CN104139984B - 一种煤水分离的固体管道输煤系统及其输送方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于煤水分离式管道输煤技术，旨在提供一种煤水分离的固体管道输煤系统及其输送方法。本发明包括水箱、主输送管道、注入管道装置、流量计、排气阀、球阀、调节阀和变频离心泵，所述水箱包括第一水箱、第二水箱和料仓补水箱，所述调节阀包括第一调节阀和第二调节阀，所述球阀包括第一球阀、第二球阀、第三球阀和第四球阀。本发明的有益效果是：通过单独的注入端，避开离心泵实现固体物料的装载，无论何种形状固体，都可通过注入端进入主输送管道，随载流体高速输送。本发明固体物料目前针对圆柱状固体；固体物料输送速度明显大于流体速度，输送效率提高，输送时固体物料不与管道内壁发生摩擦，不会因为固体物料增加额外阻损。

Description

一种煤水分离的固体管道输煤系统及其输送方法

技术领域

本发明基于煤水分离式管道输煤技术，具体涉及一种煤水分离的固体管道输煤系统及其输送方法。

背景技术

新型煤水分离式固体管道输煤技术实现了在管道中固体压缩煤与水的分离式远程运输，这种技术的概念是将煤首先模压或挤压成耐水抗磨的圆柱形煤柱，然后再经由管道长距离输送，既融合了管道运输的经济性与环保性优势，又解决了传统煤水混合式煤浆管道运输方式的耗水量大，输送末端煤水分离困难等问题，因此，进一步增大了管道运煤方式的优势。

目前管道输送系统多应用于单相流动、液(气)-固双相混合流领域，输送介质一般呈气态或者液态，管道仅需要满足特定的强度要求防止泄露等问题发生，管道系统的曲率与通流通径也没有特殊要求。煤水分离式管道输煤系统要求快速运送尺寸为0.9×D(管道内径)的圆柱形压缩煤柱列，管道通流面积90％被煤柱横截面所占据，液态水仅占煤柱截面积外的管道通流面积的10％，这种运输介质以固体部分为主的固体管道输送系统给管道设计带来困难，需要对整个管道系统的曲率与通流通径加以约束，才可以实现无阻运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种煤水分离的固体管道输煤系统及其输送方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种煤水分离的固体管道输煤系统，包括水箱、主输送管道、注入管道装置、流量计、排气阀、球阀、调节阀和变频离心泵，所述水箱包括第一水箱、第二水箱和料仓补水箱，所述调节阀包括第一调节阀和第二调节阀，所述球阀包括第一球阀、第二球阀、第三球阀和第四球阀，所述注入管道装置包括第一辅助管道、第二辅助管道和料仓，所述主输送管道出口端与第一水箱相连通，主输送管道的折管处与第一辅助管道相连通，所述第一辅助管道贯穿第一球阀并通过其管道上设有的折管处与第二辅助管道相连通，且在第一辅助管道上安装有排气阀；所述第二辅助管道贯穿通过第二调节阀连接到第二水箱，所述主输送管道贯穿通过第三球阀与料仓相连通，所述料仓折管处贯穿通过第二球阀与第一辅助管道相连通后依次通过流量计、第一调节阀和变频离心泵连接到第二水箱，所述第二水箱通过回流管与第一水箱相连通；所述料仓贯穿通过第四球阀，连接到料仓补水箱进行水封，且在料仓与料仓补水箱之间设有注入口；所述注入管道装置的入口管道端通过软管连接有水泵，且在该水泵与注入管道装置的入口管道端之间加装滤网。

本发明中，所述流量计、排气阀、球阀、调节阀和变频离心泵分别通过法兰固定连接在各自对应管路上。

本发明中，所述4个快速反应电动球阀相互之间设有控制逻辑关系：第二球阀和第三球阀通过快速反应联动控制，具有同开同关逻辑锁定；第一球阀与第二球阀、第三球阀具有反向开关逻辑关系。即第一球阀开启动作时，第二球阀和第三球阀关闭，反之同理。

本发明中，所述球阀为快速反应电动球阀，该快速反应电动球阀的阀门内径与主输送管道内径、辅助管道内径、料仓内径的大小均相同。

所述快速反应电动球阀为现有技术，采用浮动型球阀阀座配合台湾UM等快速电动执行机构，具有快速切断和开启管道连接的作用，开关时间可控制在1s以内。

本发明中，所述第一辅助管道和第二辅助管道均设有的弯管处满足下列关系式：

R_min＝l²/[8×(D-d)]-d/2

其中，R为弯管曲率半径、R_min为弯管允许最小曲率半径、D为管道内径、l为圆柱形固体物料长度、d为圆柱形固体物料直径，其单位均为mm。

本发明中，所述主输送管道的折管处、料仓的折管处和第一辅助管道的折管处均满足下列关系式：

其中，α为折管偏折角、α_max为折管允许最大偏折角，其单位均为度；K为圆柱形固体物料直径d和管道内径D的比值；a为圆柱形固体物料长度l和圆柱形固体物料直径d的比值。

