CN109775651A - 一种水隔离浆体输送管道及水隔离浆体输送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水隔离浆体输送管道和水隔离浆体输送方法，该输送管道包括管道本体和设置于所述管道本体内用于区分两种浆体的水塞，所述水塞与数据处理终端连接。本发明利用水塞实现了水作为隔离介质对相邻的不同待输送浆体进行隔离，实现了同一管道同时输送多种待输送浆体，避免了两种浆体发生混浆。此外，本发明提供的水隔离浆体输送方法计算出用于隔离不同浆体的水的宽度，有效地控制通入的水量，实现了管道输送浆体的过程中清水的最小量，最大程度的输送所需浆体。

Description

一种水隔离浆体输送管道及水隔离浆体输送方法

技术领域

本发明涉及矿物浆体输送领域，尤其是涉及一种水隔离浆体输送管道和水隔离浆体输送方法。

背景技术

浆体管道输送是近几十年才出现的一种新的运输方式，具有投资少，运费低，管理方便等优点；而浆体管道是运输过程中的核心设备，直接影响浆体输送能力。浆体管道输送方式与其他运输方式完全不同，浆体管道输送能够连续进行长距离管道输送，但是输送物料单一，耗水量大，对物料的粒度比重和浓度等变化的敏感性强或应变能力差。

发明内容

为解决现有的管道输送浆体所存在的问题，本发明在此的目的在于提供一种能够进行多种浆体输送的水隔离浆体输送管道。

为实现本发明的目的，在此所提供的水隔离浆体输送管道包括管道本体和设置于所述管道本体内用于区分两种浆体的水塞，所述水塞与数据处理终端连接。

进一步的，本发明所提供的输送管道还包括用于检测浆体和清水混合段的核密度计，所述核密度计输出的信号上传至数据处理终端。

进一步的，所述水塞为活塞泵。

本发明在此的第二个目的在于提供一种基于本发明所提供的水隔离输送管道的水隔离输送方法，该方法利用水作为分隔介质对输送的相邻两浆体进行隔离区分，采用连打或非连打方式将待输送浆体和水打入本发明所提供的管道中，连打方式将待输送浆体和水打入本发明所提供的管道时，具体步骤如下：

步骤A1：通过所述水塞的冲程数计算相邻两种待输送浆体的总体积；

步骤A2：利用步骤A1中的计算得到的总体积除以输送长度得出连打情况下的相邻两种待输送浆体的宽度；

步骤A3：用管道的总直径减去由步骤A2计算获得的相邻两种待输送浆体的宽度得出连打情况下管道中清水的宽度；

非连打方式将待输送浆体和水打入本发明所提供的管道时，具体步骤如下：

步骤B1：通过所述水塞的冲程数计算相邻两种待输送浆体输送一次的总体积；

步骤B2：利用步骤B1中的计算得到的总体积除以输送长度得出非连打情况下的相邻两种待输送浆体的宽度；

步骤B3：用管道的总直径减去由步骤B2计算获得的相邻两种待输送浆体的宽度得出非连打情况下管道中清水的宽度。

进一步的，本发明提供的输送方法在管道输送情况下，计算清水与相邻待输送浆体发生混合时的混浆宽度。

具体的，所述混浆宽度满足以下表达式(1)关系：

式(1)中：D为用于输送浆体的管道的内径，L为用于输送浆体的管道的长度，ε为扩散系数，μ_p为混浆运动粘度，Re为流动雷诺系数，Z为综合变量。

具体的，所述相邻两种待输送浆体的总体积满足以下表达式(2)关系：

式(2)中A_K为水塞截面积，S为水塞位移长度，X为水塞冲程次数，V_d为水塞压进输送管道的浆体体积，V_h为水塞的冲程容积。

本发明的有益效果是：利用水塞实现了水作为隔离介质对相邻的不同待输送浆体进行隔离，实现了同一管道同时输送多种待输送浆体，避免了两种浆体发生混浆。

此外，本发明提供的水隔离浆体输送方法计算出用于隔离不同浆体的水的宽度，有效地控制通入的水量，实现了管道输送浆体的过程中清水的最小量，最大程度的输送所需浆体。

对浆体和清水混合段进行检测，并将检测结果上传至数据处理终端，监测人员通过数据处理终端观察管道内待输送浆体为何浆体，在管道出口处有效对输送的浆体进行分流运输或分类存储，避免了不同浆体的混合。

附图说明

图1为本发明所提供的输送管道的横截面；

图2为本发明所记载的浆水隔离原理模型；

图3为本发明所记载的混浆段浓度扩散示意图；

图4为连打情况下的浆体输送流程图；

图5为非连打情况下的浆体输送流程图；

图6为本发明所记载的大红山管线的分布图。

具体实施方式

在此结合附图和具体实施方式对本发明所要求保护的技术方案作进一步详细的说明。

为了解决现有的浆体管道输送物料单一，耗水量大的问题，本发明提供了一种水隔离浆体输送管道，该管道中设置水塞，利用水作为隔离介质，将相邻的不同的浆体进行隔离，实现了同一管道输送不同的浆体，利用了最小量的水，最大程度的输送所需浆体。

