CN111044410A - 一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，包括储浆罐，储浆罐内设置有搅拌器；储浆罐与喂浆泵通过管道相连；喂浆泵连接安全环管的一端；安全环管另一端与储浆罐相连通；安全环管局部为弯管；弯管沿煤浆流动方向连接有磨蚀短管；还公开了一种基于安全环管检测煤浆流变性能的方法；本发明的装置与实际管道同规格，装有多种检测仪表和装置，可做循环工业化煤浆流变特性检测实验，也可做进入主管线实际运输前煤浆安全特性检测。本发明的的方法可直接检测实际生产时煤浆流变特性、检测值可校验初始设计和修正经验参数。

Description

一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置及方法

技术领域

本发明属于管道输煤技术领域，具体涉及一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置；还涉及一种基于安全环管检测煤浆流变性能的方法。

背景技术

浆体大管径长距离管道输送已成为目前继铁路、公路、空运、船运后地第五种运输方式，具有绿色、节能、高能、适宜于地形复杂等优点，但是对其研究一直处于管径和长度缩小版的管道实验室阶段，利用小型环管试验数据进行数值模拟、理论公式、经验参数等方式推断浆体在实际运输中的状态，具有脱离实际的局限性。本装置具有和实际管道同规格、装有多种检测仪表和设备、环管可连接储罐进行循环，也可连接主管道进行实际输送的特点；可以进行实际管道输送状态和数据检测，指导制浆工艺；还可以观察管道内壁实际磨损情况；又可以用少量煤浆进行循环试验，也可以在实际输送前检测煤浆流变特性，保证煤浆参数合格后进入主管道，确保主管道安全运行。

煤浆流变特性对于煤浆两相流长距离管道输送具有决定性的影响，是保障管道安全运行的第一道关口，而其检测一般局限于车间采样-实验室化验-模拟生产数据，可能存在取样缺乏代表性、检测结果失真、实验室与生产脱离等风险。利用本环管装置，可以实时检测生产运行时的煤浆流变特性，校验初始设计值和经验系数，探究实际生产的数据规律，从而使实验与生产零误差，保障管道安全运行。

杨志强，陈得信，高谦，邹龙.金川矿山混合充填料浆环管试验系统与管输特性研究[J].有色金属工程，2017，7(1)：64-70，其中关于金山矿山充填料浆管道输送的环管试验系统中设计了3条不同管径的环管，管径均小于实际管道，仅适用于实验室做小型试验研究，不能作为实际运输前的安全监测；该试验方法基于小型环管的检测数据探究了管输阻力的影响因素及其规律，对实际生产具有一定的指导作用，但不能作为实际生产数据直接利用，需要结合生产探究实际生产的经验系数。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，与实际管道同规格，装有多种检测仪表和装置，可做循环工业化煤浆流变特性检测实验，也可做进入主管线实际运输前煤浆安全特性检测。

本发明的第二个目的是提供一种基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，可直接检测实际生产时煤浆流变特性、检测值可校验初始设计和修正经验参数。

本发明所采用的第一个技术方案是，一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，包括储浆罐，储浆罐内设置有搅拌器；储浆罐与喂浆泵通过管道相连；喂浆泵连接安全环管的一端；安全环管另一端与储浆罐相连通；安全环管局部为弯管；弯管沿煤浆流动方向连接有磨蚀短管；

安全环管的入口处设置有压差变送器a、上中下采样点a；安全环管的水平直管部分设置有PH计、温度变送器、电磁流量计、密度计；安全环管出口处设置有压差变送器b、上中下采样点b；其中，电磁流量计位于密度计上游。

本发明的特点还在于：

安全环管的规格与实际输送管道主干线规格一致，外径为559～610mm，壁厚为9～17.5mm，粗糙度为0.2～0.3mm，长度为250～300m；

安全环管的水平敷设角度为0°。

磨蚀短管长度为0.8～1.2m。

弯管的弯度半径为4～6D，D为安全环管的外径。

储浆罐的具体规格为：Φ＝19*23m，有效容积5000m³，储存煤浆1700m³。

喂浆泵的具体规格为：Metso H30 10×8变频离心渣浆泵，扬程70m，额定流量980m³/h。

本发明所采用的第二个技术方案是，一种基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据实际年煤炭和浓度输送要求，计算实际运输管道小时输送量；根据小时输送量计算设计流速；