本发明中，所述圆柱形固体物料为压缩防水煤柱。

本发明还提供一种煤水分离的固体管道输煤系统的输送方法，包括如下步骤：

步骤(1)：在水泵与注入管道装置的入口管道端之间加装滤网，开启第一调节阀和第二调节阀，关闭第一球阀，运行水泵5分钟，对离心泵进行预热并防止水中漂浮杂质进入离心泵，并根据流量计对第一调节阀预设流量；

步骤(2)：开启第一球阀，关闭第二调节阀，同时关闭第二球阀和第三球阀，隔离料仓，使整个主输送管道中充满水并通过手动控制排气阀进行排气；

步骤(3)：排气结束后，打开第四球阀，若干个圆柱形固体物料通过主输送管道进入到料仓后，关闭第四球阀；

步骤(4)：开启第二球阀和第三球阀，并同时关闭第一球阀，切换料仓到主输送管道，使圆柱形固体物料在水流作用下推送入主输送管道进行输送，待所有圆柱形固体物料出料仓后，关闭第二球阀和第三球阀，打开第一球阀，切换第一辅助管道连接到主输送管道，隔离料仓；

循环步骤(3)和步骤(4)，操作完成后进行下一次圆柱形固体物料输送。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过单独的注入端，避开离心泵实现固体物料的装载，无论何种形状固体，都可通过注入端进入主输送管道，随载流体高速输送。本发明固体物料目前针对圆柱状固体；

本发明目前针对直径为0.9D、长度为1.125D的压缩防水煤柱进行运输尺寸设计(D为主输送管道内径)，固体物料输送速度明显大于流体速度，输送效率提高，输送时固体物料不与管道内壁发生摩擦，不会因为固体物料增加额外阻损；

本管道系统基本全部实现水充和水封，管道中很少有空气，长期处于湿保养状态，管道系统使用寿命大大提高。

附图说明

图1为一种煤水分离的固体管道输煤系统的结构示意图；

图2为管道折管处的结构示意图；

图3为管道弯管处的结构示意图；

附图标记：1、第一水箱，2、主输送管道，21、第一辅助管道，22、料仓，23、第二辅助管道，3、第一球阀，4第二球阀，5、第三球阀，6、第四球阀，7、排气阀，8、流量计，9、第一调节阀，10、第二调节阀，11、注入口，12、料仓补水箱，13、回流管，14、变频离心泵，15、第二水箱。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。

如图1所示，提供一种煤水分离的固体管道输煤系统的具体实施例，包括水箱(1、12、15)、主输送管道2、注入管道装置(21、22、23)、流量计8、排气阀7、球阀(3、4、5、6)、调节阀(9、10)和变频离心泵14，所述水箱包括第一水箱1、第二水箱15和料仓补水箱12，所述调节阀包括第一调节阀9和第二调节阀10，所述球阀包括第一球阀3、第二球阀4、第三球阀5和第四球阀6，所述注入管道装置包括第一辅助管道21、第二辅助管道23和料仓22，所述主输送管道2出口端与第一水箱1相连通，主输送管道2的折管处与第一辅助管道21相连通，所述第一辅助管道21贯穿第一球阀3并通过其管道上设有的折管处与第二辅助管道23相连通，且在第一辅助管道21上安装有排气阀7；所述第二辅助管道23贯穿通过第二调节阀10连接到第二水箱15，所述主输送管道2贯穿通过第三球阀5与料仓22相连通，所述料仓22折管处贯穿通过第二球阀4与第一辅助管道21相连通后依次通过流量计8、第一调节阀9和变频离心泵14连接到第二水箱15，所述第二水箱15通过回流管13与第一水箱1相连通；所述料仓22贯穿通过第四球阀6，连接到料仓补水箱12进行水封，且在料仓22与料仓补水箱12之间设有注入口11。

