白炭黑输送系统针对弯管磨损的改进

王绍华(北京橡胶研究设计院，北京 100143)

白炭黑输送系统针对弯管磨损的改进

王绍华
(北京橡胶研究设计院，北京 100143)

目前橡胶行业中，针对白炭黑等物料的输送，普遍使用单管稀相输送的方式，气料比低，气流速度快，输送时物料颗粒与管道内壁碰撞摩擦剧烈，部分系统设备长时间使用后出现弯管磨穿漏料的问题。本文中分析了弯管磨损的原因，提出了改进方案，经生产验证，效果良好，为白炭黑输送系统完善提供了有益的参考。

白炭黑；输送系统；弯管磨损；改进

针对双管密相气力输送系统在输送白炭黑等原材料时输送速度慢、管道堵塞概率高等问题，我院设计开发了白炭黑单管气力输送系统（以下简称白炭黑输送系统）。本系统具有设备结构简单成熟，系统运行稳定可靠，日常维护量小，生产效率稳定等特点，但部分输送系统投产约3~5年后，输送管道中的90°弯管出现管壁磨损，甚至磨穿漏料的情况，故需分析弯管磨损的原因，并对弯管进行针对性的改进，延长设备的使用寿命，保证正常生产。

1 白炭黑输送系统简介

白炭黑输送系统(如图1)，由解包站、十字加料器、罗茨风机、输送管道、分配器、日储斗袋滤器、日储斗、电气控制等组成。白炭黑输送系统使用单管稀相输送原理，罗茨风机作为动力源，十字加料器加料，通过变频器调节十字加料器转速，以控制输送速度，选用108 mm×3 mm（外径×壁厚）的304不锈钢管作为输送管道。

2 白炭黑输送系统中弯管的磨损原因分析

白炭黑输送系统从原理上讲属于单管稀相输送，气料比低、气流速度快。

图1 白炭黑输送系统组成示意

一般认为与弯管的磨损量相关的主要因素有：弯管曲率半径、物料撞击的角度、输送的气料比，物料本身的特性（如粒度、性状、密度、硬度、破碎性、黏性等），以及弯头的材质、结构形式等有关。由于输送物料固定为白炭黑，其特性已经固定，气料比也已固定，故本文中只讨论弯管的曲率半径以及物料的撞击角度与磨损量的关系。

2.1 弯管曲率半径与磨损量的关系

在设计单管气力输送系统时，普遍认为弯管的曲率半径越大，物料的输送状态越接近直管输送，阻力越小。故输送管道走向设计时，设计人员均选择尽可能的放大90°弯管的曲率半径，以减少气流能量损失和弯管处的物料积聚，降低管道堵塞概率。我院设计的单管白炭黑输送中，依据厂方生产输送量要求、罗茨风机风量等相关因素计算出输送管道内径D=100 mm，目前选用的90°弯管曲率半径R=10D，即R=1 000 mm。

带料气流在通过弯管时，气流速度快，由于白炭黑颗粒的密度远大于气体的密度，白炭黑颗粒产生的离心力比气体介质产生的离心力大的多。在离心力的作用下，白炭黑颗粒在弯管处与气体介质分离，并以射流的形式高速打击弯管的表面（如图2）。大量的物料颗粒与管壁表面接触撞击，将弯管内壁上切削出一条条细小的沟痕，甚至直接切除一部分金属，形成磨损槽。

图2 物料通过弯管示意

随着大量的带料气流持续通过，管壁表面将不断产生出新的沟痕，沟痕继续被冲刷磨损后，最终将导致管壁磨穿，现场实际勘察磨穿管道，发现其磨损位置位于物料与弯管内壁的第一个碰撞点，即图2中所示。

研究表明，减小弯管的曲率半径，可减缓弯管处的气流速度，延缓物料粒子通过弯管的速度，从而增加弯管处的物料浓度，此部分聚集的粒子在一定程度上可形成保护层，抵御后续物料粒子的冲击，从而保护弯管内壁。但同时，由于物料粒子在此处聚集，相互碰撞，损失的能量较多，也增加了管道堵塞的概率。

