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      泥漿輸移流量突變電磁流量計的研制及應用

      來源:作者:發表時間:2019-11-01 14:31:55

      摘 要: 泥漿輸移流量突變電磁流量計的研制及應用旨在研究一種在技術、經濟方面適合泵淤固堤施工的合理機具和施工工藝技術,以解決在泵淤施工中的機械檢修停工、壓力崩管、空吸、回流等造成的施工不便和損失。通過對流量閥控制閥安裝和壓力泵突然啟動管道水擊問題分析,決定在管道上安裝: ① 輸沙管道流量調節裝置; ② 輸沙管道防水擊裝置。經試驗,在泵淤施工中加以應用,通過調節閘閥開度,保證了泥漿池的入、出平衡,提高了生產效率,減少了管道崩裂現象。
      1 概述
      泥漿輸送施工是在取土區采用高壓水槍將土打成泥漿,利用泥漿泵把泥漿輸送到開放式集漿池,再利用加壓泵通過排沙管道輸送到指定地點。全部正常運作時,泥漿池入流量和出流量相同,可以保持泥漿進出平衡。然而在施工過程中卻存在如下問題:
      1) 當 1 ~2 臺泥漿泵設備損壞需要檢修,這時泥漿池入流量少,出流量多,平衡被破壞,會造成施工被迫停工。復工則需要清理管中的淤沙,導致作業效率降低,施工工期延長。
      2) 施工開始時,管道內充滿液體,驟然啟動加壓泵將導致管內流速突然加快,使內水壓力急劇升高,發生嚴重的水擊,導致壓力管道薄弱處崩裂,影響施工的正常進行。
      針對以上出現的問題,急需研究一種在技術、經濟方面適合泵淤固堤施工的合理機具和施工工藝技術,以解決在泵淤施工中的機械檢修停工、壓力崩管、空吸、回流等造成的施工不便和損失。
      2 泥漿輸移流量突變電磁流量計選擇
      2. 1 吸漿管控制閥
      生產實踐中吸漿管直徑為 300 mm,所以選擇直徑為 300 mm 的手動控制閘閥。因為液體為帶有懸浮顆粒介質的液體(含沙量為 40% ~60%),所以考慮選用刀型平板閘閥。因刀型閘閥具有結構簡單緊湊、設計合理、輕型節材、密封可靠、操作輕便靈活、體積小、通道流暢、流阻小、重量輕、易安裝、易拆卸等優點,且刀型閘閥其閘板具有剪切功能,可刮除密封面上的粘著物,自動清除雜物,不銹鋼閘板可防止腐蝕引起的密封泄漏,結合泥漿特性(懸浮沙量為 40% ~ 60%的流體)及吸漿管管徑(常用管徑為 300 mm),選擇直徑為 300 mm 的手動控制刀型平板閘閥 [1] 。閘閥工作壓力為 1. 0 ~ 2. 5 MPa; 使用溫度為-29℃ ~550℃情況下正常工作。
      2. 2 回漿管控制閥
      開始回漿管閘閥全開,不承擔管道壓力,后又慢慢關閉,其承擔動壓基本等于加壓泵正常運行時的管道液體壓力,而閘閥不同開度時,管徑越小,水頭損失系數增大; 閘閥直徑大小不同時,隨著閘閥開度增大,其局部水頭損失越小,逐漸趨近一個定值,經計算分析,直徑為 150 mm 的閘閥的局部水頭損失系數**小(見表 1 所示) [2] 。所以選擇使用直徑為 150 mm的手動控制刀型平板閘閥(如圖 1 所示)。
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      2. 3 泥漿輸移設備
      1) 排沙管道: 直徑為 300 mm 的鋼管,每根長為6 m,總長根據施工需要選擇。
      2) 加壓泵1 臺: 型號300BS; 流量為1 000 m 3 /h。配套電機功率為 110 kW、轉速為 990 r/s、頻率為50 Hz、電壓為 380 V、電流為 205 A。
      3) 泥漿泵 4 臺: 型號 4PL; 流量為 250 m 3 /h。流量控制系統布置見圖 2 所示。
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      3 應急保護可行性分析及泥漿輸送系統改造
      3. 1 控制閥調節流量分析
      通過泥漿輸送試驗,得出閘閥開度與管道各點處流速關系(見表 2 及圖 3 所示[1] )。從表 2、圖 3 可知,閥門開度越小,相應管道各處的流速也越小; 且閘閥開度一定的情況下,輸漿管道越長,管內的恒定流速越小。
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      綜上分析可見,在吸漿管上安裝閥門能起到調節流量的作用。
      3. 2 控制閥安裝位置分析
      加壓泵的調節方法有閥門調節、改變轉速調節、改變葉片安放角調節等。因為工程中加壓泵的配套電機功率為 110 kW,是定值,不可能任意調節轉速,也不可能隨意改變葉片安放角,所以只能用閥門調節流量。
      調節閥門安放在吸漿管道上。與常規安放在出漿管上相比優點是: 可以避免因閥門關閉內壓過大,引起管道崩裂。缺點是: 在吸漿管上安裝閥門,閥門關閉一定程度會引起揚程降低,如果壓力泵安置較高,會使得泥漿不能上吸達到加壓泵入口高程 [3] 。因此,吸漿管閥門開度不能太小,以避免泥漿不能上吸問題。
      3. 3 加壓泵突然啟動管道水擊問題分析
