CN101712414A - 气动力管道运输系统 - Google Patents

Abstract

气动力管道运输系统，一种新型管道运输系统。利用高压氮气或其它惰性气体作为动力载体，动力泵辅助加速，在运输管道内输送粉状物质(如煤粉、金属矿粉、面粉)。对于粉状物质(如煤粉、金属矿粉、面粉)的运输，现有管道运输方式通常以水为介质，缺点是耗水量很大，缺水地区难以应用。若以空气为载体运送粉状物质(如煤粉、金属矿粉、面粉)，容易导致爆炸。如果以氮气及其它惰性气体作为动力载体，可有效解决运输过程中的安全与稳定问题。该系统的优点是投资小、占地少、建设周期短、运量大、运费低、不受地形与气候影响、无污染、通用性强等，可应用于钢厂、电厂对煤炭的短途运输以及水泥厂的水泥及矿渣的物料运输。若以1200mm管道运输煤炭为实例，当速度达到70-90km/h的条件下，若压力为0.25-0.3MPa，则不考虑检修条件下运量可以达到5-7亿吨/年，是复线铁路运量的2-4倍，双向四车道高速公路运量的10倍，是西部能源及原材料等单一品种运输的主要替代方式。

Description

气动力管道运输系统

技术领域

本发明涉及管道运输，特别是涉及一种利用高压氮气或其它惰性气体作为动力载体，动力泵辅助加速，在运输管道内输送粉状物质(如煤粉、金属矿粉、面粉)的气动力管道运输系统。

背景技术

现有的运输方式主要有航空运输、铁路运输、公路运输、水路运输、管道运输等。各种运输方式有各自的优势，同时也有相应限制条件。航空运输建设投资大、运费高；铁路与公路运输受地形限制以及经济因素影响较大，并且投资大、建设周期长、运能有限；水路运输对水运条件要求较高，难以形成网络；管道运输的成本低、投资小、技术成熟、占地少、无污染，建设周期短。但运送品种单一，是单一品种运输的最佳方式。

对于粉状物质(如煤粉、金属矿粉、面粉)的运输，现有管道运输方式通常以水为介质，缺点是耗水量很大，缺水地区难以应用。若以空气为载体运送粉状物质(如煤粉、金属矿粉、面粉)，容易导致爆炸。如果以氮气及其它惰性气体作为动力载体，可有效解决运输过程中的安全与稳定问题。在一定压力下，利用惰性气体在管道内运输，既可提供载体、又可以补充动力。惰性气体(以氮气为代表)具有易获取、易排放、造价低、无毒、性质稳定等特点，对缺水地区的管道运输载体是很好的替代物。

发明内容

现有的运输技术存在诸如投资大、建设周期长、运能有限、受水资源条件限制等弊端，鉴于以上问题，本发明的目的在于提出一种气动力管道运输系统，其投资少、建设周期短、运能大、不受运输介质即水资源条件限制，解决单一品种运输特别是缺水地区的相关运输问题。

因此，为实现上述目的，本发明公开了一种气动力管道运输系统，利用高压氮气或其它惰性气体作为动力载体，动力泵辅助加速，在运输管道内输送粉状物质(如煤粉、金属矿粉、面粉)，其特征在于，所述气动力管道运输系统包括：运输管道，其内部具有腔体，所述运输管道具有管径变化和弯道段；气固混合子系统，由进料仓、动力泵与气固混合管道组成，所述气固混合子系统与所述运输管道连通；散热子系统，由水冷装置与散热片组成，所述散热子系统与所述运输管道连接；增压运输子系统，由增压装置与动力泵组成，所述增压运输子系统与所述运输管道连通；沉淀与仓储子系统，由沉淀与仓储装置、过滤装置与尾气体排放设施组成，所述沉淀与仓储子系统与所述运输管道连通；控制子系统，由监测装置与计算机控制网络组成，所述控制子系统与所述气固混合子系统、增压运输子系统、散热子系统、沉淀与仓储子系统相关联。