2.2 物料冲击角度与磨损量的关系

研究发现：物料冲击管壁的冲击角，与磨损量的关系如图3所示。

图3 物料的冲击角度和磨损量

从图3中可以看出，随着角度的增大，磨损量逐步加大，撞击角在30°左右时达到最大，后逐步减小。故在弯管设计时，避免冲击磨损量最大的角度，可一定程度上减少弯管磨损。

3 针对白炭黑输送减少弯管磨损的措施

依据以上分析，针对弯管的磨损，提出了以下整改方案：

方案一：在管道内壁喷涂复合耐磨材料；

方案二：在弯管磨穿处，附加更易替换的衬板，便于更换；

方案三：减小弯管的曲率半径，降低气流通过弯管的速度；

方案四：借鉴双管密相气力输送的管道结构，在弯管处增加橡胶内衬。

方案一考虑在管道内壁喷涂耐磨材料，但由于弯管的长度较长，故在其内壁喷涂耐磨材料时的施工难度较大，且很难保证喷涂完整均匀，另耐磨材料为位于内壁，其磨损消耗量很难判定，一旦耐磨材料消耗完未及时重新喷涂，则会造成弯管磨损。方案二考虑在磨穿后增加可拆卸的衬板，结构较为简单，但是由于新增的衬板与原管道内壁不能完全贴合，会造成弯管内壁不平整，输送时物料可能在此处聚集，增加管道堵塞概率，同时从图2中可以看出，粒子的碰撞点较多，故需在多处增加衬板，且面积较大。方案三通过减小弯管的曲率半径，使得物料粒子在此处集聚从而形成保护层的方式降低磨损，但输送中气流在弯管时速度损失较多，增加了管道堵塞的概率，而一旦管道堵塞，疏通则需要较长的时间，甚至短时间无法修复，则可能影响正常的生产。方案四借鉴双管密相输送的管道结构，在弯管处增加橡胶内衬，在不改变弯管内径D及曲率半径R的前提下，增加橡胶内衬（如图4），内衬外壁与不锈钢管道内壁约有3 mm的间隙，

图4 增加内衬后弯管结构示意图

同时在不锈钢管道上增加通气孔，使得输送气流通过时，内衬可自由涨缩。内衬将物料流和不锈钢管道内壁完全隔离，物料流通过弯管时，粒子不再直接撞击不锈钢管道内壁，改为撞击内衬，橡胶材质的内衬表面光滑且有弹性，可缓冲白炭黑粒子的撞击，减少磨损，同时亦可大幅度的减少粒子通过弯管时能量损失，提高输送效率

经综合考量，最终选用了方案四：在弯管增加橡胶内衬的方案，此方案有可完全杜绝磨损、成本低，施工难度小，使用寿命长等优点。现场改造完成后，经实际生产检验，效果良好，达到了预期。

此次弯管磨损问题的解决，为白炭黑输送系统的设计提供了宝贵的经验，为系统设备进一步提高输送效率，降低维护保养成本等提供了有益的参考。

[1] 马正先.气力输送系统弯头的结构形式及合理选用[J].起重机械，1996.

[2] 程克勤.气力输送装置[M]北京：机械工业出版社，1993.

Bend wear improvement with white carbon black conveying system

Bend wear improvement withWhite carbon black conveying system

Wang Shaohua
(Beijing Rubber Research and Design Institute, Beijing 100143)

single tube dilute phase conveying was wide spread used at present for rubber industry material transport, and low ratio of gas to material high air speed, friction severe particles collide with the wall of pipeline when transmission materials , part of the system equipment bend and leakage after long time use . This article analyzes the reason of bend and wear, put forward the improving measures, the result is good through production verification, and provides the beneficial reference for white carbon black pneumatic conveying system.

white carbon black; conveying system; bend wear; improve

TQ330.381

：1009-797X(2016)15-0054-03

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.15.012

(R-03)

王绍华(1984-),男，本科，工程师，主要从事上辅机小粉料系统的设计工作。

通讯邮箱：wsh27@126.com

2016-07-08