Локальна флюїдизація матеріалу у трубопроводі.
Як стабілізувати потік у щільній фазі пневмотранспорту: контроль стану матеріалу у трубі, зниження швидкості повітря та локальна флюїдизація для надійної роботи.
Локальна флюїдизація матеріалу у трубопроводі при щільній фазі пневматичного транспортування
Вступ
Однією з основних завдань при розрахунку параметрів щільно фазових систем пневматичного транспортування сипких матеріалів, якій фахівці ТЕПЛОТЕХ приділяють особливу увагу - це забезпеченню стійкого руху матеріалу при мінімальній швидкості повітря.
На практиці саме трубопровід, а не джерело повітря чи пневмокамерний насос, найчастіше стає причиною нестабільної роботи системи.
Утворення пробок, нерівномірний рух матеріалу та різкі стрибки тиску - типові ознаки того, що стан матеріалу в трубі не контролюється.
Одним із найефективніших інженерних інструментів стабілізації потоку є локальна флюїдизація матеріалу безпосередньо в трубопроводі.
Суть локальної флюїдизації
Локальна флюїдизація - це подача строго дозованої кількості повітря в окремі ділянки трубопроводу з метою тимчасового зниження внутрішнього тертя та відновлення рухливості матеріалу.
На відміну від загальної аерації, тут дія спрямована не на весь потік, а на проблемні зони.
Йдеться не про переведення транспортування в розріджену фазу, а про короткочасну та обмежену зміну стану шару матеріалу.
Чому саме трубопровід є критичним елементом?
У щільній фазі матеріал рухається у вигляді пробок, шарів або масивів, що чергуються з низькою швидкістю. Будь-яка локальна зміна умов призводить до втрати стійкості:
- · повороти та відведення труб;
- · вертикальні ділянки;
- · зони старту та розгону;
- · місця зміни діаметра;
- · ділянки з підвищеним охолодженням або зволоженням.
Без локальної флюїдизації такі зони стають джерелом аварійних зупинок, що повторюються.
Технологічні задачі локальної флюїдизації
Ефективно реалізована локальна флюїдизація дозволяє:
- зруйнувати склепіння і пробки, що формуються;
- вирівняти розподіл матеріалу по перерізу труби;
- знизити пікові значення перепаду тиску;
- стабілізувати режим роботи компресора;
- збільшити ресурс трубопроводу.
Ключовий момент — флюїдизація має бути керованою та обмеженою за часом та витратою повітря.
Способи реалізації локальної флюїдизації
Аераційні патрубки та вставки
Найбільш поширене рішення - встановлення аераційних патрубків із пористими елементами або щілинними вставками. Повітря подається перпендикулярно або під кутом до основного потоку, створюючи локальне розущільнення шару матеріалу.
Кільцева аерація
Застосовується на трубах більшого діаметра. Повітря розподіляється по колу, що знижує ризик одностороннього зсуву матеріалу та не викликає ерозії стінки труби.
Імпульсна подача повітря
У ряді випадків ефективна не стала, а імпульсна флюїдизація. Короткочасні імпульси повітря дозволяють руйнувати пробки без збільшення середньої витрати повітря.
Розрахункові та експлуатаційні обмеження
Локальна флюїдизація не є універсальним рішенням. При неправильному налаштуванні вона призводить до:
- переходу ділянки трубопроводу в розріджену фазу;
- сегрегації матеріалу;
- підвищеного зносу труб;
- зростання енергоспоживання.
Тому витрата повітря для локальної флюїдізації завжди підбирається експериментально з урахуванням властивостей конкретного матеріалу.
Типові помилки проектування
- встановлення аерації «про всяк випадок» без аналізу проблемних зон;
- відсутність регулювання витрати повітря;
- надмірна кількість точок флюїдизації;
- ігнорування вологості та температури матеріалу;
- спроба компенсувати помилки трасування трубопроводу аерацією.
Локальна флюїдизація не виправляє погану геометрію трубопроводу, вона лише підвищує стійкість коректно спроектованої системи.
Розрахункові основи локальної флюїдизації
Мінімальна швидкість флюїдизації
Для оцінки необхідної витрати повітря використовується мінімальна швидкість флюїдизації Umf. В інженерній практиці для попередніх розрахунків застосовується кореляція Wen & Yu:
де:
- dp — еквівалентний діаметр частинок ;
- ρs, ρg — щільність матеріалу та газу;
- μ — динамічна в'язкість газу.
Для локальної флюїдизації у трубопроводі практично використовується 0,2–0,6 Umf, а чи не повне досягнення режиму псевдо зрідження.
Розрахунок витрати повітря для локальної аерації
Витрата повітря на одну точку локальної флюїдизації визначається за формулою:
де:
- Aeff — ефективна площа аераційного елемента;
- Uloc — розрахункова швидкість повітря (зазвичай 0.1-0.3 м/с);
- k — коефіцієнт нерівномірності (1.2-1.5).
Практичні орієнтири
Значення наведені для локальної флюїдизації та вимагають уточнення досвідченим шляхом.
Рекомендації щодо розміщення точок флюїдизації
Локальна аерація доцільна:
- на стартах трубопроводів;
- перед та після відводів;
- на вертикальних підйомах;
- у зонах переходу діаметра;
- на ділянках з пробками, що повторюються.
Відстань між точками флюїдизації зазвичай приймається 3-6 м, залежно від матеріалу та режиму транспортування.
Експлуатаційні рекомендації
- Подача повітря регулюється незалежно від основного потоку.
- Переважна імпульсна флюїдизація (1–3 з увімкнення).
- Тиск повітря локальної аерації – не нижче тиску в трубопроводі.
- Аераційні елементи потребують регулярного очищення.
Практичні висновки
Локальна флюїдизація у трубопроводі при щільній фазі пневматичного транспортування є розрахунковим інженерним інструментом, а не допоміжним заходом. Застосування спрощених формул дозволяє визначити робочі діапазони, проте остаточне налаштування завжди виконується на основі досвідчених даних.
Правильно розрахована та реалізована локальна флюїдизація розширює робоче вікно системи, знижує тиск, зменшує знос трубопроводу та підвищує загальну надійність пневмотранспорту.
Директор департаменту
по роботі з енергогенеруючим сектором
Олександр ТАРАСОВСЬКИЙ
моб. +380504108060
e-mail: at@teplonech.biz