本发明的有益效果在于利用高压氮气或其它惰性气体作为管道运输的载体，推送粉状物质(如煤粉、金属矿粉、面粉)在管道内实现高速运输，并且保证其运输的安全性与稳定性，降低运输成本，提高运输效率。

以下结合附图对本发明进行详细描述，但不作为本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的组成示意图；

图2为本发明部分组成部件的剖面示意图；

图3为本发明部分组成子系统的放大示意图。

其中，附图标记：

A-气固混合子系统  B-散热子系统  C-增压运输子系统  D-沉淀与仓储子系统E-控制子系统  F-螺旋型导流槽  G-波浪型内衬  H-直线型导流槽  I-直线型导流槽设计的弯道段  1-粉状物质  2-进料仓  3-动力泵  4-高压氮气或其它惰性气体  5-气固混合管道  6-监测装置  7-散热片  8-水冷装置  9-气固混合物  10-运输管道11-尾气体  12-沉淀与仓储装置  13-过滤装置  14-计算机控制网络  15-陶瓷内衬16-圆滑内槽  17-波浪形凸起  18-增压装置

具体实施方式

请参照图1至图3所示，为本发明所提出的一种气动力管道运输系统，利用高压氮气或其它惰性气体4作为动力载体，在运输管道10内输送粉状物质1(如煤粉、金属矿粉、面粉)，其特征在于，所述气动力煤炭管道运输系统包括：运输管道10，其内部具有腔体，所述运输管道10具有管径变化和弯道段；气固混合子系统A，由进料仓2、动力泵3与气固混合管道5组成，所述气固混合子系统A与所述运输管道10连通；散热子系统B，由水冷装置8与散热片7组成，所述散热子系统B与所述运输管道10连接；增压运输子系统C，由增压装置18与动力泵3组成，所述增压运输子系统C与所述运输管道10连通；沉淀与仓储子系统D，由沉淀与仓储装置12、过滤装置13与尾气体11排放设施组成，所述沉淀与仓储子系统D与所述运输管道10连通；控制子系统E，由监测装置6与计算机控制网络14组成，所述控制子系统E与所述气固混合子系统A、散热子系统B、增压运输子系统C、沉淀与仓储子系统D相关联。

以上所述为本发明的系统组成，接着再进一步说明本发明的运作过程。

待运输的粉状物质1(如煤粉、金属矿粉、面粉)经过干燥处理，将水分含量控制在1％～3％之间，经进料仓2进入到动力泵3，在动力泵3的加速作用下，使粉状物质1(如煤粉、金属矿粉、面粉)达到70～90km/h的初始速度，之后在气固混合子系统A中的直径为1600mm的气固混合管道5与浓度为99.7％、压力达到0.25Mpa的高压氮气或其它惰性气体4混合，混合质量比根据不同物质酌情确定，而后经过气固混合管道5与直径1220mm的运输管道10连通处管道管径的变化以及高压氮气或其它惰性气体4推动的共同作用，使气固混合物9在运输管道10内达到70～90km/h的初始速度。

气固混合物9进入运输管道10后，在三种不同设计形式的运输管道10内壁的作用下，呈现不同的运输状态。在内壁为螺旋型导流槽F设计的运输管道10内，气固混合物9在高压氮气或其它惰性气体4与螺旋型导流槽F内壁的共同作用下，呈现旋转前行的状态，该设计使得粉状物质1(如煤粉、金属矿粉、面粉)主要集中在运输管道10的中部运输，有利于运输的稳定性，有效防止物质沉积，避免运输管道10堵塞，提高运输效率，并且由于螺旋型导流槽F采用圆滑内槽16设计，有效防止煤粉在螺旋型导流槽F内的残留。在内壁为波浪型内衬G设计的运输管道10内，气固混合物9在高压氮气或其它惰性气体4与内壁底部波浪形凸起17的共同作用下，呈现翻滚前行的状态，该设计使得粉状物质1(如煤粉、金属矿粉、面粉)主要集中在运输管道10的中部运输，有效防止物质沉积，避免运输管道10堵塞。在内壁为直线型导流槽H设计的运输管道10内，导流槽位于运输管道10内壁底部，平行于管道中轴线，面积达到内壁面积的1/2，气固混合物9在高压氮气或其它惰性气体4与内壁底部导流槽的共同作用下，呈现浮于运输管道10中部前行的状态，该设计使得粉状物质1(如煤粉、金属矿粉、面粉)主要集中在运输管道10的中部运输，降低运输过程中的运输损耗，提高运输效率，并且由于导流槽内采用圆滑内槽16设计，有效避免了物质在槽内的残留。

