CN112061790B - 一种用于气力输送的抗磨损弯管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于气力输送的抗磨损弯管，包括弯管主体，弯管主体包括两段垂直的管道，水平段为入口段，垂直段为出口段，在弯管主体的拐弯处设有锥形部；锥形部与弯管主体连通处设有挡网；弯管的入口段的管内壁上设有与来流方向相一致的导流螺纹，所述锥形部的管内壁上设有与来流方向相反的导流螺纹；所述挡网上设有小于输送颗粒或粉料粒径的微孔以允许气体通过但不允许颗粒或粉料通过。本发明的设计，可以减少颗粒对于管壁的沉积和摩擦，从而大大延长弯管的使用寿命。

Description

一种用于气力输送的抗磨损弯管
技术领域
本发明涉及一种用于气力输送的抗磨损弯管，涉及一种用于在气力输送中粉料输送的抗磨损弯管，属于管道部件领域。
背景技术
气力输送又称气流输送，是利用气流的能量，在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料，是流态化技术的一种具体应用。气力输送装置的结构简单、操作方便，可作水平的、垂直的或倾斜方向的输送，在输送过程中还可同时进行物料的加热、冷却、干燥和气流分级等物理操作或某些化学操作。
气力输送中管道磨损问题直接影响到生产作业，这一问题在能源化工领域尤为突出。
近些年来，干煤粉气流床加压气化技术在煤气化行业中受到越来越多的重视，成为未来最有前景的煤气化技术之一。流化床气化技术是一种重要的气化技术，从将粉煤在流态化状态下进行气化的Winkler炉开始，人们发展出了一系列后继的雷同工艺，包括稀相流态化。中国科学院山西煤炭化学研究所成功开发了“灰熔聚流化床气化过程及装置”（中国专利94106781.5），其适用煤种范围宽（从褐煤到无烟煤），并适合高灰、高硫、高灰熔点煤气化。进一步，中国科学院山西煤炭化学研究所研发了 “多段分级转化流化床煤气化的方法及装置”（中国专利201010291577.4）。
在干煤粉进料的气流床煤气化工艺中，煤粉被输送介质（氮气或二氧化碳）携带，采用气力输送的方式从流化罐输送至气化炉。
高浓度和稳定的煤粉输送对提高气化炉合成气有效成分含量和保证气化炉安全稳定运行至关重要，因此煤粉气力输送技术是干煤粉气流床气化的关键技术之一。
由于常处于严苛条件下长时间连续运行的状态，粉体对于管道的冲蚀问题相当严重，尤其是弯管和阀门处，有时甚至两三天就需要进行一次更换，严重影响企业生产效率。同等条件下，弯管的磨损率是直管的50倍，弯管磨损问题成为磨损问题的关键所在。
发明内容
本发明旨在提供一种用于气力输送的抗磨损弯管，有效增强了在粉料气力输送条件下弯管的抗磨效果，延长了弯管的使用寿命。
本发明提供的一种用于气力输送的抗磨损弯管，包括弯管主体，弯管主体包括两段垂直的管道，水平段为入口段，垂直段为出口段，在弯管主体的拐弯处设有锥形部；锥形部与弯管主体连通处设有挡网；
弯管的入口段部分的管内壁上设有与来流方向相一致的导流螺纹，所述锥形部的管内壁上设有与来流方向相反的导流螺纹；所述挡网上设有小于输送颗粒或粉料粒径的微孔以允许气体通过但不允许颗粒或粉料通过。
优选地，在弯管的入口段部分的管内壁上的导流螺纹的螺距可以是管内径的1/50~1/20。
优选地，在弯管的入口段部分的管内壁上的导流螺纹的长度可以是管内径的0.8~2.0倍。
优选地，在所述锥形部的管内壁上的导流螺纹的螺距按从锥形部尖端到弯管内部的方向可以是逐渐增大的。
优选地，在所述锥形部的管内壁上的导流螺纹的螺距可以处于管内径的1/50~1/20的范围内。
优选地，在所述锥形部的管内壁上的导流螺纹的长度可以是管内径的0.8~2.0倍。
所述挡网由柔性材料制成。
