Системы пневмотранспорта

Общеизвестны преимущества пневматических камерных насосов перед другими видами транспортного оборудования для перемещения сыпучих материалов. Пневмокамерные насосы обеспечивают возможность перемещения сыпучих материалов по сложной траектории и на значительные высоты; забор материала из различных средств доставки и труднодоступных мест; выдачу его в различных точках, надежную защиту от атмосферных воздействий и необходимые санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала. Обеспечивается защита окружающей среды от распыления транспортируемого материала. Пневмокамерные насосы требуют относительно малых площадей для оборудования и трубопроводов, которые могут быть проложены с учетом любых местных условий производства, в том числе и в труднодоступных местах. Это оборудование отличается простотой эксплуатации, легкостью управления, возможностью автоматизации процессов транспортирования и использования дистанционного управления.

Обычно, в зависимости от длины (на линиях длиной 500м и более) и геометрии трассы, удельные затраты сжатого воздуха могут быть до 200  м³/т и более. На крупных предприятиях, где объемы перемещаемых материалов достигают сотни тысяч и даже миллионы тонн за год, затраты на процесс пневмотранспортировки сыпучих материалов могут достигать несколько десятков миллионов рублей.

Обычный пневмотранспорт характеризуется относительно невысокой расходной концентрацией 5-20 кг/ м³ и высокой скоростью воздушного потока, которая в начале трассы составляет от 15 до 30м/с, а в конце трассы от 60 до 90 м/с. Как известно сопротивление тракта пропорционально квадрату скорости - ∆P~k∙W². Потребляемая мощность пропорциональна скорости в кубе - N~k∙W³. Снижение расхода и соответственно скорости воздуха не позволяет улучшить параметры пневмотранспорта, так как даже, не смотря на высокую скорость в конце трассы, скорость в начале тракта может быть ниже критической, что приводит к забиванию тракта. Все это снижает надежность обычного пневмотранспорта, приводит к большому перерасходу сжатого воздуха и соответственно электроэнергии для работы компрессоров, а высокие скорости движения потока приводят к интенсивному износу труб и кроме того способствуют сильному измельчению некоторых материалов, например глинозема, в процессе перекачки.

Одним из вариантов решения данной проблемы является внедрение низконапорного пневмотранспорта, который характеризуется более высокой концентрацией материала, свыше 50кг/м³ и меньшей скоростью транспортирования – не более 2-10 м/с в начале тракта и 20-25 м/с в конце длинного тракта, то есть скорость воздушного потока становится меньше критической. Однако просто снизить расход воздуха и соответственно скорость потока нельзя, поскольку при снижении скорости ниже критической происходит закупорка трубы. Поэтому необходима специальная конструкция, позволяющая транспортировать материал при скоростях потока ниже критической. Принцип организации низконапорного пневмотранспорта – установка на критичных участках транспортного трубопровода внутри транспортной трубы специальной аэрационной трубы меньшего диаметра. Аэрационная труба имеет отверстия небольшого диаметра, расположенные с определенным шагом. Одновременно при этом изменяется разводка внешнего коллектора подвода сжатого воздуха в пневмокамерный насос с присоединением к нему отвода для аэрационной трубы и подключением запорной арматуры аэрационной трубы к шкафу автоматики ПКН. Благодаря этому становится возможным транспортировать материал при скорости ниже критической, что позволяет снизить расход сжатого воздуха в 2-3 раза по сравнению с обычным пневмотранспортом. При этом удельный расход сжатого воздуха уменьшается до 25-45  м³/тн перемещаемого продукта.

Существует конструкция пневмокамерного насоса нового поколения – «плотный поток», позволяющего снизить расход сжатого воздуха на порядок по сравнению с обычными системами пневмотранспорта – до 3-8 м³/тн перемещаемого продукта. Этот результат достигается за счет увеличения плотности транспортируемой материально-воздушной пульпы до 700-900 кг/м³ и снижения скорости транспортировки до 4-8 м/с. Основное принципиальное отличие пневмокамерного насоса нового поколения от существующих аналогов – транспортировка сыпучего материала осуществляется не за счет скорости воздушного потока, а за счет энергии расширения сжатого воздуха. Здесь можно привести очень образную аналогию – пуля летит не за счет скорости газового потока в стволе, который дует на пулю, а за счет энергии расширения этого газа. То есть если дут на пулю газовым потоком, то ее очень сложно разогнать до нужной скорости и к тому же потребуется очень много газа. В то же время, если эффективно использовать энергию расширения порохового газа, то пуля легко получает энергию движения с минимальными потерями.

Переход на транспортировку сыпучих материалов в системе «плотный поток» открывает новые возможности, ранее очень сложно реализуемые. Уменьшив скорость потока материально-воздушной пульпы и увеличив ее концентрацию получаем следующее:

1. Снижение расхода сжатого воздуха до 3-8  м³/тн перемещаемого продукта.
2. Расход электроэнергии будет находиться в пределах 0,4-0,6 кВт/тн материала.
3. Увеличится производительность перекачки материала.
4. Сведется к минимуму и станет практически незначительным воздействие абразивных свойств материально-воздушной пульпы на стенки трубопровода, в особенности на поворотах и перегибах.
5. Сведется к минимуму нагрузку на систему аспирации за счет практически полного исключения пыления во время транспортировки материала, что обеспечит высокую экологическую безопасность производства.
6. Сведутся к минимуму затраты на обслуживание и ремонт насоса.

Реализация в насосах принципов системы «плотный поток» осуществляется за счет применения оригинальной системы внутренней аэрации и разгрузки насоса, оригинального шкафа пневмоуправления и изменения алгоритмов работы пневмокамерного насоса.

Проведенные испытания смонтированной системы показали следующие результаты на длинной ветке трубопровода:

1. Объем перекачиваемого цемента – 4,8-5 тн/цикл.
2. Время загрузки насоса: с одного силоса 1,5-4 мин, с двух силосов 1-3 мин, в зависимости от марки цемента и степени заполнения силоса.
3. Время разгрузки 1-1,5 мин.
4. Удельный расход воздуха 4,1-5,6  м³/тн.

Достаточно длительное время загрузки связано с особенностями нижнего способа загрузки. При нижней загрузке используется специальная схема аэрации выпускного конуса силоса, загрузочного аэратора и самого насоса, что позволяет затекать материалу в сосуд подобно воде в сообщающихся сосудах. Чем выше столб материала в силосе, тем активнее происходит загрузка (затекание) материала. Наличие двух или более точек загрузки в насосе также увеличивает скорость его заполнения.

Таким образом, с одной стороны технология нижней загрузки продемонстрировала свою жизнеспособность и возможность применения в случаях, когда по каким-либо причинам невозможно использовать верхнюю загрузку, но с другой стороны показала, что в случае возможности использования, верхняя загрузка предпочтительнее, поскольку позволяет уменьшить общее время цикла перекачки.