大、占地少，输送连续、运费低，埋地密闭运行而使得管道抵抗恶劣气候能力强，不污染环境、途中无运输损失，可实现环保洁净的煤炭运输，有利于生态环境保护。
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