优选地，所述挡网可以通过螺母与锥形部连接，锥形部通过螺母与弯管主体连接。
优选地，所述挡网的网孔孔径小于50微米。
优选地，所述挡网所包含的柔性材料可以是弹性材料，诸如弹性体材料、苯乙烯系热塑性弹性体（SBS）、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）、三元乙丙橡胶（EPDM）、聚烯烃弹性体（POE）、热塑性弹性体（TPE）、热塑性硫化橡胶（TPV）、热塑性聚烯烃弹性体（TPO）、热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）、热塑性聚酯弹性体（TPEE）、聚苯醚（PPE）。
本发明中，通过在弯管入口段上设置与来流方向一致的导流螺纹，可以在管壁上形成螺旋流，螺旋流的形成有助于防止颗粒沉积于管壁上，从而遏制颗粒在管壁上沉积的趋势，进而减少颗粒对管壁的摩擦并减少颗粒在弯管处的沉积；通过在弯管的弯曲部分设置挡网和锥形部，可以极大地缓解颗粒在弯曲部分的沉积，气体透过挡网并经过导流螺纹的作用在锥形部内形成与来流方向相反的螺旋气流，可以有效地推动挡网，并使挡网在气流作用下振荡从而抖落积攒在挡网上的颗粒，以使颗粒不会与管壁直接接触，从而延长弯管的使用寿命；
本发明的有益效果：
（1）本发明的抗磨损弯管，可以有针对性地增强在粉料气力输送条件下弯管的抗磨效果，延长其使用寿命；
（2）借助锥形部形成气流，不需要借助额外气源，也降低了能耗和使用成本。
附图说明
图1为本发明的抗磨损弯管的结构示意图。
图中：10为弯管主体，11为入口段，111为第一导流螺纹，12为锥形部，121为第二导流螺纹，13为出口段，14为挡网，a表示弯管的入口端，b表示弯管的出口端。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
下面对本发明的抗磨损弯管给出详细说明。图1所示为根据本发明的抗磨损弯管的结构示意图，其中包括：弯管主体10，弯管主体10包括两段垂直的管道，水平段为入口段11，垂直段为出口段13，在弯管主体10的拐弯处设有锥形部12；锥形部12与弯管主体10连通处设有挡网14；
弯管主体的入口段11的管内壁上设有与来流方向相一致的第一导流螺纹111，弯管主体的弯曲部分上设有锥形部12，锥形部的管内壁上设有与来流方向相反的第二导流螺纹121；挡网位于锥形部12与弯管的弯曲部分的交界处，其中，字母a表示弯管的入口端，字母b表示弯管的出口端，13表示弯管主体的出口段，其中，所述挡网包含柔性材料，挡网上设有小于颗粒或粉料粒径的微孔以允许气体通过但不允许颗粒或粉料通过。
优选地，在弯管的入口段部分的管内壁上的导流螺纹的螺距可以是管内径的1/50~1/20，从而更好地在边壁形成螺旋流。
优选地，在弯管的入口段部分的管内壁上的导流螺纹的长度可以是管内径的0.8~2.0倍，以便有足够长度来促进边壁旋流的形成。
优选地，在所述锥形部的管内壁上的导流螺纹的螺距按从锥形部尖端到弯管内部的方向可以是逐渐增大的，便于在锥形部内形成与来流方向相反的螺旋流。
优选地，在所述锥形部的管内壁上的导流螺纹的螺距可以处于管内径的1/50~1/20的范围内。
优选地，在在所述锥形部的管内壁上的导流螺纹的长度可以是管内径的0.8~2.0倍，以便有足够程度来促进边壁旋流的形成。
优选地，所述挡网的网孔孔径可以是50微米以下。因为对于气固两相流来说，50微米以下的颗粒跟气流跟随性好，易于被气流加速，多能随气流一起运动，因而当有小于50微米的粉体穿过网孔时也能轻松地随气流一起运动，不影响边壁旋流的形成；而且，在煤气化实践中，多数情况下物料粒径大于100微米，因而50微米及以下的网孔足以挡住大部分的物料颗粒。