步骤2、进行安全环管清水运行试验，以检测设备性能和阀门、仪表的可靠性，以及喂浆泵对流量的调节能力；

步骤3、检测储浆罐中煤浆的比重、浓度、粒度级配、流变特性、滑移角、安息角，以保证煤浆特性符合安全环管的运行条件及安全环管安装坡度；其中，安全环管的规格与实际运输管道的规格一致；

步骤4、进行不同浓度煤浆在不同流量下的安全环管运行试验；其中，试验浓度由高到低；每次高浓度试验完成后，通过二次制浆和水对煤浆进行稀释，得到下一试验所需浓度的煤浆；

步骤5、根据步骤4的检测结果，计算影响环管安全运行的参数，即水力坡度、管道最小壁厚、管壁粗糙度、沿程损失、最低安全流速、均质度C/C_a；其中，C为上中下采样点b中上取样点的浓度，C_a为上中下采样点b中中取样点的浓度；

步骤6、进行煤浆停车再启动试验，确定煤浆停车再启动安全时间；

步骤7、根据步骤5、步骤6的结果，查看是否符合泵输标准；若符合标准，则采用实际运输管道进行输送；若不符合标准，则重新制浆，输入至储浆罐，再循环步骤2-步骤7；

步骤8、试验结束后，用水将管道中的煤浆置换出去，防止煤浆在设备和管道中沉淀。

本发明的特点还在于：

步骤1中，设计流速V的计算公式如下：

式中，Q_ar为管输收到基煤量，t/a；M_t为煤的全水含量，％；T为年工作时间，h；D为管道外径，mm；t为管道平均壁厚，mm；C_w为煤浆的重量浓度；ρ_s为煤浆的密度，t/m³；

管道小时输送量Q_s计算公式如下：

Q_s＝0.785×3600×10^-6×V×(D-2t)² (2)

式中，V为管道设计流速，m/s；D为管道外径，mm；t为管道平均壁厚，mm。

步骤4中，安全环管运行试验具体过程如下：

在安全环管(4)上通过压差变送器a(7)、压差变送器b(14)在线检测煤浆的压差，通过PH计(9)在线检测煤浆的pH，通过温度变送器(10)在线检测煤浆的温度，通过磁流量计(11)在线检测煤浆的流量，通过密度计(12)在线检测煤浆的的密度；

在安全环管(4)的上中下采样点a(8)、上中下采样点b(13)采样，检测煤浆的穿透重、粒度级配、粘度、pH、浓度、流变特性、垂直沉降特性。

步骤4中：

(1)水力坡度的计算过程为：

按照最小的角度敷设管道原则，即管道敷设角度γ应该小于安息角α、滑移角β的最小值，将角度转化为坡度：γ％＝tan(α,β)_min，则环管最大敷设坡度为-γ％～γ％，煤浆的水力坡度设计值为γ％；

(2)管道最小壁厚t的计算过程如下：

式中，P为管道的设计压力，MPa；D为管道外径，mm；K为设计系数，一般地区取0.72，城镇郊区和站内取0.6；

为管材的焊缝系数；σ_s为管材的最低屈服硬度，MPa；C为30年的磨蚀量，0.05mm/a；

(3)管壁粗糙度的计算过程为：

采用科尔布鲁克公式和莫迪公式计算管壁粗糙度，若两个公式计算出的粗糙度一致，则计算正确；否则，流体雷诺系数Re或摩擦因数λ取值不合理；

科尔布鲁克公式如下：

式中，Δ为管道绝对粗糙度，Δ＝0.26006mm；D为管道外径，mm；λ为摩擦因数，λ＝0.03；Re为流体雷诺数，适用于Re＝4000～10⁸，Δ/D＝3×10^-3～10^-5，从水力学光滑管到完全粗糙管的各种情形，安全环管中流体为紊流态，Re＝12500；

莫迪公式如下：

式中，Δ为管道绝对粗糙度，Δ＝0.22677mm；D为管道外径，mm；λ为摩擦因数，λ＝0.03；Re为流体雷诺数，Re＝12500；

(4)管道沿程损失计算过程为：

采用达西-魏斯巴赫方程和伯努利方程计算沿程阻力损失h_f，若两个方程的计算值一致，则表明计算无误，否则表明试验检测值或者摩擦因数λ取值有误，需要重新测量；

达西-魏斯巴赫公式如下：

式中，L为管长，m；D为管直径，mm；λ为沿程阻力系数，无量纲，λ＝0.03；v为浆体的平均流速，m/s；g为重力加速度，m/s²；

伯努利方程如下：

式中，z₁、z₂为一段煤浆管道前后位置水头；P₁、P₂分别为一段煤浆管道前后的压力，Pa；ρ为煤浆浓度，g/cm³；g为重力加速度，m/s²；v₁、v₂分别为一段管道前后的煤浆流速，m/s；

