贺涵 李翔 马强 岳娟
陕西神渭煤炭管道运输有限责任公司 陕西 渭南 714000
摘要：本文简单叙述输煤项目中的煤浆及其沉降特性。进一步阐述在工程运行期间，此项特性的实际应用，具体从制备煤浆、保存及运输、脱水处理四个环节入手，彰显出沉降特性的现实价值。
关键词：管道输煤；煤浆；沉降特性
引言：管道输煤项目是通过把煤粉与水进行混合，而后借助高压泵，通过管道，以煤浆的形式完成输送。如果遇到属于长距离范畴的项目，且具有一定的地势逆差，必须设置泵站，以保持运输通常。此类工程和常规输送气体、油等情况不同，由于介质本身为混合物，实际流态相对复杂，由于存在颗粒物，会引起沉降问题。
1输煤工程的煤浆
煤浆内包含的固体物质为煤，能用于输煤项目的煤浆，原料基本上是烟煤，实际的密度范围在之间。如果仅有一种形状的颗粒处于水之中，水体会对其产生一种悬浮力，使颗粒始终处于向上运动的状态，但因为水体实际产生的浮力有限，不能完全抵消煤颗粒的自重，逐渐形成加速度，造成颗粒逐步下沉。相关的运算公式如下：
其中，表示颗粒的密度，单位是；表示产生悬浮力的介质密度，计量单位同样是；是摩阻系数；代表颗粒在运动中的速度，单位是；表示颗粒的直径，单位是米[1]。
在出现沉降期间，颗粒会和水体形成摩擦，继而形成向上的阻力。基于理论原理不难得出，物体运动过程中，速度和阻力具有正比的关系。在颗粒的下行速度上升至一定值后，因摩擦产生的阻力与浮力相加，可以和颗粒自重相互抵消，达到平衡的状态，此时的加速度逐步接近零，运动的速度波动数值不断缩小。
输煤项目中，运输时长最短在数小时左右，最长可达到数日。在运输途中需要使用高压的浆泵持续予以悬浮动力，所以基本可以将细颗粒的沉降忽略不计，在实际应用该特性时无需进行过多考量，可以把细颗粒和水体看成一个的溶液物质。从此角度而言，管道内提供浮力的物质并非仅有水，而是水与细颗粒融合后的液体。加之，煤本身密度是高于水体的，所以形成的混合溶液密度也高于原始的水体。总之，煤浆沉降速率在粒度相对偏小的情况下，实际数值会有所下降，简言之，直径较小的颗粒，沉降速度相对偏小。细颗粒可以提高悬浮液的实际密度，并制约大颗粒沉降速率。另外，质量分数与沉降速度是反比例的关系。
2管道输煤项目利用沉降特性的具体分析
2.1制备煤浆
恰当的质量分数以及粒度能优化煤浆的沉降特性，为此需要把控制备的质量。质量分数和沉降速度的关系为：前者增加，其对后者的影响力随之减少。所以，在距离跨度较大的输煤项目中，质量分数不可过小，以免造成颗粒沉降速度过快，此外，如果该指标过低，会提高输水的占比，不易控制工程的成本。
同样，如果质量分数过大，也会影响煤浆的状态。综合实践经验，该数值通常会控制在之间。而粒度和对沉降速度的影响程度成正比。在工业生产中，会借助球磨机及棒磨机，完成制备任务，并且通常可以展现出正态分布的效果。因为粗细颗粒实际沉降情况有较大差异，所以，应当尽可能减小分布的分散性。为让上限粒度和均值相近，通常更偏向于棒磨机，该种做法是由于此设备能根据需要提供选择性的处理功能，最终的分布也相对集中。因为细颗粒从某种角度而言，能抑制大直径颗粒的沉降运动，因此会全面控制规格的颗粒实际占比量，通常至少要达到。
2.2保存煤浆
在保存煤浆期间，为确保可以完好储存不同处理工序的浆液，同时起到缓冲作用，通常会在输送管道的两个端点以及输送期间的泵站点，都会设置储存罐。另外，为避免粗颗粒出现沉降的情况，至少需做到三项举措，加以防护。首先，不间断地胶板煤浆，同时连接双电源提供电量；其次，搅拌工具的桨叶设置成中心推进结构，设于储存罐的内部上，增设挡板，引导煤浆上升，让其在罐体内始终处于内循环的状态；最后，储存罐的底端区域，加设沉降带。
2.3运输煤浆
输煤工程中，受到地理条件的限制，使得长距离项目较多，此类工程的运作有一定周期，煤浆一直处于封闭的空间内，难以实现直观了解煤浆的情况，并需要其在运输管道中，可以处于均匀悬浮的情况。具体应当落实的举措包括：合理设置输送过程的煤浆流速，需超过临界流速，以形成稳定且充足的作用力，使颗粒保持悬浮状态，受到向上的脱离，让煤浆保持紊流，并非层流；管道布设施工期间，要求确保其的起伏坡度不超过煤浆可滑移的角度，以免使运输途中出现堵塞现象；为保证整个过程安全、稳定、经济性等需要，要求泵输系统可以根据需要进行启停，无需完全不间断的运转，通常需要能在系统关闭八个小时左右后，依旧可以正常启动工作；如果遇到超出设定时限的情况，也可以借助水推浆的处理手段，把管道中出残留的煤浆清理出去；布设双电源，对系统运转的稳定性；长距离的运输项目中，出现下行得陡坡时，应当采取变径结构，以免发生加速流。
2.4脱水处理
煤浆运输完成后，来到管道的终端，需要进行脱水处理，得出最终的产品，即煤粉。现如今，脱水处理中，通常会使用沉降过滤式的离心设备，处理煤浆中的粗颗粒，而后通过压缩处理，再操作压滤机把其中的细颗粒分离出来。在脱水处理期间，主要步骤中都借助沉降特性[2]。一方面，处理粗颗粒期间，煤浆通过入料管进到脱水设备中，之后处于高速旋转状态，受到离心力的影响，在离心力超过水体作用于颗粒上的阻力时，便会产生加速度，导致颗粒受力发生沉降，直接被转鼓内部，伴随着分出大量的水分，而后通过离心过滤，完成该环节的脱水工作。另一方面，处理细颗粒期间，把离心液放到浓缩池中静置，实现颗粒的自然沉降。基于沉降特性，细颗粒发生沉降过程中，运动速度极为迟缓，所以需要在池内加入絮凝剂，让众多细颗粒可以整合起来形成粗颗粒，由此提高其沉降的速度。通过种种分析不难得出，质量分数趋于小、粒度趋于大时，沉降效率会随之加快，脱水处理也更为简单，因此该种脱水处理方式可以提升输送工程的经济效果。
结束语：沉降是煤浆比较主要的特定，会影响管道输送的安全，因此要求在所有相关环节中，都能加以重视，并有效接力。为保持上行托力足够，使颗粒保持悬浮，便需煤浆具备处于适宜范畴内的上行流速。此外，还应考虑工程的经济问题，实践中需确定安全与经济的均衡点。
参考文献：
[1]于新胜,陈益滨.管道输煤技术应用现状及展望[J].煤炭工程,2020,(05):1-4.
[2]涂亚楠,王卫东,李峰,等.离心力场中瘦煤水煤浆的沉降失稳特性[J].煤炭学报,2018,(08):2318-2323.