优选地，所述挡网所包含的柔性材料可以是弹性材料，诸如弹性体材料、苯乙烯系热塑性弹性体（SBS）、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）、三元乙丙橡胶（EPDM）、聚烯烃弹性体（POE）、热塑性弹性体（TPE）、热塑性硫化橡胶（TPV）、热塑性聚烯烃弹性体（TPO）、热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）、热塑性聚酯弹性体（TPEE）、聚苯醚（PPE）。
优选地，所述挡网可以通过螺母与锥形部连接，锥形部通过螺母与弯管主体连接。这样，挡网和锥形部都成了可拆卸、可更换的部件；也可以锥形部和弯管主体均一体形成，而挡网通过螺母、黏贴或其他紧固方式嵌入锥形部和弯管主体的交界处。
根据本发明的抗磨损弯管，可以有针对性地增强在粉料气力输送条件下弯管的抗磨效果，延长其使用寿命。通过在弯管入口段上设置与来流方向一致的导流螺纹，可以在管壁上形成螺旋流，而螺旋流的形成有助于防止颗粒沉积于管壁上，从而遏制颗粒在管壁上沉积的趋势并进而减少颗粒对管壁的摩擦并减少颗粒在弯管处的沉积；通过在弯管的弯曲部分设置挡网和锥形部，可以极大地缓解颗粒在弯曲部分的沉积，气体透过挡网并经过导流螺纹的作用在锥形部内形成与来流方向相反的螺旋气流，可以有效地推动挡网，并使挡网在气流作用下振荡从而抖落积攒在挡网上的颗粒，从而使颗粒不会与管壁直接接触，从而延长弯管的使用寿命；而且，借助锥形部形成气流，不需要借助额外气源，也降低了能耗和使用成本。
为了进一步验证本发明中的抗磨损弯管的技术效果，决定在专门为验证抗磨效果的气力输送平台上予以验证，即中国科学院山西煤炭化学研究所设计的“灰熔聚气流床干煤粉模拟气力输送平台”。在该气力输送平台上，固体给料速率通过星型给料器来调节，而表观气速通过阀门根据转子流量计来进行调节，颗粒参用均径为340微米的石英砂，通过将弯管安装在管路系统的同一个位置中经受磨损来考察弯管的抗磨损效果。
实验1：入口段上的导流螺纹和锥形部上的导流螺纹的螺距均为管内径的1/40，入口段上的导流螺纹和锥形部上的导流螺纹的长度均为管内径的2倍，挡网采用聚苯醚（PPE）材料。
在表观气速：15.93m/s，固体给料速率：45.26ml/s的条件下，根据本发明的抗磨损弯管磨穿所用时间为21.4h；
经对比，传统无防护弯管磨穿所用时间为4.3h，显然，本发明显著提高了防磨效果，延长了弯管的使用寿命。
在表观气速：16.82m/s，固体给料速率：45.26ml/s的条件下，根据本发明的抗磨损弯管磨穿所用时间为20.5h；
经对比，传统无防护弯管磨穿所用时间为3.9h，显然，本发明显著提高了防磨效果，延长了弯管的使用寿命。
在表观气速：17.70m/s，固体给料速率：45.26ml/s的条件下，根据本发明的抗磨损弯管磨穿所用时间为19.3h；
经对比，传统无防护弯管磨穿所用时间为3.3h，显然，本发明显著提高了防磨效果，延长了弯管的使用寿命。
由实验1可以看出，在同样的工况下，根据本发明的抗磨损弯管的磨穿所用时间得到显著的延长。
实验2：入口段上的导流螺纹和锥形部上的导流螺纹的螺距均为管内径的1/50，入口段上的导流螺纹和锥形部上的导流螺纹的长度均为管内径的1倍，挡网采用热塑性弹性体（TPE）材料。
在表观气速：15.93m/s，固体给料速率：45.26ml/s的条件下，根据本发明的抗磨损弯管磨穿所用时间为23.4h；
经对比，传统无防护弯管磨穿所用时间为4.3h，显然，本发明显著提高了防磨效果，延长了弯管的使用寿命。
在表观气速：16.82m/s，固体给料速率：45.26ml/s的条件下，根据本发明的抗磨损弯管磨穿所用时间为22.5h；
经对比，传统无防护弯管磨穿所用时间为3.9h，显然，本发明显著提高了防磨效果，延长了弯管的使用寿命。
