陶瓷熔块类釉浆长距离管道输送研究

任战士，黄知龙，梁国颂，曾健，肖恒

(佛山市三水新明珠建陶工业有限公司，佛山 528100)

1 前言

目前，陶瓷行业的熔块釉浆从制釉车间到釉线车间生产线是采用桶装，人力或电动车拉釉的方式，釉线车间到制釉车间有一段比较长的距离，且釉浆需求量也很大。满桶釉浆含釉车重约700kg，采用人力方式或电动车方式拉釉，每日往返拉釉次数很多，安全隐患较大，易引起安全事故。

由于熔块釉浆特性易沉淀，易固化，因此釉浆存储时要不停搅拌，防止沉淀保持其性能。采用桶装方式运输，釉浆在运输过程无搅拌，釉浆在桶内易沉淀，在实际作业中约3～4 天要清洗一次釉桶。一个釉桶每次清洗掉沉淀釉浆约80～100kg，浪费数量巨大。同时釉桶内沉淀釉浆较难清洗，此过程耗费大量的水资源。为了解决上述技术问题，专门设计一种长距离陶瓷釉浆输送系统。

2 釉浆长距离输送流程设计

长距离陶瓷釉浆输送系统可分为制釉车间釉缸、第一输送系统、中转釉缸、第二输送系统、线边釉盅五大部分。长距离陶瓷釉浆输送系统工艺流程图如下图1 所示。

图1 陶瓷釉浆输送系统工艺流程图

制釉车间釉浆通过第一输送系统输送到中转釉缸。第一输送系统由若干气动隔膜泵通过管道串联组成，其工作方式是间歇式，控制间隔停顿时间远远小于沉淀发生时间，使用管道输送釉浆满足产能需求，又避免管道内釉浆因静止时间长导致堵塞管道。

中转釉缸釉浆通过第二输送系统输送到若干个线边釉盅。第二输送系统输送主管道由中转釉缸到各线边釉盅，最终回流到中转釉缸、第二输送系统、线边釉盅，形成一个闭环回路，使釉浆在回路中不间歇流动。

3 输送方案分析与设计

3.1 熔块釉浆性能测试

实验取生产用的熔块釉浆测试其常规物理性能，并用透明胶管（DN25，长500mm）对釉浆的垂直沉降特征进行测试，测试结果见表1。

由测试结果可知：

a)釉浆比重在1800～2000kg/m3之间，比重远大于水的比重，易沉淀分离，特别是锆白熔块面釉极易沉淀结块。

b)釉浆的动力粘度在210～300mPa.S 之间。

c)釉浆在管内静置小于1h，釉浆会有微量沉淀，静置时间越长，沉淀结块越严重。

3.2 釉浆在管道内的流动分析

根据熔块釉浆测试结果，釉浆易沉淀固化的特性，为避免堵塞管道，须尽量减小釉浆在管道内的静止停顿时间，使其在管道内不停流动。为了避免管壁结垢，采用高分子塑胶管或铝塑复合材质管道。

流体在管道内流动时，由于流体的黏性和惯性，会造成能量损失，有一定的压降产生，因此根据釉浆特性，计算釉浆在输送管道内沿程损失，从而对其进行输送管道设计以及输送泵选型。

表1 熔块釉浆沉降实验结果

当管内釉浆不停输送时，管内釉浆体积流量W（单位:m3/h）：

式中，M为管内釉浆质量流量（单位kg/h），ρ 为釉浆比重。

管内釉浆流速ν（单位:m/s）：

式中，S 为管道截面积。

根据管内流体流动特性，流体流动时的惯性力和粘性力（内摩擦力）之比为雷诺数Re：

式中，D 为管道内径，μ 为釉浆粘度。

在工程上，若雷诺数Re＜2000，认为管道内釉浆是层流，摩擦系数只与雷诺数有关，因此根据层流的泊肃叶流定律，釉浆的摩擦系数：

若雷诺数Re 在2000～4000 之间的区域成为“临界区”，摩擦系数是不确定的。

若雷诺数Re＞4000，认为管道内釉浆是紊流，摩擦系数与雷诺数以及相对粗糙度（管壁的绝对粗糙度与管道直径之比）有关。

用达西方程计算输送管道入口到出口釉浆的压降，单位为米液柱：

式中，L 为釉浆在输送管道内的沿程。釉浆输送的总扬程损失H，单位为m：

式中，ρ 为釉浆比重，h其他为管道出入口高度差、阀门、弯头等产生的压降。

3.3 釉浆输送系统设计

（1）釉浆输送管道相关计算。

根据现场第一输送系统：制釉车间釉缸到中转釉缸管道长约为500m，出口高于进口约为4m，采用φ50×4.6 mm PPR 管，管内径为40.8mm；

第二输送系统：中转釉缸到各线边釉盅及回流管道长约120m，出口高于进口约为4m，采用φ63×4.6 mm PPR 管，管内径为53.8mm。

根据表1 数据，选定釉浆E 作为设计标准，其比重为1950kg/m3，粘度为280mPa.S，总需求量约80 吨/天。当釉浆E 在管内不停输送时，代入公式釉浆在管道内的流动分析：