      在加壓泵停止運行時,管道泥漿中的泥沙會由懸浮狀慢慢沉淀,尤其是在管道轉彎上行處,會出現管道部分堵塞甚至是全部堵住的現象。等加壓泵再次啟動后會沖開堵住的部分,并把沉淀的泥沙慢慢隨水流帶走。但是在這個過程中管道轉彎上行處就會發生嚴重的水擊現象。
      試驗過程中,通過測水擊水柱高度和回漿管的流速發現,回漿管流速越快,加壓泵水擊水柱的高度越高,即水擊壓力越大,二者成直線正比關系。同時,試驗管道長度和流速的關系發現,管道越長出口處的流速就越小,相應的值即速度變化值就會越大,即水擊增壓值也就越大,所以,對于長管道水泵啟動的水擊現象就會更加嚴重。
      以上試驗分析均按純水計算,如果為均質固液兩相流,水擊壓力峰值將會更高(如圖 4 所示)。綜上所述,為保證管道不被水擊現象所崩裂,須消減長管道的水擊增壓值。
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      3. 4 泥漿輸送系統改造
      針對上述出現的問題,通過分析研究,對泥漿輸送系統進行針對性改造。
      1) 加壓泵的吸漿管安裝直徑為 300 mm 的控制閘閥,控制進入加壓泵的流量。在 4 臺 4PL 泥漿泵 1 ~2臺損壞的情況下,調節控制閘閥開度至 1/2 ~ 3/4 之間,控制泥漿流量,使泥漿池進出流量達到新的平衡,保證施工不間斷。檢修好損壞的泥漿泵,再完全打開控制閘閥,加壓泵正常運行。
      2) 在加壓泵第 1 節出漿管一側,安裝 150 mm 的回流管道及回流控制閥門?;亓鞴艿篮图瘽{池相連,在啟動加壓泵時,將回流閥門全部打開,進行管道分流,降低管道內壓,待加壓泵啟動后再慢慢關閉回流閥門??杀苊夤艿浪畵舯懒熏F象的發生。泥漿輸移流量突變電磁流量計示意如圖 5 所示。
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      4 泥漿輸移流量突變電磁流量計應用
      4. 1 工程概況
      黃河下游防洪工程包括河南段和山東段,治理河道為黃河干流河南省孟津縣白鶴(西霞院水庫下游)至山東省墾利縣漁洼,河段長為 820 km。治理河段河道蜿蜒前行,河勢游蕩多變,為典型的平原游蕩性河道。本期建設任務是在現有防洪工程的基礎上,通過堤防加固、險工改建加固,以及河道整治等工程措施,提高黃河下游防洪能力,保障沿岸防洪安全。黃河下游防洪工程(河南段)第五標段工程的合同項目及工作內容: 堤防加固 17. 004 km,堤頂防汛路修 53. 111 km,新堤新建防汛路 1. 694 km,防浪林3. 630 km。堤防加固主要形式為泵淤。泥漿輸送采用組合泵開采淤筑,每條排泥管線配備組合泵 1 套,每套設備起點處由 1 臺 300BS 加壓泵(1 000 m 3 /h,直徑為 300 mm,見圖 6 所示)配 4 臺 22 kW、4PL 泥漿泵(250 m 3 /h)組成。大泥漿泵起點端設集漿池 1 處,集漿池容量按5 00 m 3 考慮。為保證輸沙效率,各放淤段按照以下原則布置設備: 輸沙距不超過2 km 時,泥漿通過排泥管直接輸送至淤筑區; 超過2 km 時,中間每隔2 km 采用相同型號泥漿泵進行加壓接力; 第 1 個加壓泵前安裝 1 套流量突變電磁流量計。約每 5 ~6 km 處設集漿池(500 m 3 ),集漿后再加壓接力,加壓接力設備選同種型號泥漿泵。
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      4. 2 應用效果
      1) 施工中通過調節閘閥開度,保證了泥漿池的入、出平衡。施工中 4 臺 22 kW4PL 高壓水槍將土打成泥漿,由 300BS 加壓泵從集槳池中輸送出來,加壓泵的吸漿管安裝直徑為 300 mm 的控制閘閥,在工作中有 1 ~ 2臺高壓水槍損壞,需要進行短時間維修,通過調節該閘閥開度至 1/2 ~3/4 之間,減小加壓泵泥漿的吸入流量,從而保證了泥漿池的入、出平衡,使泥漿輸移保持不中斷。
      2) 利用泥漿回流閥門進行管道分流,降低了管道內壓。在 300BS 直徑為 300 mm 加壓泵的第 1 節出漿管一側,安裝 150 mm 的回流管道及回流控制閥門?;亓鞴艿篮图瘽{池相連,在加壓泵啟動時,加壓泵水擊水柱的高度很高,即水擊壓力很大,先全部打開泥漿回流閥門,利用泥漿回流閥門進行管道分流,水擊壓力大大減小,待加壓泵啟動穩定后再慢慢關閉回流閥門。從而避免了排沙管道焊縫開裂和管道接頭損壞。
      3) 通過流量控制閥門的調節,減輕了加壓泵經常處于滿負荷工作狀態。對于取土區土質不同時,泥漿的單位重量差異會很大,加壓泵工作效率、電壓、電流都會隨之發生變化,單位重量大時(如粘土含量大),易造成加壓泵超負荷運轉、發熱等問題,此時通過調節流量控制閥門變小,減少泥沙流量,減少加壓泵長時間處于滿負荷工作狀態,提前防范管道崩裂的風險。
      5 結語
      國內關于泵淤方法進行堤防加固技術的研究成果很多,很多工程中都有運用。經過大量細致的工作,研究比較實用的泥漿輸移流量突變電磁流量計,為放淤固堤工程施工提供一套有效的施工設備和技術。進一步對裝置進行優化完善,方便在生產實踐中推廣應用。
      日日干夜夜操

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