Магистральный гидротранспорт

МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГИДРОТРАНСПОРТ (а. main pipeline transport; н. hydraulische Fernforderung; ф. transport par pipelines de grande capacite, transport par pipe-lines maitresses; и. hidrotransporto magistral, hidrotransporto principal) — вид напорного гидравлического транспорта, предназначенный для перемещения различных твёрдых сыпучих материалов в жидкой несущей среде по трубопроводам на расстояния в десятки и сотни километров от источников их получения до мест переработки и потребления.

Магистральный гидротранспорт позволяет соединить крупные промышленные объекты (например, шахта — тепловая электростанция или коксохимический завод, рудник или обогатительная фабрика — металлургический завод и т.п.). С помощью магистрального гидротранспорта возможно образование единых топливно-энергетических, горно-металлургических и других технологических комплексов, что значительно улучшает технико-экономические показатели производственные.

Транспортируемыми материалами могут быть уголь, руды, концентраты, горно-химическое сырьё, строительные материалы и др. В качестве несущей среды может использоваться вода (преимущественно), а также нефть и нефтепродукты, метанол, сжиженные природный и углекислый газ.

Первые патенты для перекачивания обводнённого песчаного грунта центробежными насосами с паровым приводом выданы почти одновременно в 1855 американскому изобретателю Лебби и немецкому изобретателю Шварцкопфу. Первая трубопроводная система гидротранспорта запатентована У. С. Эндрюсом (США) в 1891. С начала 20 века трубопроводный гидротранспорт внедряется во многих странах, однако магистральный гидротранспорт получил промышленное применение в 50-х гг.

Реклама



В CCCP с 1966-67 в Кузбассе действуют два углепровода диаметром 350 мм, протяжённостью 10-12 км для бесперебойной доставки угля от гидрошахт "Юбилейная" и "Инская" до Западно-Сибирского металлургического завода и Беловской ГРЭС. В 1982 построена и пущена в эксплуатацию гидротранспортная система Лебединского ГОК — Оскольский электрометаллургический комбинат протяжённостью 26,5 км для транспортирования железорудных концентратов по трубопроводу диаметром 296 мм. Спроектирована система магистрального гидротранспорта с трубопроводом диаметром 404 мм протяжённостью 249 км производительностью несколько млн. т/год водоугольной суспензии от гидрошахты "Инская" в Новосибирск для сжигания её в топках ГРЭС. Развитие магистрального гидротранспорта в CCCP связано главным образом с доставкой до 50 млн. т/год углей Канско-Ачинского и других отдалённых бассейнов в центральные индустриальные районы страны по трубопроводам большого диаметра (1000-1400 мм) протяжённостью до 4 тысяч км. Транспортные затраты при этом будут в 3-3,5 раза меньшими, чем при железнодорожном транспорте, несмотря на технические трудности сооружения и эксплуатации углепроводов в условиях низких температур.

Особенности магистрального гидротранспорта: небольшая крупность транспортируемого материала (до 2-3 мм), высокие массовые концентрации гидросмеси (до 50-70%) и низкие, близкие к критическим, скорости её движения (1,1-2,5 м/с). Технологическая схема магистрального гидротранспорта включает в себя три основных процесса: приготовление гидросмеси, транспортирование и обезвоживание.

Приготовление гидросмеси заключается в подготовке твёрдых материалов необходимой крупности (руды и концентраты получают в процессе обогащения, уголь специально измельчают), смешивании их с несущей жидкостью в определённом соотношении и обработке смеси пластификаторами, снижающими гидравлические сопротивления, ингибиторами коррозии и пр. для получения требуемых транспортных характеристик. Готовая гидросмесь перемешивается и гомогенизируется в промежуточных резервуарах с мешалками перед подачей её через распределительные загрузочные ёмкости в трубопровод магистрального гидротранспорта.