气固混合物9进入弯道段时，由于离心力等作用，与内壁的磨损与撞击增加，使能量损失较大，造成气固混合物9在经过弯道段后前行速度会有所降低，而后又有一个加速阶段，所以要尽量减小弯道段长度，并控制其曲率半径与运输管道10的直径比在7～15之间，减少气固混合物9经过弯道段时的摩擦损失。相邻弯道的间距不小于运输管道10直径的40倍，加厚弯道段管壁与陶瓷内衬15，并保证弯道段管道内径与运输管道10的一致。该设计有效的避免气固混合物9经过弯道段后因加速距离过短而造成的速度衰减，同时增加弯道段的抗磨损与撞击能力，延长弯到段管道的使用寿命。对于运输管道10的内壁为直线型导流槽H设计的，其弯道段导流槽面积要增至内壁面积的3/4，同样起到抗磨损与撞击的作用，使气固混合物9通过弯道段时更加流畅，减少速度衰减。

气固混合物9在运输管道10内高速前行的过程中，由于磨损会造成管体温度的升高，散热子系统B可缓解这一问题。散热子系统B由水冷装置8与散热片7组成，水冷装置8可设计成散热水槽，使运输管道10由水槽中穿过，浸入水槽中的运输管道10表面可加装散热片7，加大散热能力，该散热片7也可以在其它区段的运输管道10表面使用。散热子系统B可在运输系统中实施多级安装，有效降低管体温度，保证运输的安全与稳定，延长运输管道10的使用寿命。

气固混合物9在长途的管道运输中，由于能量损失，会造成局部压力的降低，出现运输管道10内的沉积现象，影响运输管道10的通畅，增压运输子系统C可有效解决这一问题。增压运输子系统C由增压装置18与动力泵3组成，增压装置18与运输管道10的底部连通，为运输管道提供压力补充。增压运输子系统C的动力泵3与运输管道10连接，为粉状物质1(如煤粉、金属矿粉、面粉)提供辅助加速。经过增压运输子系统C的增压装置18与动力泵3的共同作用下，使运输管道10内部的压力与运输速度维持在所需的范围之内，有效防止因能量损失造成的局部物质沉积与运输速度降低等现象。增压运输子系统C在中途流速缓慢以及易堵塞的弯道段或阻力大的部位可以实施多级安装。

运输系统在运输管道10的终到端设计沉淀与仓储子系统D，气固混合物9经由运输管道10进入沉淀与仓储子系统D，利用自然沉淀分离氮气或其它惰性气体4与粉状物质1(如煤粉、金属矿粉、面粉)，而分离后的尾气体11带有一定热量，可经过过滤装置的进一步过滤由排气道自然排入大气，并不会造成污染。沉淀与仓储子系统D充分利用氮气或其它惰性气体4与粉状物质1(如煤粉、金属矿粉、面粉)的自然属性，使气固混合物9得到自然分离，完成粉状物质1(如煤粉、金属矿粉、面粉)的管道运输，简化作业程序，节约能源，无污染。

控制子系统E与上述各子系统相关联，可对运输过程中的相关流量、流速进行时时监测，通过计算机控制网络14协调各子系统的运行状态，使气动力管道运输系统充分发挥其高效、安全、稳定的运输优势。