如图1所示，该输送管道包括了用于输送待输送浆体的管道本体1和用于区分两种浆体的水塞，水塞与数据处理终端连接，用于将水塞的冲程次数等参数上传至数据处理终端，数据处理终端对接收到的数据进行处理以便监测人员监测。该数据处理终端可以是PAD、手机等移动终端，也可以是计算机。水塞的冲程次数等参数可以通过数据线或无线通信方式上传。

打入待输送浆体，当需要输送两种不同的浆体时，在两者之间打入清水用作隔离，形成水隔离层，如图1和图2所示；由于浆体与水之间存在浓度差，故浆体和水接触时，浆体向水扩散，使水中混有浆体；同理，水也向浆体扩散，使浆体中混有水，两者之间发生混浆，混浆达到一定宽度时，则不再发生混浆，当清水的宽度大于水与两种浆体形成的混浆段宽度时，即实现了水隔离。

浆体与清水之间的混浆段的浓度扩散原理如图3所示，设图3中的起始接触面左侧B为浆体，右侧A为水塞；由图3可看出，混浆发会经历3个发展阶段：

第一阶段：混浆接触阶段。在开始混浆的时刻t₀，在接触面O的混浆浓度为C＝C'＝0.5；

第二阶段：混浆快速扩展阶段。接触后经过Δt₁时间间隔，B浆体混浆浓度C在-X方向逐渐增加，A水塞在-X方向C’逐渐减小，沿O两侧形成2l₁对称混浆段。但在任意断面处，C’+C＝1，且在起始接触面O处，C＝C'＝0.5；

第三阶段：混浆平稳扩散阶段。快速扩散后Δt₂时间间隔，B浆体混浆浓度C在-X方向继续增加(变化缓慢)，A水塞在-X方向C’继续减小(变化缓慢)，最终沿O两侧形成2l₂(l₂>l₁)对称混浆段。但在任意断面处，C’+C＝1，且在起始接触面O处，C＝C'＝0.5。

通过混浆浓度C扩散的定性分析可以看出，当输送流速一定时，在某一时刻t，距离接触面O的距离为x；B浆体输送时间dt＝t-t₀，设t₀＝0，则C’＝f₁(t,X)，C＝f₂(t₀,X)，即C＝f(t,X)，并且C＝C'＝0.5。也就是说，随着扩散混浆发生，浆体C由1→0，水塞C’由0→1；即B浆体中会有微量的A水是允许的，可以取对称浓度，如表1所示。

表1浓度对称表

表1中C表示浆体的混浆浓度，C’表示水的混浆浓度；Z为综合变量。

在一些实施方式中，为了能够更好地对浆体和清水混浆段，本发明提供的输送管道还包括用于检测浆体和清水混合段的核密度计2，核密度计2输出的信号上传至数据处理终端，核密度计检测到的混浆段信息通过无线或有线方式上传至数据处理终端，以供监测者监测，能够及时在管道输出口处及时根据核密度计输出的信号进行不同种浆体的分类存储或分流至其它目的地。

在实际输送中，以浆体甲和浆体乙两种物料输送为例，在起始泵站，需要3条输送管道。浆体管道A与本发明所提供的输送管道连接输送浆体甲，如需要切换输送浆体乙时，需要关闭管道A并切换至水管道，往本发明提供的输送管道内注水后切换至B管道向本发明所提供的输送管道内注入浆体乙，从而在本发明所提供的输送管道内形成浆体甲－水－浆体乙的输送方式，利用水形成水隔离层隔离浆体甲和浆体乙，实现了同一管道输送两种浆体，达到了输送管道的充分利用。

本发明所记载的水塞，可以采用现有的任何一种，在此采用活塞泵。

本发明所记载的输送管道可以应用于任何地区进行输送浆体，如应用于整个大红山，整个大红山管线分为昆钢线、玉钢线两条管道。其中昆钢线包括：B(管径273mm)、C(管径243mm)、D(管径273mm)线；玉钢线包括：A(管径243mm)、E(管径273mm)线。数字管道系统为了方便浆体位置计算，人为把整个管线划分为1～10号线(如图6)。

大红山整条管线都已经部署SCADA系统，全部设备的瞬时检测值都以较高的采样频率采集并保存在实时数据库中，以60S一个周期，访问实时数据库，得到相应的设备参数，并计算浆体位置，位置信息在保存在实时数据库中，数字管道系统通过WCF服务方式调用位置数据，进行图形的建模、渲染，并不断更新(周期60S)完成浆体位置的实时显示。

利用本发明所提供的水隔离浆体输送管道输送浆体时，浆体输送控制方法根据打入管道的方式不同而不同，打入方式主要分为连打和非连打方式，其中连打方式是指按照：浆体A—水—浆体B—水—浆体C....—水—浆体N的顺序输入浆体输送管道内，以水作为介质实现相邻两种不同浆体的隔离，此时的浆体输送控制方法如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤A1：通过水塞的冲程数计算相邻两种待输送浆体的总体积；

