高浓度黏稠物料管道输送减阻装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及减少膏体管道输送阻力（摩擦阻力、黏压阻力及类似性质的阻力），特 别是涉及一种边界层干预的浓密膏体管道输送减阻装置。
【背景技术】
[0002] 高浓度黏稠固体废弃物，是指工业生产及市政污水处理过程中产生的含固量高、 黏度大、颗粒细的固-液两相废弃物或副产品，含固量一般为该行业机械固液分离后的最大 值，常温常压下一般不具流动性，在高压管道输送时呈"不沉降似均质浓密膏体"，因此亦称 浓密膏体。包括煤炭行业的原生煤泥、给排水行业的脱水污泥、制造行业的工业污泥、石化 行业的油渣和油泥、冶金行业的转炉尘泥及有色金属行业的赤泥等，涉及二十余个与国民 经济息息相关的行业。
[0003] 膏体管道输送的废弃物均已经过脱水处理，质量浓度大，含固量一般已达到目前 脱水工艺所能达到的最大值，这些物料在常温常压下不具有流动性，只有在高压管道输送 时才表现出流动性。压滤机脱水过程中产生的黏稠固体废弃物不需要加水或任何添加剂就 能将直接通过管道进行输送，因此高压管道输送系统可广泛应用于大多数黏稠固体废弃物 的无害化、减量化和资源化的处置及工业化应用。
[0004] 浓密膏体在管道流动时不分层、不离析、不沉降，流动形态呈柱塞流结构，与管壁 附着力较强，输送阻力大，一般需要加压使其流动，目前其由于需要极高的栗送压力限制了 其长距离输送。浓密膏体管道输送距离依赖于栗送系统栗送压力的大小，栗送压力的提高 不仅增大了工程的成本，也限制了长距离输送管道的发展。
[0005] 为了解决浓密膏体的沿程减阻的问题，相关技术人员或试用、或论证过其他很多 方法，但都没有成功应用于浓密膏体管道输送减阻增程领域。目前管道输送减阻方法主要 有以下几种：
[0006] (1)改变输送管道的形状达到减阻的目的，即改变物质的流线型对保持层流边界 层的影响。比如将管道内壁加工为旋形的环状，可减少流体的压力损失，达到减阻的目的。 通过对不同几何形状的管道进行实验，显示了管道的几何形状对水头损失具有重大影响。
[0007] (2)研究者通过添加化学药剂来弱化架体中颗粒间的相互作用，从而降低其管流 阻力。常用的添加物主要有高分子稀溶液，细砂泥浆，高压注气等。在工业输送物料时，加入 几种碱性添加剂，用来降低物料的管道阻力损失。
[0008] (3)当输送的介质浓度大到一定程度时，通过注入空气可以起到一定的减阻效果， 但注入气流只有在层流范围才有减阻作用。对于一定浓度和流量的两相流而言，随着气流 流量的增大，减阻效果愈好;在层流中注入气体，属于三相流问题，其减阻机理目前还没有 搞清楚。
[0009] (4)振动减阻技术是利用同步振动原理，通过外力激发使管道产生谐振动，以达到 减少衆体输送损失为目的的一项技术。试验表明，不同浓度的衆体在输送速度为lm/s时，振 动减阻效果最好;随着输送浓度的增加，摩阻损失在阻力损失中占主导地位；当输送速度v < 2.5m/s，输送浓度不应大于63.5 %，这时可获得较好的振动减阻效果；当v>2.5m/s时，输 送浓度可达67.2%以上，即以相同的减阻效果可输送更高的浆体浓度。
[0010]综上所述，管道输送减阻已经有了一定的研究基础，现有管道输送减阻技术虽然 不同程度地取得了减阻效果，但都存在一些难以克服的问题:改变管道形状减阻技术将使 管道内壁的加工十分复杂;所有的非圆形断面管道容易产生管壁应力集中，管道厚度需加 大。由于浓密膏体浓度高添加剂减阻效果也十分有限，而边壁注入空气和振动减阻技术均 成本较高，且难以在工程现场应用。