所述注入管道装置的料仓22注入口11通过软管连接有水泵，且在该水泵与注入管道装置的料仓22注入口11之间加装滤网。

所述流量计8、排气阀7、球阀(3、4、5、6)、调节阀(9、10)和变频离心泵14分别通过法兰固定连接在各自对应管路上。

所述球阀(3、4、5、6)为快速反应电动球阀，该快速反应电动球阀的阀门内径与主输送管道2内径、辅助管道(21、23)内径、料仓22内径的大小均相同。

所述4个快速反应电动球阀相互之间设有控制逻辑关系：第二球阀和第三球阀通过快速反应联动控制，具有同开同关逻辑锁定；第一球阀与第二球阀、第三球阀具有反向开关逻辑关系。即第一球阀3开启动作时，第二球阀4和第三球阀5关闭，反之同理。

本发明中，所述球阀为快速反应电动球阀，该快速反应电动球阀的阀门内径与主输送管道内径、辅助管道内径、料仓内径的大小均相同。

所述快速反应电动球阀为现有技术，采用浮动型球阀阀座配合台湾UM等快速电动执行机构，具有快速切断和开启管道连接的作用，开关时间可控制在1s以内。

所述第一辅助管道21和第二辅助管道23均设有的弯管处满足下列关系式：

R_min＝l²/[8×(D-d)]-d/2

其中，R为弯管曲率半径、R_min为弯管允许最小曲率半径、D为管道内径、l为圆柱形固体物料长度、d为圆柱形固体物料直径，其单位均为mm。

所述主输送管道2的折管处、料仓22的折管处和第一辅助管道21的折管处均满足下列关系式：

其中，α为折管偏折角、α_max为折管允许最大偏折角，其单位均为度(°)；K为圆柱形固体物料直径d和管道内径D的比值；a为圆柱形固体物料长度l和圆柱形固体物料直径d的比值。

所述圆柱形固体物料为压缩防水煤柱。

本实施例还提供一种煤水分离的固体管道输煤系统的输送方法，包括以下步骤：

步骤(1)：在水泵与注入管道装置的入口管道端之间加装滤网，开启第一调节阀9和第二调节阀10，关闭第一球阀3，运行水泵5分钟，对变频离心泵14进行预热并防止水中漂浮杂质进入变频离心泵14，并根据流量计8对第一调节阀9预设流量；

步骤(2)：开启第一球阀3，关闭第二调节阀10，同时关闭第二球阀4和第三球阀5，隔离料仓22，使整个主输送管道2中充满水并通过手动控制排气阀7进行排气；

步骤(3)：排气结束后，打开第四球阀6，若干个压缩防水煤柱通过主输送管道2进入到料仓22后，关闭第四球阀6；

步骤(4)：开启第二球阀4和第三球阀5，并同时关闭第一球阀3，切换料仓22到主输送管道2，使压缩防水煤柱在水流作用下推送入主输送管道2进行输送，待所有压缩防水煤柱出料仓22后，关闭第二球阀4和第三球阀5，打开第一球阀3，切换第一辅助管道21连接到主输送管道2，隔离料仓22；

循环步骤(3)和步骤(4)，操作完成后进行下一次压缩防水煤柱输送。

下面根据实施例详细描述本发明。

在本实例中，选择变频离心泵14作为动力来源，控制主输送管道2的水流速度，保证水流速度在1.5m/s-3.5m/s之间，在水泵入口和主输送管道2的第一辅助管道21和第二辅助管道23出口分别放置第一水箱1和第二水箱15，且第一水箱1和第二水箱15之间用回流管13连接，以便主输送管道2的第一辅助管道21和第二辅助管道23出口的水回流到入口第一水箱1进行循环利用。

所述注入管道装置包括一段平直发射管(即料仓22)和辅助管道(第一辅助管道21和第二辅助管道23)。其中，料仓22一端与水泵连接，一端与主输送管道2连接，长度为5m，两端各放置一个电动球阀(即第三球阀5和第四球阀6)控制所述注入管道装置的开闭。

所述主输送管道2根据需要铺设了平直管线、上下坡管线和弯管，总长达50m。

所述主输送管道2入口端放置流量计8，用于测量水的体积流量，同时放置压力传感器，记录运行过程中压力变化。

实例中各个部件均采用法兰连接。同时，为了减小水泵的振动对主输送管道的影响，水泵与注入装置装置之间采用软管连接。

工作时，先在水泵的入口管道端加装滤网，开启第一调节阀9和第二调节阀10，关闭第一球阀3，运行水泵5分钟，对变频离心泵14进行预热并防止水中大块漂浮杂质进入变频离心泵14，并根据流量计8对第一调节阀9预设流量。

