尾礦高濃度管路輸送試驗(yàn)體會(huì)

1、尾礦高濃度管路輸送試驗(yàn)體會(huì)監(jiān)界流速部分曠水泉一九八二年三月目錄一、 概述二、 試驗(yàn)成果簡(jiǎn)介三、 經(jīng)驗(yàn)公式介紹<一> B、C克諾羅茲公式<二> 烏克蘭建工研究所公式四、 問題探討五、 公式的修正六、 結(jié)語一、概述 利用管道水利輸送固體物料從它的萌芽到現(xiàn)在已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，近些年來得到了更加迅速的發(fā)展，已由起初的低濃度輸送走向了今天的高濃度輸送。在生產(chǎn)實(shí)際中，臨界流速和阻力的損失的確定幾乎是管路運(yùn)轉(zhuǎn)成功與否的關(guān)鍵。因此，國內(nèi)外許多從事管道輸送研究的科學(xué)工作者們?cè)谶@方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，得出了許多經(jīng)驗(yàn)公式。在我國冶金礦山尾礦管道輸送方面的設(shè)計(jì)中，比較常用的有：B.C克

2、諾羅茲公式，A.尤芬公式，烏克蘭建工研究所公式等。但在整個(gè)管道輸送領(lǐng)域中，Durand（鳩蘭特）公式則被認(rèn)為是最權(quán)威的。總之，到目前為止還沒有誰能給出一個(gè)真正普遍適用的公式用于漿體管路的輸送設(shè)計(jì)中。近幾十年來，國內(nèi)已有許多大學(xué)、科研設(shè)計(jì)單位先后建立了自己的實(shí)驗(yàn)室專門研究管道輸送，如陜西水科所，北京有色院，清華大學(xué)等。并已進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，取得了不少成果，有的已在實(shí)際中得到了應(yīng)用。一九八年四月到一九八一年七月，由冀東黑色冶金設(shè)計(jì)院委托清華大學(xué)水利及泥沙研究室對(duì)首鋼礦山公司大石河鐵礦廠的尾礦進(jìn)行了高濃度管道輸送試驗(yàn)，為大石河尾礦輸送系統(tǒng)的改建提供設(shè)計(jì)依據(jù)。二、試驗(yàn)成果簡(jiǎn)介通過清華大學(xué)水利及泥沙

3、研究室與秦皇島冶金設(shè)計(jì)院對(duì)大石河鐵尾礦所進(jìn)行的大量試驗(yàn)和理論分析，最終提出了“首鋼礦山公司大石河鐵選礦廠尾礦管道輸送試驗(yàn)報(bào)告”以下簡(jiǎn)稱“報(bào)告”及“補(bǔ)充報(bào)告”。顆粒分析曲線見圖<一>，（圖<二>）粘度試驗(yàn)：試驗(yàn)得出該尾礦砂的礦漿濃度小于55%（重量濃度）即漿體比重為1.54t/m³前為牛頓體。當(dāng)?shù)V漿容重大于1.54t/m³進(jìn)入賓漢體。在這種狀態(tài)下采用管道輸送時(shí)，因管道中的阻力損失將急劇上升，于輸送不利。“報(bào)告”建議在礦漿容重rm =1.46t/m³，即濃度Cw=50時(shí)為大石河尾礦的最佳輸送濃度，并提出了在該濃度時(shí)的管路臨界流速Vcr及阻力損失

4、icr數(shù)據(jù)。由于試驗(yàn)是在小管徑內(nèi)進(jìn)行的，分別為D=100mm,D=139mm,D=201mm。沒有大管徑的實(shí)測(cè)資料，所以大管徑的設(shè)計(jì)參數(shù)系延伸法得到的。“報(bào)告”中提出的rm =1.46t/m³時(shí)，D=350mm,D=400mm,D=450mm的不淤臨界流速和不淤臨界坡降分別為：管徑 D （mm） Vcr（m/s） icr(%)此時(shí)清水i%350 2.42 2.28(小于i)2.39400 2.57 2.20(小于i)2.27450 2.70 2.15（小于i）2.16在“補(bǔ)充報(bào)告”中，由模型延伸法得rm=1.46t/m³時(shí)，Vcr=3.11D0.315,im =1.66i。

