低气压远距离管道输送软粘土技术制造技术

低气压远距离管道输送软粘土，涉及非牛流——宾哈姆体（Ｐｉｎｇｈａｍ）输送技术。包括软粘土进料、表面膜涂复、气力推送和智能控制，其特征是：在集料斗下至少设有两个气力发送罐交替工作，把软粘土压入输料管道；采用气泡表面膜减阻和非连续相柱流结合的气力推送技术，发送罐出料口与输料管道之间设有表面膜喷嘴，适时把脱水润滑剂喷涂于软粘土与输料管道内壁之间；气体分配器、膜液分配器、进料阀、进排气阀均由导线连接电控制器，工控电脑根据压力传感器、沿程阻力传感器的信号进行解算，调节气体和膜液注入的多少，使总推力大于并接近于总阻力，实现软粘土的低气压、低能耗、远距离管道输送。解决了软粘物料远距离管道输送的国际性难题。具有能耗低、输距远、输量大、全自动等特点。在石油、化工、采矿、水利、环保、建筑等诸多方面中有着广泛的用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种新型的远距离管道输送软粘土方法与设备，涉及非牛流一宾哈姆 体(Bingham)输送技术。
技术介绍
在提坝工程中粘土层作为防渗是至关重要的，在海岸工程和海岛工程施工中，常 要求在离提坝几百米甚至几千米以外取土，进行提坝的土方闭气。这类土层粘性大，强度 低、含水量大，陆上机械下不去，水上机械上不来，现有的设备难以发挥作用，人工又无法施工。在水库、湖泊、河道中，日积月累，渐渐地沉积起越来越厚的泥层，使河床提高。这 不但减少库容，污染环境，影响交通，而且在汛期会使洪水泛滥，危及提防，造成水灾。据报 道，近年来我国由于淤涨消失的湖泊近百个。黄河下游属于冲淤变化剧烈的游荡性河道，河 床高于两岸地面3-5m，最高达10m，整治河道清淤疏导是黄河下游急需解决的问题。黄河下 游的淤背固提，滩滩刷槽，淤地改土都涉及到软粘土的输送。另外，原生煤泥、城市污泥、造纸污泥等一类工业副产品和废弃物，其浓度(固含 量)一般都是现有生产工艺中所能获得的最高浓度(以符合“减量化原则”，最大程度减小 体积和重量)，如煤泥浓度为70%以上，城市污泥(“脱水污泥”)的浓度为20%以上，造纸 废渣的浓度为40%以上。目前全国煤泥年产量已达2000 3000万吨；污水厂脱水污泥全 国年产量约2100万吨，折合干污泥420万吨，占生活垃圾量的40 60% ；—个大型的造纸 厂全年的造纸废渣污泥为2 3万吨，全国合计数量巨大。在石油、化工、采矿、环保等诸多 方面，都涉及到软粘物料的管道输送。可见，软粘土远距离管道输送方法与设备，具有广阔的市场需求和广泛的应用前景。但是，软粘土既非固体，又非液体，特别是高浓度、高粘性、低强度软粘土为非牛顿 流体，隶属于宾哈姆(Bingham)体的范畴，很难实现远程管道输送。这种非牛顿流体特性 及其在扰动下的再固结特性，在输送过程中具有很大的粘滞阻力。现有技术认为，气体、液 体和粉粒状固体可用管道输送，理论也比较成熟完善。而粘塑性物料的输送理论鲜见研究 和报道，一般来说Bingham流体表观粘度大，在管内流动时阻力很大，输送的能耗较高，认 为无法用管道输送。就输送设备的现有技术来说，泥浆浓度大于30%就无法输送；粉粒状 干土稍有潮湿就无法输送。而在工程中大量泥土的自然状态都处于难以用管道输送的范 围。因此软粘物料的远距离管道输送是迫切需要解决的，同时具有理论研究意义的国际性 难题。通过检索国内外专利文献及相关的数据库，从寻找到的资料可见，很多专家学者 的研究在这一
，做出了积极的贡献。自从流变学在上世纪20年代成为独立学科以 来，国内外对Bingham流体进行了一些基础和应用研究。美国印地安纳州Lafayette学院 的Bingham教授首先提出了粘塑性流体的概念，Truesdell在第四届国际流变学会议上介绍了流动和变形的理性力学，奠定了流变学更严密的理论基础，流变学得到了很大的发展。 作为流变学研究的一个重要组成部分，上世纪70年代以来国外对Bingham流体的管流及 管道输送作了一些研究，主要集中在Bingham流体管流的流速分布、流体结构、管壁摩擦阻 力、压降规律等方面。国内对Bingham流体也做了一些有益的理论和应用研究。但除本课 题组成员以外未发现采用有效的方法，实现软粘物料远距离管道输送的方法与设备。已见 本课题组成员有关将软粘土管道输送的方法与设备的研究与应用；中国专利桥式海涂土 方筑提机(92239175. 0)，一种气力输泥方法及系统(93104552. 5)，表面膜减阻方法与粘塑 性物料管道输送技术(200710126557. X)，环保型清淤输泥设备(00247696. 7)，用于铺设管 道的水上浮体(200720153007. 2)，粘塑性物料管道输送设备(200720156216. 2)，软粘物料 输送管道水上铺设方法与装置(200710194649. 