开启第一球阀3，关闭第二调节阀10，关闭第二球阀4和第三球阀5，隔离料仓22，使整个主输送管道2中充满水并通过手动控制排气阀7进行排气。排气结束后，打开第四球阀6，2-5个圆柱形防水煤柱以间距为3-5cm队列排列方式，通过注入口11进入到料仓22后，关闭第四球阀6。开启第二球阀4和第三球阀5，并同时关闭第一球阀3，切换料仓22到主输送管道2，使防水煤柱在水流作用下推送入主输送管道2进行输送。通过调整变频离心泵14的功率或者改变变频离心泵14后第一调节阀9的开度调节水的流量，保证水流速度能够使防水煤柱在管道内悬浮。待所有防水煤柱出料仓22后，即可关闭第二球阀4和第三球阀5，打开第一球阀3，切换第一辅助管道21连接到主输送管道2，隔离料仓22。然后依次循环料仓加载和切换进行煤柱的加载和运输。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种煤水分离的固体管道输煤系统，包括水箱，其特征在于，还包括主输送管道、注入管道装置、流量计、排气阀、球阀、调节阀和变频离心泵，所述水箱包括第一水箱、第二水箱和料仓补水箱，所述调节阀包括第一调节阀和第二调节阀，所述球阀包括第一球阀、第二球阀、第三球阀和第四球阀，所述注入管道装置包括第一辅助管道、第二辅助管道和料仓，所述主输送管道出口端与第一水箱相连通，主输送管道的折管处与第一辅助管道相连通，所述第一辅助管道贯穿第一球阀并通过其管道上设有的折管处与第二辅助管道相连通，且在第一辅助管道上安装有排气阀；所述第二辅助管道贯穿通过第二调节阀连接到第二水箱，所述主输送管道贯穿通过第三球阀与料仓相连通，所述料仓折管处贯穿通过第二球阀与第一辅助管道相连通后依次通过流量计、第一调节阀和变频离心泵连接到第二水箱，所述第二水箱通过回流管与第一水箱相连通；所述料仓贯穿通过第四球阀连接到料仓补水箱进行水封，且在料仓与料仓补水箱之间设有注入口；所述注入管道装置的入口管道端通过软管连接有水泵，且在该水泵与注入管道装置的入口管道端之间加装滤网；

所述球阀的阀门内径与主输送管道内径、辅助管道内径、料仓内径的大小均相同。

2.根据权利要求1中所述的煤水分离的固体管道输煤系统，其特征在于，所述流量计、排气阀、球阀、调节阀和变频离心泵分别通过法兰固定连接在各自对应管路上。

3.根据权利要求1～2中任一项所述的煤水分离的固体管道输煤系统，其特征在于，所述第一辅助管道和第二辅助管道均设有的弯管处满足下列关系式：

R_min＝l²/[8×(D-d)]-d/2

其中，R为弯管曲率半径、R_min为弯管允许最小曲率半径、D为管道内径、l为圆柱形固体物料长度、d为圆柱形固体物料直径，其单位均为mm。

4.根据权利要求1～2中任一项所述的煤水分离的固体管道输煤系统，其特征在于，所述主输送管道的折管处、料仓的折管处和第一辅助管道的折管处均满足下列关系式：

${\mathrm{\α}}_{max}=2{\sin }^{-1}\[\frac{2\×(1-K)}{K\×a}\]$

其中，α为折管偏折角、α_max为折管允许最大偏折角，其单位均为度；K为圆柱形固体物料直径d和管道内径D的比值；a为圆柱形固体物料长度l和圆柱形固体物料直径d的比值。

5.一种根据权利要求1中所述煤水分离的固体管道输煤系统的输送方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：在水泵与注入管道装置的入口管道端之间加装滤网，开启第一调节阀和第二调节阀，关闭第一球阀，运行水泵5分钟，对变频离心泵进行预热并防止水中漂浮杂质进入变频离心泵，并根据流量计对第一调节阀预设流量；

步骤(2)：开启第一球阀，关闭第二调节阀，同时关闭第二球阀和第三球阀，隔离料仓，使整个主输送管道中充满水并通过手动控制排气阀进行排气；

步骤(3)：排气结束后，打开第四球阀，若干个圆柱形固体物料通过主输送管道进入到料仓后，关闭第四球阀；

步骤(4)：开启第二球阀和第三球阀，并同时关闭第一球阀，切换料仓到主输送管道，使圆柱形固体物料在水流作用下推送入主输送管道进行输送，待所有圆柱形固体物料出料仓后，关闭第二球阀和第三球阀，打开第一球阀，切换第一辅助管道连接到主输送管道，隔离料仓；

循环步骤(3)和步骤(4)，操作完成后进行下一次圆柱形固体物料输送。