(5)最低安全流速为C/C_a＞0.8时对应的流速。

步骤7中标准为：

(1)水力坡度的标准为：水力坡度应该小于安息角α、滑移角β的最小值，即环管的最大敷设角度γ小于水力坡度；

(2)管道最小壁厚t的标准为：管道最小壁厚处的承压能力大于煤浆在管道中输送时的最大压力，且大于管道设计年限30年的最大磨蚀量；

(3)管壁粗糙度的标准为：根据安全环管内壁绝对粗糙度的计算值判断内壁生锈情况；

(4)沿程损失的标准为：环管的沿程损失小于实际干线管道摩阻损失时，表明计算值符合标准；否则表明摩擦因数λ取值或者流体平均流速v有误，需重新取值计算；

(5)最低安全流速的标准为：安全流速＝最低安全流速+0.2～0.3m/s；设计流速＝安全流速×1.1；比较根据设计流量计算出最低安全流速和由试验测出来的最低安全流速是否一致，若一致，则表明设计流速符合标准，若不一致，则以实际运行最低安全流速为准；

(6)均质度C/C_a的标准为：C/C_a＞0.8，则说明管道内煤浆的稳定性良好，符合管道输浆安全运行标准。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种用于检测煤浆流变特性的安全环管及其设计方法，设计出的环管规格与实际运输管道同规格，能对实际管输流态特性进行检测；其上装有取样点和磨蚀短管，能有效对比煤浆稳定性变化和管道磨蚀情况；可用少量煤浆进行循环实验；可在实际生产中作为进入主管道前的安全检测管道；检测数据可直接用于实际生产中；可对管道初步设计和经验参数进行校验。

附图说明

图1是本发明基于安全环管检测煤浆流变性能的装置的连接示意图；

图2是本发明基于安全环管检测煤浆流变性能的装置的实施例的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，包括储浆罐1，储浆罐1内设置有搅拌器2；储浆罐1与喂浆泵3通过管道相连；喂浆泵3连接安全环管4的一端；安全环管4另一端与储浆罐1相连通；安全环管4局部为弯管5；弯管5沿煤浆流动方向连接有磨蚀短管6；

安全环管4的入口处设置有压差变送器a7、上中下采样点a8；安全环管4的水平直管部分设置有PH计9、温度变送器10、电磁流量计11、密度计12；安全环管4出口处设置有压差变送器b14、上中下采样点b13；其中，电磁流量计11位于密度计12上游。

安全环管的规格与实际输送管道主干线规格一致，外径为559～610mm，壁厚为9～17.5mm，粗糙度为0.2～0.3mm，长度为250～300m；

安全环管的水平敷设角度为0°。

磨蚀短管6长度为0.8～1.2m。

弯管5的弯度半径为4～6D，D为安全环管4的外径。

储浆罐1的具体规格为：Φ＝19*23m，有效容积5000m³，储存煤浆1700m³。

喂浆泵3的具体规格为：Metso H30 10×8变频离心渣浆泵，扬程70m，额定流量980m³/h。

基于上述安全环管检测煤浆流变性能的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据实际年煤炭和浓度输送要求，计算实际运输管道小时输送量；根据小时输送量计算设计流速；

设计流速V的计算公式如下：

式中，Q_ar为管输收到基煤量，t/a；M_t为煤的全水含量，％；T为年工作时间，h；D为管道外径，mm；t为管道平均壁厚，mm；C_w为煤浆的重量浓度；ρ_s为煤浆的密度，t/m³；

管道小时输送量Q_s计算公式如下：

Q_s＝0.785×3600×10^-6×V×(D-2t)² (2)

式中，V为管道设计流速，m/s；D为管道外径，mm；t为管道平均壁厚，mm。

步骤2、进行安全环管清水运行试验，以检测设备性能和阀门、仪表的可靠性，以及喂浆泵对流量的调节能力；

步骤3、检测储浆罐中煤浆的比重、浓度、粒度级配、流变特性、滑移角、安息角，以保证煤浆特性符合安全环管的运行条件及安全环管安装坡度；其中，安全环管的规格与实际运输管道的规格一致；