5、將上三種管徑的不淤臨界流速及不淤臨界坡降修改為： 管徑 D （mm） Vcr（m/s） icr(%)此時(shí)清水i%350 2.23 2.596（irm）2.05400 2.33 2.454（irm）1.88450 2.42 2.208（irm）1.74Vcr 關(guān)系是將不同濃度的不淤臨界流速化算到同一濃度時(shí)的不淤臨界流速得到的（Vcr=3.11D0.315 ）。沒有反映濃度對(duì)臨界流速的影響。下面將以臨界流速Vcr為討論對(duì)象，尋求一個(gè)既反映顆粒組成又反映濃度影響的臨界流速Vcr計(jì)算式。三、經(jīng)驗(yàn)公式介紹 <一>B.C.克諾洛茲公式11、 當(dāng) dm 0.007mm， Vcr =0.2（1+3

6、.43） （1）2、 當(dāng)dm 0.15mm Vcr =0.255(1+2.48 （2）3、 當(dāng)0.15dm0.40mmVcr （3） 式中： Vcr 礦漿臨界流速（m/s） D 管徑（m） P 礦漿稠度，P=（砂重/清水重）×100 dm 顆粒的加權(quán)平均粒徑（毫米） 礦砂容重修正系數(shù) 礦砂容重（t/m³）該式為我國尾礦輸送中最常用的公式，但局限于低濃度，其中（3）式在下面進(jìn)行討論。<二> 烏克蘭建工研究所公式3 Vcr = (4) 式中： Dcr臨界管徑（m） dm的自由沉降速度 Cm 系數(shù)，Cm =0.35 - 0.40 C 礦漿的重量稠度 小于該粒徑的含量占

7、10%的粒徑（mm） 小于該粒徑的含量占90%的粒徑（mm）適用條件：dm 0.5mm , Vm =1.25 1.70t/m³，rm礦漿容重（t/m³）該式反映了顆粒沉速，管徑，礦漿濃度粗細(xì)顆粒含量等的影響，但在我國尾礦輸送中應(yīng)用較少。本文將作為重點(diǎn)討論。四、問題探討大石河尾礦的試驗(yàn)是在三種管徑內(nèi)進(jìn)行的，測(cè)得了大量的實(shí)測(cè)資料，其中D=100mm 的實(shí)測(cè)資料最全，濃度范圍最廣。下面將摘錄的試驗(yàn)實(shí)測(cè)資料中的部分不同濃度時(shí)的臨界流速值及“報(bào)告”中已引用并加以肯定的實(shí)測(cè)值，與采用克諾羅茲公式和烏克蘭建工研究所公式經(jīng)計(jì)算所得的臨界流速值列表作一比較，見表<一>。并做出不同

8、管徑時(shí)的Vcr Cw 關(guān)系線，如圖（三），（四），（五）。從表<一>及圖（三），（四），（五）中可以知道，克諾羅茲公式Vcr隨濃度的增加而增加，從圖（三）看與實(shí)測(cè)資料相反，而且差值較大，顯然不能作為大石河尾礦輸送的臨界流速計(jì)算公式，圖（四）和圖（五）雖趨勢(shì)與實(shí)測(cè)值一樣，但其差值仍然較大。再看烏克蘭建工研究所公式，在D=100mm 時(shí)，Vcr Cw 關(guān)系與實(shí)測(cè)資料具有相同的趨勢(shì)，在D=201mm ,D=139mm 時(shí)雖然趨勢(shì)略有改變，但其Vcr差值仍然較小。相對(duì)于克諾羅茲公式來說，烏克蘭建工研究所公式更符合于大石河尾礦庫的實(shí)際情況。表<一> 大石河尾礦臨界流速計(jì)算值與實(shí)測(cè)

9、值比較序號(hào)礦砂容重（t/m³）管徑D（m）礦漿容重（t/m³）平均粒徑dm（mm）實(shí)測(cè)臨界流速Vcr實(shí)（m/s）Vcr=3.11烏克蘭建工研究所公式克諾羅茲公式Vcr計(jì)（m/s）Vcr計(jì)（m/s）Vcr計(jì)（m/s）12.750.1001.1340.1921.852.2351.2081.0030.55822.750.1001.190.1921.741.9661.1301.1320.65132.750.1001.280.1921.951.6970.8701.2650.70042.750.1001.360.1921.5551.5310.9851.3660.87952.750.10

10、01.460.1921.501.511.0071.3750.9171.4860.99162.750.1001.560.1921.431.260.8811.6021.12072.750.1391.360.1921.461.7091.1711.6281.11582.750.1391.460.1921.4851.701.1451.5351.0341.7781.19792.750.1391.560.1921.5301.4060.9191.9191.254102.750.2011.360.1921.8201.931.0601.9971.097112.750.2011.460.1921.8651.881.