在表观气速：17.70m/s，固体给料速率：45.26ml/s的条件下，根据本发明的抗磨损弯管磨穿所用时间为20.3h；
经对比，传统无防护弯管磨穿所用时间为3.3h，显然，本发明显著提高了防磨效果，延长了弯管的使用寿命。
由实验2可以看出，在同样的工况下，根据本发明的抗磨损弯管的磨穿所用时间得到显著的延长。
实验3：入口段上的导流螺纹和锥形部上的导流螺纹的螺距均为管内径的1/20，入口段上的导流螺纹和锥形部上的导流螺纹的长度均为管内径的0.8倍，挡网采用热塑性硫化橡胶（TPV）材料。
在表观气速：15.93m/s，固体给料速率：45.26ml/s的条件下，根据本发明的抗磨损弯管磨穿所用时间为20.4h；
经对比，传统无防护弯管磨穿所用时间为4.3h，显然，本发明显著提高了防磨效果，延长了弯管的使用寿命。
在表观气速：16.82m/s，固体给料速率：45.26ml/s的条件下，根据本发明的抗磨损弯管磨穿所用时间为19.5h；
经对比，传统无防护弯管磨穿所用时间为3.9h，显然，本发明显著提高了防磨效果，延长了弯管的使用寿命。
在表观气速：17.70m/s，固体给料速率：45.26ml/s的条件下，根据本发明的抗磨损弯管磨穿所用时间为17.3h；
经对比，传统无防护弯管磨穿所用时间为3.3h，显然，本发明显著提高了防磨效果，延长了弯管的使用寿命。
由实验3可以看出，在同样的工况下，根据本发明的抗磨损弯管的磨穿所用时间得到显著的延长。
由于可以对本发明作出各种修改并且本发明可以具有各种实施例，在附图中示出特定实施例并加以描述。但是，这并不表示将本发明限制在所述特定实施例，在本发明精神和范围内包含的所有修改、等同和替代应被看作是属于本发明。

Claims (7)

1.一种用于气力输送的抗磨损弯管，包括弯管主体，其特征在于：弯管主体包括两段垂直的管道，水平段为入口段，垂直段为出口段，在弯管主体的拐弯处设有锥形部；锥形部与弯管主体连通处设有挡网；挡网由柔性材料制成，挡网包含的柔性材料为弹性材料；
弯管的入口段的管内壁上设有与来流方向相一致的导流螺纹，所述锥形部的管内壁上设有与来流方向相反的导流螺纹，所述锥形部的管内壁上的导流螺纹的螺距为管内径的1/50~1/20；所述锥形部的管内壁上的导流螺纹的螺距按从锥形部尖端到弯管内部的方向是逐渐增大的；
所述挡网上设有小于输送颗粒或粉料粒径的微孔以允许气体通过但不允许颗粒或粉料通过。
2.根据权利要求1所述的用于气力输送的抗磨损弯管，其特征在于：在弯管的入口段的管内壁上的导流螺纹的螺距为管内径的1/50~1/20。
3.根据权利要求1所述的用于气力输送的抗磨损弯管，其特征在于：在弯管的入口段的管内壁上的导流螺纹的长度为管内径的0.8~2.0倍。
4.根据权利要求1所述的用于气力输送的抗磨损弯管，其特征在于：所述锥形部的管内壁上的导流螺纹的螺距为管内径的0.8~2.0倍。
5.根据权利要求1所述的用于气力输送的抗磨损弯管，其特征在于：所述挡网的网孔孔径小于50微米。
6.根据权利要求1所述的用于气力输送的抗磨损弯管，其特征在于：所述挡网通过螺母与锥形部连接，锥形部通过螺母与弯管主体连接。
7.根据权利要求1所述的用于气力输送的抗磨损弯管，其特征在于：所述弹性材料包括苯乙烯系热塑性弹性体、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶、聚烯烃弹性体、热塑性弹性体、热塑性硫化橡胶、热塑性聚烯烃弹性体、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、热塑性聚酯弹性体、聚苯醚中的任一种。
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