步骤4、进行不同浓度煤浆在不同流量下的安全环管运行试验；其中，试验浓度由高到低；每次高浓度试验完成后，通过二次制浆和水对煤浆进行稀释，得到下一试验所需浓度的煤浆；

安全环管运行试验具体过程如下：

在安全环管4上通过压差变送器a7、压差变送器b14在线检测煤浆的压差，通过PH计9在线检测煤浆的pH，通过温度变送器10在线检测煤浆的温度，通过磁流量计11在线检测煤浆的流量，通过密度计12在线检测煤浆的的密度；

在安全环管4的上中下采样点a8、上中下采样点b13采样，检测煤浆的穿透重、粒度级配、粘度、pH、浓度、流变特性、垂直沉降特性；

其中，流变特性采用Mettler RM180，12系统测定；

具体计算过程如下：

(1)水力坡度的计算过程为：

按照最小的角度敷设管道原则，即管道敷设角度γ应该小于安息角α、滑移角β的最小值，将角度转化为坡度：γ％＝tan(α,β)_min，则环管最大敷设坡度为-γ％～γ％，煤浆的水力坡度设计值为γ％；

(2)管道最小壁厚t的计算过程如下：

式中，P为管道的设计压力，MPa；D为管道外径，mm；K为设计系数，一般地区取0.72，城镇郊区和站内取0.6；

为管材的焊缝系数；σ_s为管材的最低屈服硬度，MPa；C为30年的磨蚀量，0.05mm/a；

(3)管壁粗糙度的计算过程为：

采用科尔布鲁克公式和莫迪公式计算管壁粗糙度，若两个公式计算出的粗糙度一致，则计算正确；否则，流体雷诺系数Re或摩擦因数λ取值不合理；

科尔布鲁克公式如下：

式中，Δ为管道绝对粗糙度，Δ＝0.26006mm；D为管道外径，mm；λ为摩擦因数，λ＝0.03；Re为流体雷诺数，适用于Re＝4000～10⁸，Δ/D＝3×10^-3～10^-5，从水力学光滑管到完全粗糙管的各种情形，安全环管中流体为紊流态，Re＝12500；

莫迪公式如下：

式中，Δ为管道绝对粗糙度，Δ＝0.22677mm；D为管道外径，mm；λ为摩擦因数，λ＝0.03；Re为流体雷诺数，Re＝12500；

(4)管道沿程损失计算过程为：

采用达西-魏斯巴赫方程和伯努利方程计算沿程阻力损失h_f，若两个方程的计算值一致，则表明计算无误，否则表明试验检测值或者摩擦因数λ取值有误，需要重新测量；

达西-魏斯巴赫公式如下：

式中，L为管长，m；D为管直径，mm；λ为沿程阻力系数，无量纲，λ＝0.03；v为浆体的平均流速，m/s；g为重力加速度，m/s²；

伯努利方程如下：

式中，z₁、z₂为一段煤浆管道前后位置水头；P₁、P₂分别为一段煤浆管道前后的压力，Pa；ρ为煤浆浓度，g/cm³；g为重力加速度，m/s²；v₁、v₂分别为一段管道前后的煤浆流速，m/s；

(5)最低安全流速为C/C_a＞0.8时对应的流速。

步骤5、根据步骤4的检测结果，计算影响环管安全运行的参数，即水力坡度、管道最小壁厚、管壁粗糙度、沿程损失、最低安全流速、均质度C/C_a；其中，C为上中下采样点b(13)中上取样点的浓度，C_a为上中下采样点b(13)中中取样点的浓度；

步骤6、进行煤浆停车再启动试验，确定煤浆停车再启动安全时间；

步骤7、根据步骤5、步骤6的结果，查看是否符合泵输标准；若符合标准，则采用实际运输管道进行输送(如图2所示，际运输管道对应图中的主管道)；若不符合标准，则重新制浆，输入至储浆罐，再循环步骤2-步骤7；