11、0081.7340.9302.1891.174122.750.2011.560.1921.9251.5870.8242.3691.231從圖中我們還可以看到這樣的一個(gè)現(xiàn)象：無論在哪一管徑時(shí)，三條曲線在Cw=0.40 - 0.50之間一同匯聚，在這個(gè)匯聚區(qū)域內(nèi)，三計(jì)算值（Vcr）幾乎是一個(gè)常數(shù)。對(duì)于這一現(xiàn)象的解釋：是不是礦漿濃度Cw=0.400.50范圍內(nèi)濃度對(duì)臨界流速的影響最少呢？除了肯定計(jì)算公式是否合理，試驗(yàn)本身的準(zhǔn)確外，也許是值得探討的?！把a(bǔ)充報(bào)告”中提出的當(dāng)rm =1.46t/m³是的Vcr計(jì)算式Vcr =3.11基本符合實(shí)際情況。從圖（三）,(四)，（五）上的實(shí)測(cè)Vcr Cw

12、 關(guān)系線上看，濃度對(duì)臨界流速的影響確實(shí)不大（rm=1.361.46），但是在低濃度時(shí)Vcr隨濃度的變化大，由圖（三）可以看出，而該式就不能適用了。于是本人從探討的角度出發(fā)，擬對(duì)烏克蘭建工研究所公式進(jìn)行修正，能在一個(gè)較大的濃度范圍內(nèi)接近于大石河尾礦試驗(yàn)的實(shí)測(cè)值。并作為大石河尾礦輸送臨界流速計(jì)算的另一路徑。五、公式的修正公式（4） Vcr = （4）前面已經(jīng)介紹了公式的適用條件：dm 0.5mm ，Vm=1.251.70(t/m³)。對(duì)“報(bào)告”中列出的試驗(yàn)尾礦再次點(diǎn)繪的（見圖（二）顆粒分析曲線dm =0.1920.5mm。合符上面第一條。進(jìn)行試驗(yàn)的所有大石河尾礦樣：dm =0.070.3

13、5mm ，礦漿容重rm =1.111.73t/m³，在公式的適用范圍內(nèi)。在試驗(yàn)過程中取樣進(jìn)行分析的大量級(jí)配曲線，其粒徑dm 和d50 大都與生產(chǎn)實(shí)際尾礦的dm 和d50 差不多。本文在對(duì)公式進(jìn)行修正時(shí)采用接近生產(chǎn)事跡的顆分資料,dm =0.192，d50 =0.110這樣將修正式在生產(chǎn)中應(yīng)用時(shí)更有把握。式（4）中的（沉速），是dm 和水溫t 的函數(shù)，?？捎杀碇胁榈茫部砂闯了俟接?jì)算求得。式（4）在顆粒級(jí)配，水溫t，管徑D不變時(shí)可以改寫為： Vcr= （5）式中： K= C=，礦漿稠度 礦漿的重量濃度從圖（3），（4），（5）中可以看出：Vcr=不符合實(shí)測(cè)資料，不難看出大石河尾礦漿體

14、輸送的Vcr ，即C的指出，經(jīng)過計(jì)算和圖表分析，n=較合理，于是（5）式成為： Vcr= （6）將K值代入（6）式得： Vcr = （7）由式（7）對(duì)接近大石河生產(chǎn)實(shí)際尾礦的試驗(yàn)礦樣進(jìn)行Vcr 計(jì)算，式中=0.018m/s，由已知dm =0.192，在常溫下（取水溫20）從“尾礦設(shè)施計(jì)參改資料”附錄表中查得。 取0.37.將計(jì)算值Vcr計(jì) 與實(shí)測(cè)值Vcr實(shí) 進(jìn)行比較，分析得出修正系數(shù)=1.13，公式（6）即成為： Vcr= (8)最后將與都代入式（8）得到： Vcr = （9）這就是修正的烏克蘭建工研究所公式。用該式計(jì)算所得的臨界流速值Vcr計(jì) 與實(shí)測(cè)的Vcr實(shí) 見表<二>和圖（六