通过计算可得，第一输送系统釉浆E 在管道内雷诺数Re1=116，第二输送系统釉浆E 在管道内雷诺数Re2=78，雷诺数Re1、Re2均小于2000，则认为釉浆E 在管道内是层流，摩擦系数只与雷诺数有关。

因此代入公式，通过计算可得第一输送系统釉浆E在管道内产生的压降=50.13 米液柱，弯头、阀门产生的压降概算为压降的10%，出入口压降=4 米液柱，因此总扬程损失H1=115.33m。同理可得，第二输送系统釉浆E在管道内的总扬程损失H2=20.52m。

（2）泵的选型。

釉浆管道输送采用气动隔膜泵，气动隔膜泵结构简单、易损件少，泵输送的介质不会接触到气阀，联杆等运动部件，不像其他类型的泵因转子、活塞、齿轮、叶片等部件的磨损而使性能逐步下降；隔膜泵可将物料与外界完全隔开，在输送过程中不会对釉浆产生污染；流量可通过气阀开度实现无级调节，且扬程可达70 米。

陶瓷厂空压机气压基本控制在0.4～0.5MPa，对应气动隔膜泵扬程为40～50m，采用一个隔膜泵无法满足第一输送系统内的总扬程损失H1=，需在输送管道上采用3 个气动隔膜泵分段接力的方式，解决单个气动隔膜泵扬程扬程不足的问题。而在第二输送系统的总扬程损失H2=20.52m，采用单个气动隔膜泵就能满足要求。

（3）方案实施

根据上述的釉浆输送管道研究及泵的选型，结合制釉车间、釉线车间的现场实际情况，釉浆输送系统如下图2 所示。

图2 输送系统示意图

其中，图2 中各图标记所指代的技术特征如下：

（1）制釉车间釉缸；（2）气动隔膜泵一；（3）空压机（4）储气罐；（5）气动隔膜泵二；（6）气动隔膜泵三；（7）气动隔膜泵四；（8）中转釉缸；（9）超声波探测器；（10）线边釉盅；（11）搅拌装置；（12）U 型回流管道

陶瓷车间生产使用的釉浆如表1 所示，从釉浆粘度特性知，釉浆属于高粘度液固混合物料，计算其雷诺数小于2000，依据临界雷诺数判定管道内流体属于层流特征。层流流体易发生沉淀粘壁堵管的现象，管路设计重点要避免沉淀粘壁的现象。

制釉车间釉缸和釉线车间中转釉缸都设有搅拌机对釉浆进行搅拌，因为釉浆（尤其是面釉）在无搅拌时易沉淀。采用气动隔膜泵进行管道泵送，管道使用PPR 管，空压机提供压缩空气作为动力，气压为0.4～0.5MPa。在气动隔膜泵旁边都有储气罐，稳定气源的压力。

制釉车间釉缸输出口安装气动隔膜泵一，气动隔膜泵到釉线车间中转釉缸的管道中间安装接力气动隔膜泵二、三，工作方式为间歇式，由PLC 控制间歇泵送或连续泵送，间歇泵送时间可调，初始设定隔膜泵工作20min、停止10min 为一个周期。釉线车间中转釉缸输出口安装气动隔膜泵四，泵的输出管道一直到线边釉蛊，最后回流到釉线车间中转釉缸。

另外，在釉线车间中转釉缸上安装超声波测距传感器，实时监测釉缸容量变化，当中转釉缸内釉浆不足时，传感器反馈低位信号，自动启动气动隔膜泵一、二、三开始工作；当釉浆在釉线车间中转釉缸到达上限位置时，传感器反馈高位信号，自动停止上述气动隔膜泵工作。

4 结论

新设计的长距离陶瓷釉浆输送系统，根据釉浆特性及釉浆产能需求，设计合适的管道内径，选用高效气动隔膜泵，在中转釉缸采用超声波液位控制，并由PLC 自动控制间隔泵送或连续泵送，避免釉浆在管道内长时间停顿，有效解决了熔块类釉浆易沉淀、难以用管道长距离输送的问题；同时管道材料采用高分子塑胶管材，摩擦系数小，不易结垢，隔膜泵隔膜采用铁氟龙高分子材料，全程釉浆在管道内与外界完全隔离，避免了釉浆在输送过程中的污染。长距离陶瓷釉浆输送系统的研发使用大幅度减少了工人劳动强度，节省了人力成本，减少了釉浆损耗，减少了机物件损耗，该系统应用效果显著。