标准为：

(1)水力坡度的标准为：水力坡度应该小于安息角α、滑移角β的最小值，即环管的最大敷设角度γ小于水力坡度；

(2)管道最小壁厚t的标准为：管道最小壁厚处的承压能力大于煤浆在管道中输送时的最大压力，且大于管道设计年限30年的最大磨蚀量；

(3)管壁粗糙度的标准为：根据安全环管内壁绝对粗糙度的计算值判断内壁生锈情况；

(4)沿程损失的标准为：环管的沿程损失小于实际干线管道摩阻损失时，表明计算值符合标准；否则表明摩擦因数λ取值或者流体平均流速v有误，需重新取值计算；

(5)最低安全流速的标准为：安全流速＝最低安全流速+0.2～0.3m/s；设计流速＝安全流速×1.1；比较根据设计流量计算出最低安全流速和由试验测出来的最低安全流速是否一致，若一致，则表明设计流速符合标准，若不一致，则以实际运行最低安全流速为准；

(6)均质度C/C_a的标准为：C/C_a＞0.8，则说明管道内煤浆的稳定性良好，符合管道输浆安全运行标准。

步骤8、试验结束后，用水将管道中的煤浆置换出去，防止煤浆在设备和管道中沉淀。

实施例

一、实验仿真对象

神渭输煤管道设计年输送量为精煤1000万吨，粒度-1.2mm、输送浓度为51％-55％，全长727km，沿线设5个加压泵站和终端站。神木站为1#泵站，配有4个有效容积5000m³的储浆罐、4台置换水泵、3台喂浆泵和6台主泵(隔膜泵)，2-5#为中间加压站，配有1个有效容积2000m³缓冲罐、4台置换水泵、3台喂浆泵和6台主泵，终端接收站为蒲城站，由消能站和罐区组成。消能站设有5个可调节消能环管，罐区由15个有效容积8600m³的储浆罐组成。

管道大部分外径为610mm，3#清涧站上游7km和消能站上游86km管外径采用559mm。全线管道壁厚从最薄的10.3mm到最厚的17.5mm不等。此外，管道系统还配有安全保护系统，包括专家报警系统、消能孔板组合调整、主泵自动减速。

二、实验采用的安全环管参数

采用上述基于安全环管检测煤浆流变性能的装置进行安全环管实验；实验选取的安全环管与主管道外径、材质一致，其壁厚选取主管道中最薄壁厚(10.3mm)；即安全环管：长度280m(压差传感器之间距离为270m)，外径610mm，壁厚10.3mm，内径589mm；通过安全环管试验，对煤浆在管道中的运行参数进行检测、采集、分析，为煤浆在主管道中安全输送提供重要依据。

三、实验内容

采用上述基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，分别对清水和55％、53％、51％浓度的煤浆进行不同流量下的安全环管实验；分别进行1小时、2小时、4小时、8小时、24小时带浆停车再启动实验；

实验室设备：NXS-4C水煤浆专用粘度计、光谱浓度仪、PH值测定仪、真空过滤机、量筒、烧杯、筛网、烤箱、滤纸等。

材料：清水、1700m³煤浆

实验数据如下：

(1)煤及煤浆比重

(2)粒度级配

粒级(mm)	产率(％)	负累积产率(％)
			1.2	1.41
-1.2～+0.83	2.32	98.59
			-0.83～+0.425	15.05	96.27
-0.425～+0.3	12.93	81.22
			-0.3～+0.15	24.94	68.29
-0.15～+0.075	14.72	43.35
			-0.075～+0.045	7.43	28.63
-0.045	21.20	21.20
			合计	100

(3)穿透重和带浆停车再启动时间

3个煤样沉淀24小时后，泥床的穿透重平均值为6g，属已启动矿浆，可平稳启动，喂浆泵可按正常启动程序，启动、升速，在启动过程中电机电流上升平稳。

(4)垂直沉降特性

51.3％浓度煤浆停车24小时，沉积床屈服性较好，不会形成硬堵塞。

(5)管壁粗糙度

绝对粗糙度的平均值约为0.25mm，说明管道内壁已生锈，但不严重。

(6)水力坡度

清水水力坡度

运行流量Q，m<sup>3</sup>/h	1775	1550
			压差，kPa	12.7	9.2
水力坡度i，m/km	4.70	3.41

53.05％浓度煤浆水力坡度

运行流量Q，m<sup>3</sup>/h	1773	1629
			压差，kPa	21.22	18.41
矿浆比重	1.191	1.191
			压头，m	1.82	1.58
水力坡度i，m/km	6.73	5.84