本发明可应用于钢厂、电厂对煤炭的短途运输以及水泥厂的水泥及矿渣的物料运输。若以1200mm管道运输煤炭为实例，当速度达到70-90km/h的条件下，若压力为0.25-0.3mpa，则不考虑检修条件下运量可以达到5-7亿吨/年，是复线铁路运量的2-4倍，双向四车道高速公路运量的10倍，是西部能源，如鄂尔多斯盆地的煤炭运输的主要替代方式。

本发明的运输距离没有限制，可以是从几十米到几千公里。

当然，本发明还可有其他多种形式的扩展，在不背离本发明精神及实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所属的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种气动力管道运输系统，利用高压氮气或其它惰性气体作为动力载体，动力泵辅助加速，在运输管道内输送粉状以及颗粒状物质(如煤粉、金属矿粉、面粉)，其特征在于，所述气动力管道运输系统包括：

运输管道，其内部具有腔体，所述运输管道具有管径变化和弯道段。

气固混合子系统，由进料仓、动力泵与气固混合管道组成，所述气固混合子系统与所述运输管道连通。

散热子系统，由水冷装置与散热片组成，所述散热子系统与所述运输管道连接。

增压运输子系统，由增压装置与动力泵组成，所述增压运输子系统与所述运输管道连通。

沉淀与仓储子系统，由沉淀与仓储装置、过滤装置与尾气体排放设施组成，所述沉淀与仓储子系统与所述运输管道连通。

控制子系统，由监测装置与计算机控制网络组成，所述控制子系统与所述气固混合子系统、增压运输子系统、散热子系统、沉淀与仓储子系统相关联。

2.根据权利要求1所述的气动力管道运输系统，其特征在于，所述运输管道以高压氮气或其它惰性气体作为动力载体，动力泵辅助加速。高压氮气或其它惰性气体要达到一定浓度，气固混合管道以及运输管道的压力要达到并维持在一定范围，实现气物混合物在管道内以一定的速度移动。

3.根据权利要求1所述的气动力管道运输系统，其特征在于，所述运输管道采用200mm～2200mm及其以上管径的钢制或其它材料的管体，管体要符合压力与密封要求，可以附以陶瓷内衬实现抗摩擦与导流。

4.根据权利要求1所述的气动力管道运输系统，其特征在于，所述运输管道的入管粉状物质要将水分控制在一定范围之内。

5.根据权利要求1所述的气动力管道运输系统，其特征在于，为保障粉状物质管内运输的稳定性与安全性，不至于在运输过程中发生沉淀和阻塞，管道的内壁可设计成以下三种形式：

(1)螺旋型导流槽设计：运输管道的内壁根据运量、流速等条件设计不同数目的螺旋型导流槽，螺旋型导流槽采用圆滑内槽设计，粉状物质在运输管道内部呈现旋转前行的状态。

(2)波浪型内衬设计：运输管道内衬底部设计波形凸起，粉状物质在运输管道内部呈现翻滚前行的状态。

(3)直线型导流槽设计：运输管道内壁底部设计平行于管道中轴线的导流槽，导流槽内采用圆滑设计，面积达到内壁面积的1/2。

6.根据权利要求5所述的气动力管道运输系统，其特征在于，所述运输管道的内壁为直线型导流槽设计的，其弯道段的导流槽面积要增至内壁面积的3/4。

7.根据权利要求1所述的气动力管道运输系统，其特征在于，所述运输管道要尽量减小弯道段的长度，并控制其曲率半径与运输管道直径比在7～15之间，相邻弯道的间距不小于管道直径的40倍，加厚弯道段管壁与陶瓷内衬，并保证管道内径与运输管道的非弯道段一致。

8.根据权利要求1所述的气动力管道运输系统，其特征在于，所述运输管道的铺设要考虑减振装置。

9.根据权利要求1所述的气动力管道运输系统，其特征在于，所述运输管道要在流速缓慢以及易堵塞或阻力大的部位安装增压运输子系统。

10.根据权利要求1所述的气动力管道运输系统，其特征在于，所述运输管道要设置监测装置。

Images