步骤A2：利用步骤A1中的计算得到的总体积除以输送长度得出连打情况下的相邻两种待输送浆体的宽度；

步骤A3：用管道的总直径减去由步骤A2计算获得的相邻两种待输送浆体的宽度得出连打情况下管道中清水的宽度。

采用非连打方式将待输送浆体和水打入本发明所提供的管道时，此时的浆体输送控制方法如图5所示，具体包括以下步骤：

步骤B1：通过水塞的冲程数计算相邻两种待输送浆体输送一次的总体积；

步骤B2：利用步骤B1中的计算得到的总体积除以输送长度得出非连打情况下的相邻两种待输送浆体的宽度；

步骤B3：用管道的总直径减去由步骤B2计算获得的相邻两种待输送浆体的宽度得出非连打情况下管道中清水的宽度。

其中，步骤A1和步骤B1中的所记载的浆体输送的总体积可以采用现有的任何一种方式进行计算，在此利用以下表达式(2)计算：

式(2)中A_K为水塞截面积，S为水塞位移长度，X为水塞冲程次数，V_d为水塞压进输送管道的浆体体积，V_h为水塞的冲程容积。

此外，在管道输送情况下，计算清水与相邻待输送浆体发生混合时的混浆宽度；该混浆宽度可以通过现有的任何一种方式进行计算获得，在此利用以下表达式(1)计算：

式(1)中：D为用于输送浆体的管道的内径，L为用于输送浆体的管道的长度，ε为扩散系数，μ_p为混浆运动粘度，Re为流动雷诺系数，Z为综合变量，可根据浆体和清水的混浆浓度进行取值，由表1查询可得。

扩散系数ε由表达式(3)计算获得：

式(3)中μ_p为混浆运动粘度，可取水的速度μ和浆体μ'的平均值(m²/s)；Re为流动雷诺系数；D为用于输送浆体的管道的内径，L为用于输送浆体的管道的长度；γ_k为浆体容重(t/m³)，γ₀为管道内水塞的容重(t/m³)。

流动雷诺系数Re通过表达式(4)计算获得：

表达式(4)中υ为混浆段的流速，μ_p为混浆运动粘度，可取水的速度μ和浆体μ'的平均值(m²/s)，D为用于输送浆体的管道的内径。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的修改或等同替换，只要不脱离本发明的技术方案的精神和范围，均涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种水隔离浆体输送管道，其特征在于：该输送管道包括管道本体和设置于所述管道本体内用于区分两种浆体的水塞，所述水塞与数据处理终端连接。

2.根据权利要求1所述的水隔离浆体输送管道，其特征在于：还包括用于检测浆体和清水混合段的核密度计，所述核密度计输出的信号上传至数据处理终端。

3.根据权利要求1或2所述的水隔离浆体输送管道，其特征在于：所述水塞为活塞泵。

4.一种基于权利要求1或2或3所述的水隔离浆体输送管道的水隔离浆体输送方法，其特征在于：该方法利用水作为分隔介质对输送的相邻两浆体进行隔离区分，采用连打或非连打方式将待输送浆体和水打入权利要求1或2或3所述的管道中，连打方式将待输送浆体和水打入权利要求1或2或3所述的管道时，具体步骤如下：

步骤A1：通过所述水塞的冲程数计算相邻两种待输送浆体的总体积；

步骤A2：利用步骤A1中的计算得到的总体积除以输送长度得出连打情况下的相邻两种待输送浆体的宽度；

步骤A3：用管道的总直径减去由步骤A2计算获得的相邻两种待输送浆体的宽度得出连打情况下管道中清水的宽度；

非连打方式将待输送浆体和水打入权利要求1或2或3所述的管道时，具体步骤如下：

步骤B1：通过所述水塞的冲程数计算相邻两种待输送浆体输送一次的总体积；

步骤B2：利用步骤B1中的计算得到的总体积除以输送长度得出非连打情况下的相邻两种待输送浆体的宽度；

步骤B3：用管道的总直径减去由步骤B2计算获得的相邻两种待输送浆体的宽度得出非连打情况下管道中清水的宽度。

5.根据权利要求4所述的水隔离浆体输送方法，其特征在于：该方法在管道输送情况下，计算清水与相邻待输送浆体发生混合时的混浆宽度。

6.根据权利要求5所述的水隔离浆体输送方法，其特征在于：所述混浆宽度满足以下表达式(1)关系：

式(1)中：D为用于输送浆体的管道的内径，L为用于输送浆体的管道的长度，ε为扩散系数，μ_p为混浆运动粘度，Re为流动雷诺系数，Z为综合变量。

7.根据权利要求4或5或6所述的水隔离浆体输送方法，其特征在于：所述相邻两种待输送浆体的总体积满足以下表达式(2)关系：

式(2)中A_K为水塞截面积，S为水塞位移长度，X为水塞冲程次数，V_d为水塞压进输送管道的浆体体积，V_h为水塞的冲程容积。