结论：浓度越高、流速越快，煤浆的水力坡度越大；53.05％浓度煤浆在1775m³/h流量下的水力坡度为6.73，略低于设计值，满足输送要求。

(7)管道断面上、中、下部的煤浆颗粒级配分布及安全流速计算

C/Ca测定结果

结论：对于51.3％，当流量下降到1350m³/h(流速1.37m/s),C/Ca已下降到0.82，此时，管道底部的粗颗粒滑动床已开始形成。因此，1.37m/s可定义为安全环管的沉积流速，按照规定，设置管道的安全流速为1.64m/s。

通过此次安全环管试验，对煤浆在管道中的运行参数进行检测、采集、分析，为煤浆在主管道中安全输送提供重要依据。

Claims (10)

1.一种基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：包括储浆罐(1)，储浆罐(1)内设置有搅拌器(2)；储浆罐(1)与喂浆泵(3)通过管道相连；喂浆泵(3)连接安全环管(4)的一端；安全环管(4)另一端与储浆罐(1)相连通；安全环管(4)局部为弯管(5)；弯管(5)沿煤浆流动方向连接有磨蚀短管(6)；

所述安全环管(4)的入口处设置有压差变送器a(7)、上中下采样点a(8)；安全环管(4)的水平直管部分设置有PH计(9)、温度变送器(10)、电磁流量计(11)、密度计(12)；安全环管(4)出口处设置有压差变送器b(14)、上中下采样点b(13)；其中，电磁流量计(11)位于密度计(12)上游。

2.如权利要求1所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：所述安全环管(4)的规格与实际输送管道主干线规格一致，外径为559～610mm，壁厚为9～17.5mm，粗糙度为0.2～0.3mm，长度为250～300m；

所述安全环管(4)的水平敷设角度为0°。

3.如权利要求1所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：所述磨蚀短管(6)长度为0.8～1.2m。

4.如权利要求1所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：所述弯管(5)的弯度半径为4～6D，D为安全环管(4)的外径。

5.如权利要求1所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的装置，其特征在于：所述储浆罐(1)的具体规格为：Φ＝19*23m，有效容积5000m³，储存煤浆1700m³；

所述喂浆泵(3)的具体规格为：Metso H30 10×8变频离心渣浆泵，扬程70m，额定流量980m³/h。

6.一种基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据实际年煤炭和浓度输送要求，计算实际运输管道小时输送量；根据小时输送量计算设计流速；

步骤2、进行安全环管清水运行试验，以检测设备性能和阀门、仪表的可靠性，以及喂浆泵对流量的调节能力；

步骤3、检测储浆罐中煤浆的比重、浓度、粒度级配、流变特性、滑移角、安息角，以保证煤浆特性符合安全环管的运行条件及安全环管安装坡度；其中，安全环管的规格与实际运输管道的规格一致；

步骤4、进行不同浓度煤浆在不同流量下的安全环管运行试验；其中，试验浓度由高到低；每次高浓度试验完成后，通过二次制浆和水对煤浆进行稀释，得到下一试验所需浓度的煤浆；

步骤5、根据步骤4的检测结果，计算影响环管安全运行的参数，即水力坡度、管道最小壁厚、管壁粗糙度、沿程损失、最低安全流速、均质度C/C_a；其中，C为上中下采样点b(13)中上取样点的浓度，C_a为上中下采样点b(13)中中取样点的浓度；

步骤6、进行煤浆停车再启动试验，确定煤浆停车再启动安全时间；

步骤7、根据步骤5、步骤6的结果，查看是否符合泵输标准；若符合标准，则采用实际运输管道进行输送；若不符合标准，则重新制浆，输入至储浆罐，再循环步骤2-步骤7；

步骤8、试验结束后，用水将管道中的煤浆置换出去，防止煤浆在设备和管道中沉淀。

7.如权利要求6所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，其特征在于，所述步骤1中，设计流速V的计算公式如下：

式中，Q_ar为管输收到基煤量，t/a；M_t为煤的全水含量，％；T为年工作时间，h；D为管道外径，mm；t为管道平均壁厚，mm；C_w为煤浆的重量浓度；ρ_s为煤浆的密度，t/m³；

所述管道小时输送量Q_s计算公式如下：

Q_s＝0.785×3600×10^-6×V×(D-2t)² (2)