[0011] 鉴于上述现有的浓密膏体边壁减阻技术存在的缺陷，本发明人基于丰富的专业知 识，积极研究创新，提出了一种浓密膏体管道输送边界层干预减阻的方法。经过不断的研 究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于设计出具实用价值的本发明。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于:解决浓密膏体管道输送阻力大输送距离短的难题，提出一种 浓密膏体减少阻力增加输送距离的方法。完成管道输送浓密膏体减阻装置的设计，实现输 送过程中实时可控减阻，减少操作人员数目，降低管道输送能源消耗，为浓密膏体输送工程 应用研究奠定基础，具有很大实用价值。
[0013] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种浓密膏体减阻增程的方法，浓密膏体管道输送减阻装置通过较高压力使液体注入管 道内部壁面处，通过壁面小孔注入管道内液体需要通过液压装置提供比管道内部膏体压力 更高的压力，使液体从小孔注入膏体柱塞与管道壁面中间。利用浓密膏体的高黏稠性、管流 呈柱塞状来保证注入的液体在壁面附近处形成稀薄层，起到润滑减阻作用，通过控制边界 层注入液体的量就可以间接控制浓密膏体管道输送的减阻效果。
[0014] 本发明是一个机电结合的产品，包括管道部分和液压系统两大部分。管道部分依 次由内管道(有小孔）、外管道、卡箍组成，其中内管道壁面小孔预先在外管道未焊接前完 成;小孔需要均匀分布于内管道的边壁处;外管焊接在膏体输送管道外侧，形成套管状态， 且外管道必须能包含内管边壁处所有小孔。液压系统依次由溢流阀、液压栗、压力表、流量 计、单向阀组成。
[0015] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0016] 前述的一种浓密膏体管道输送减阻的方法，使用管道壁面加液方法，为了避免所 加液体在壁面处分布不均匀，并且要保证膏体输送管段内部，因此管道部分的内部管壁的 小孔需要均匀分布，每隔45°打一个小孔，每圈8个小孔，2圈即可。
[0017] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0018] 前述的一种浓密膏体管道输送减阻的方法，管道内需存在有一定的压力，因此所 使用的材料需要有一定的抗压特性，常见的抗压材料的牌号有lCrl8Ni9,即工程上常用的 304不锈钢。
[0019] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0020] 前述的一种浓密膏体管道输送减阻的方法，其中所述的液压装置应该能够完成以 下2个功能:可以栗送低黏度的水和高黏度的油液，实现定量注入，确保流量及压力数据的 准确性和重现性;能够保证管道输送过程以及流量压力测量过程不发生液体泄漏，即具有 良好的密封性。本发明所提出的一种浓密膏体管壁注液装置，将其工作过程依次分解为以 下4个步骤：在液压系统油箱内装入边界层液体、液压装置启动、液体注入管道内壁、液体 随膏体运动沿壁面处运动。本发明所提出的一种润滑减阻装置，为内外径尺寸不相同、结构 相似的双重管道，液压系统将液体推入内外管道中间的空腔中，由于液体压力大于膏体输 送管道内的压力，液体通过内管道(膏体输送管道)壁面的小孔均匀注入输送管道中。
[0021] 本发明一种浓密膏体管道输送减阻的方法与现有技术相比，具有明显的优点与有 益效果。由以上技术方案可知，本发明提供的一种浓密膏体管道流动减阻的方法，可达到相 当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，至少具有下列优点：
[0022] (1)本发明一种浓密膏体管道输送减阻的方法，利用管道壁面注入液体的方法替 代了传统的膏体简单输送的方式，促进了现有的输送系统的长距离输送技术的发展，起到 了节能减阻的效果。
[0023] (2)本发明一种浓密膏体管道输送减阻的方法能够在浓密膏体输送时，实时注入 液体，并可随时控制注入液体的量，起到控制减阻效果作用。
[0024] (3)本发明一种浓密膏体管道输送减阻的装置，该装置具有原理简单、具体、可靠 性高、安装和调节操作简单快捷的优点。
[0025]