1)，“根据大量的文献分析，本课题组成员无 论在理论研究，还是工程实践中；无论是专用设备研究上，还是施工工艺设计上；都做出了 开创性的贡献。有效地解决了软粘物料远距离管道输送的诸多难题”。课题组的前期研究为本专利技术奠定了基础省自然科学基金“粘塑性泥土管道 输送新方法及机理的研究”(M503164)，杭州重点科技创新基金“环保型清淤输泥设 备”(20051321B13)，省教育厅重点科研基金“宾哈姆体管道输送新方法暨环保型清淤输泥 设备的研究”(20010430)，“用淤泥等废弃物生产陶粒的研究”，“内河航道建设中的弃土综 合利用研究”，“环保型清淤技术在港航疏浚中的应用研究”。本专利技术在上述研究和工程实践 的基础上，新专利技术了低气压远距离管道输送粘土技术，更具有能耗低、浓度高、输距远的特 点o
技术实现思路
本专利技术目的在于低气压状态下解决软粘土远距离管道输送的难题。本专利技术技术方案包括软粘土进料、表面膜涂复、气力推送和智能控制，其特征是 先把脱水润滑剂涂复于集料斗、气力发送罐和输料管道的内壁；再用至少两个气力发送罐 的压缩空气把软粘土交替压入输料管道，形成非连续相气泥相间的柱流态；同时采用气泡 表面膜减阻方法，在发送罐出料口与输料管道之间设有表面膜喷嘴，适时把脱水润滑剂和 压缩空气混合，并喷入软粘土与输料管道内壁之间；气体分配器、膜液分配器、进料阀、进排 气阀均由导线连接电控制器，工控电脑根据压力传感器、沿程阻力传感器的信号进行解算， 调节气体和膜液注入的时间，从而实现软粘土的低气压远距离管道输送。所述的气泡表面膜减阻包括一个表面膜发生器、膜液分配器、气体分配器与环型 喷嘴。表面膜喷嘴分别经膜液分配器与表面膜发生器连接，经气体分配器与储气筒连接。发 泡剂水溶液在表面膜发生器中按比例配比搅拌，由膜液分配器适时供给环型喷嘴。储气筒 与空压机连接保持足够的输送压力。在发泡剂引入空气的情况下，发泡剂均具有较高的表 面活性，能有效降低液体的表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成细小泡 沫，适时喷于软粘土与输料管道内壁之间。使被输送的粘土与管道之间相隔一层气泡膜，实 现高粘度的软粘土在低能耗的前提下进行顺利输送。所述的发泡剂采用阴离子表面活性剂类，有十二烷基硫酸钠(K12)、脂肪醇聚氧乙 烯醚硫酸钠(AES)，也可采用松香皂类发泡剂、动植物蛋白类发泡剂、纸浆废液等。它能有效 地降低气 液界面间的表面张力有效地形成稳定的气泡群形成多相的组织结构。泡沫具有的优异性能表现为发泡能力特别强，单位体积产泡量大，泡沫细腻稳定，消泡时间长，泡沫 和使用介质的相容性好，无毒、无味、PH值接近中性，对水泥和金属无腐蚀性，生物降解度高 达90%以上，属绿色环保材料。表面膜材料和数量是根据不同的输送物料及工作要求选择 调整的。做到最大限度的节约能源，提高输送效率。在已成形状的表面包上一层摩擦系数 较小的泡沫薄膜，小气泡向滚珠一样附着于软粘土与管壁之间，以减少输送阻力，避免管道 的磨损。同时附着于软粘土上的气泡表面膜在气柱与泥柱之间起到密封作用，保证了柱流 的稳定进行。有效解决了 “屁先出，屎未动”的问题。通过流体粒子图像测试技术，进行掺气降粘减阻试验发现，微小气泡象滚珠一样 流动变形，大大地降低了软粘土粘滞力。在同一软粘土中，在一定范围内气本文档来自技高网...

【技术保护点】
低气压远距离管道输送软粘土技术，包括软粘土进料、表面膜涂复、气力推送和智能控制，其特征是：第一步，先把膜液分配器（１０）供给的脱水润滑剂涂复于集料斗（６）、发送罐（１９）和输料管道（１４）的内壁，再将软粘土过筛置于集料斗（６）；第二步，轮流开启进料阀（７），集料斗（６）中的软粘土进入各发送罐（１９），依次关闭进料阀（７）；第三步，储气罐（１）内的压缩空气经气体分配器（１６）和进排气阀（３）进入发送罐，把软粘土交替压入输料管道（１４），形成非连续相气泥相间的柱流气力推送状态；第四步，在发送罐（１９）出料口与输料管道（１４）之间设有的环型喷嘴（１２），适时把脱水润滑剂和压缩空气混合成气泡表面膜，并喷入软粘土与输料管道（１４）内壁之间；第五步，电控制器（１３）根据压力传感器、沿程阻力传感器的信号进行解算，控制气体分配器（１６）、膜液分配器（１０）、进料阀（７）、进排气阀（３）的开闭时间，调节气体和膜液注入的多少，使总推力大于并接近于总阻力，实现软粘土的低气压、低能耗、远距离管道输送。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陶松垒，陶钧炳，李未材，杨洁，黄矩海，李菡倩，蒋金良，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]