式中，V为管道设计流速，m/s；D为管道外径，mm；t为管道平均壁厚，mm。

8.如权利要求6所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，其特征在于，所述步骤4中，安全环管运行试验具体过程如下：

在安全环管(4)上通过压差变送器a(7)、压差变送器b(14)在线检测煤浆的压差，通过PH计(9)在线检测煤浆的pH，通过温度变送器(10)在线检测煤浆的温度，通过磁流量计(11)在线检测煤浆的流量，通过密度计(12)在线检测煤浆的的密度；

在安全环管(4)的上中下采样点a(8)、上中下采样点b(13)采样，检测煤浆的穿透重、粒度级配、粘度、pH、浓度、流变特性、垂直沉降特性。

9.如权利要求6所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，其特征在于，所述步骤4中：

(1)水力坡度的计算过程为：

按照最小的角度敷设管道原则，即管道敷设角度γ应该小于安息角α、滑移角β的最小值，将角度转化为坡度：γ％＝tan(α,β)_min，则环管最大敷设坡度为-γ％～γ％，煤浆的水力坡度设计值为γ％；

(2)管道最小壁厚t的计算过程如下：

式中，P为管道的设计压力，MPa；D为管道外径，mm；K为设计系数，一般地区取0.72，城镇郊区和站内取0.6；

为管材的焊缝系数；σ_s为管材的最低屈服硬度，MPa；C为30年的磨蚀量，0.05mm/a；

(3)管壁粗糙度的计算过程为：

采用科尔布鲁克公式和莫迪公式计算管壁粗糙度，若两个公式计算出的粗糙度一致，则计算正确；否则，流体雷诺系数Re或摩擦因数λ取值不合理；

科尔布鲁克公式如下：

式中，Δ为管道绝对粗糙度，Δ＝0.26006mm；D为管道外径，mm；λ为摩擦因数，λ＝0.03；Re为流体雷诺数，适用于Re＝4000～10⁸，Δ/D＝3×10^-3～10^-5，从水力学光滑管到完全粗糙管的各种情形，安全环管中流体为紊流态，Re＝12500；

莫迪公式如下：

式中，Δ为管道绝对粗糙度，Δ＝0.22677mm；D为管道外径，mm；λ为摩擦因数，λ＝0.03；Re为流体雷诺数，Re＝12500；

(4)管道沿程损失计算过程为：

采用达西-魏斯巴赫方程和伯努利方程计算沿程阻力损失h_f，若两个方程的计算值一致，则表明计算无误，否则表明试验检测值或者摩擦因数λ取值有误，需要重新测量；

达西-魏斯巴赫公式如下：

式中，L为管长，m；D为管直径，mm；λ为沿程阻力系数，无量纲，λ＝0.03；v为浆体的平均流速，m/s；g为重力加速度，m/s²；

伯努利方程如下：

式中，z₁、z₂为一段煤浆管道前后位置水头；P₁、P₂分别为一段煤浆管道前后的压力，Pa；ρ为煤浆浓度，g/cm³；g为重力加速度，m/s²；v₁、v₂分别为一段管道前后的煤浆流速，m/s；

(5)最低安全流速为C/C_a＞0.8时对应的流速。

10.如权利要求6所述的基于安全环管检测煤浆流变性能的方法，其特征在于，所述步骤7中标准为：

(1)水力坡度的标准为：水力坡度应该小于安息角α、滑移角β的最小值，即环管的最大敷设角度γ小于水力坡度；

(2)管道最小壁厚t的标准为：管道最小壁厚处的承压能力大于煤浆在管道中输送时的最大压力，且大于管道设计年限30年的最大磨蚀量；

(3)管壁粗糙度的标准为：根据安全环管内壁绝对粗糙度的计算值判断内壁生锈情况；

(4)沿程损失的标准为：环管的沿程损失小于实际干线管道摩阻损失时，表明计算值符合标准；否则表明摩擦因数λ取值或者流体平均流速v有误，需重新取值计算；

(5)最低安全流速的标准为：安全流速＝最低安全流速+0.2～0.3m/s；设计流速＝安全流速×1.1；比较根据设计流量计算出最低安全流速和由试验测出来的最低安全流速是否一致，若一致，则表明设计流速符合标准，若不一致，则以实际运行最低安全流速为准；

(6)均质度C/C_a的标准为：C/C_a＞0.8，则说明管道内煤浆的稳定性良好，符合管道输浆安全运行标准。

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