15、），（七）。當(dāng)rm =1.46t/m³，=50%時(shí)，求得： 此時(shí)的清水i% D=350mm Vcr =2.29m/s 2.16D=400mm Vcr =2.40m/s 1.99D=450mm Vcr =2.49m/s 1.83D=450mm Vcr =2.58m/s 1.75計(jì)算求得的Vcr 值介于“報(bào)告”及“補(bǔ)充報(bào)告”延伸值之間。由圖（t）會(huì)發(fā)現(xiàn)，D=139的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相差較大，這里可能是實(shí)測(cè)值本身有一定的誤差，以為D=139的實(shí)測(cè)Vcr 小于D=100的實(shí)測(cè)Vcr 。另一方面，是由于D=139管道內(nèi)壁相對(duì)于D=100管道內(nèi)壁較粗糙，漿體通過時(shí)產(chǎn)生的紊動(dòng)較強(qiáng)，泥沙容易懸浮，要等

16、它達(dá)到臨界流速狀態(tài)，必須使流速相對(duì)降低，導(dǎo)致臨界流速偏小。相反D=100管道內(nèi)壁非常光滑，因而紊動(dòng)弱，要求較大的流速才能呈現(xiàn)臨界流速狀態(tài)。一般來說，當(dāng)被輸送的漿體各種因素（漿體的濃度，容重，固體顆粒的級(jí)配，物理性質(zhì)等）都持一致的的情況下，臨界流速應(yīng)該是隨管徑增大而增大的。出現(xiàn)這種反?，F(xiàn)象的原因坑可能是由于D=139系統(tǒng)的量測(cè)裝置準(zhǔn)確程度不高所致。為了直觀地說明臨界流速應(yīng)隨管徑的增大而增大這一事實(shí)，特地摘抄了前人的部分試驗(yàn)資料點(diǎn)繪了VcrD的關(guān)系線，見圖（八），大致可以得出Vcr =，不同濃度的不同性質(zhì)的漿體有不同常數(shù)K和指數(shù)m。進(jìn)一步說明修正式（9）有不乏其可靠性。六、結(jié)語由于烏克蘭建工研究所

17、公式本身適合于高濃度漿體管道輸送的計(jì)算，反映漿體的影響因素也比較全面。修正式保留了原式的本來面目，其適用范圍與原式基本相同；1、 漿體為牛頓體，公式是在“報(bào)告”定義的牛頓體范圍內(nèi)進(jìn)行修正的；2、 rm =1.131.54t/m³；3、 dm 0.5mm;4、 =0.350.40本式是以接近大石河尾礦的試驗(yàn)礦樣為基礎(chǔ)進(jìn)行修正的，可作為大石河尾礦輸送管道設(shè)計(jì)的參數(shù)，對(duì)于其顆粒組成類似大石河尾礦的其它漿體輸送系統(tǒng)，也具有一定的參考價(jià)值。作為學(xué)習(xí)的一種方法，本文是筆者的一次嘗試，由于知識(shí)膚淺，時(shí)間倉促，謬誤之處一定不少，懇請(qǐng)不吝指正，筆者不勝感謝。 曠水泉 1982年3月參考文獻(xiàn)1、1泥河研究1980年復(fù)刊號(hào)，中國水利學(xué)會(huì)泥沙研究編輯委員會(huì)編2、2尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)參考資料1980年4月冶金工業(yè)出版社出版3、大石河尾礦試驗(yàn)“報(bào)告”及“補(bǔ)充報(bào)告” 1982年3月表<二> 修正的烏克蘭建工研究所公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較序號(hào)礦砂容重（t/m³）管徑D（m）礦漿容重（t/m³）平均粒徑dm（mm）重量濃度（%）實(shí)測(cè)臨界流速Vcr實(shí)（m/s）計(jì)算臨界流速Vcr計(jì)（m/s）12.750.1011340.192191.8501.8571.0041.1900.192251.74