Трубопровод магистрального гидротранспорта выполняется из износостойких материалов и, как правило, укладывается под землёй. Для предохранения труб от внутренней коррозии, величина которой может достигать 20-40% общего износа, применяют различные ингибиторы, а от внешней — антикоррозийные покрытия, катодную защиту, электрополяризованные протекторы, электродренаж. Очистку трубопровода осуществляют прокачиванием по нему специальных скребков, подаваемых через шлюзовые устройства. Срок службы трубопровода 10-20 лет.

Транспортирование осуществляется с помощью центробежных или объёмных (поршневых, плунжерных, диафрагмовых, масляных) насосов. Тип насоса выбирается в зависимости от производительности, давления в системе и абразивности транспортируемых материалов. Наиболее просты и высокопроизводительны центробежные насосы, однако из-за низких напоров и кпд их применяют для перекачки гидросмесей на короткие и средние расстояния с последовательной установкой нескольких (до 7) агрегатов. Более широкое применение получили высоконапорные объёмные насосы, позволяющие одним агрегатом перекачивать гидросмесь на расстояние до 150 км и более при давлении в системе до 16 МПа. Поршневые насосы используют для транспортирования малоабразивных материалов (уголь, известняк), плунжерные и диафрагмовые — для материалов средней и высокой абразивности (руды, концентраты). Плунжерные насосы для уменьшения износа оснащаются системой промывки плунжеров водой и имеют по сравнению с поршневыми большее давление и меньшую производительность. В диафрагмовых и масляных насосах поршневая система не соприкасается с перекачиваемой гидросмесью, поэтому их износ незначителен. Недостаток этих насосов — высокая стоимость. Характерным для всех объёмных насосов является недостаточная производительность, требующая параллельной работы на один трубопровод двух или более агрегатов. Перспективно применение для магистрального гидротранспорта камерных и трубчатых загрузочных аппаратов, обладающих значительно большей, чем у насосов, долговечностью.

На конечной станции гидросмесь аккумулируется в резервуарах, сгущается с применением флокулянтов и, как правило, подвергается обезвоживанию, а при необходимости и сушке до влажности 7-12% — для использования или дальнейшего транспортирования материала другими средствами. В качестве обезвоживающих устройств применяют центрифуги, вакуум-фильтры и термические сушилки.

Эффективность магистрального гидротранспорта возрастает с ростом производительности и с увеличением дальности транспортирования. Наряду с заданными значениями производительности и дальности на экономические показатели магистрального гидротранспорта существенно влияют расчётные параметры: крупность транспортируемого материала, концентрация и скорость движения гидросмеси. Этими параметрами определяются затраты энергии на преодоление гидравлических сопротивлений и амортизационные отчисления на износ трубопроводов и насосного оборудования, достигающие соответственно 40-43% и 16-20% эксплуатационных расходов, а также надёжность транспортирования.

Достоинства магистрального гидротранспорта: простота, удобство сооружения и обслуживания; обеспечение бесперегрузочного грузопотока высокой производительности с минимальными потерями материалов; высокая степень надёжности (до 99%), использования (до 95%) и безаварийности; низкие эксплуатационные расходы (трудоёмкость в 2-4 раза, а энергоёмкость в 1,5-2 раза ниже, чем при железнодорожном транспорте); технологическая сочетаемость и совмещаемость с процессами добычи, переработки и использования; возможность полной автоматизации; независимость от погодных условий и рельефа местности; исключение вредного влияния на окружающую среду (отсутствие шума, пыли, загрязнения и безопасность).

Недостатки магистрального гидротранспорта: относительно высокие капитальные затраты (50-70% приходится на трубы и насосное оборудование); необходимость больших объёмов несущей жидкости; трудности при эксплуатации в северных и засушливых районах (сложность обезвоживания, возврат дефицитной воды, удорожающий транспорт на 25%, опасность замерзания и др.); невозможность транспортирования материалов, свойства которых ухудшаются в смеси с несущей жидкостью.

Автоматизация магистрального гидротранспорта значительно повышает его технико-экономическую эффективность, обеспечивая длительную нормальную работу агрегатов транспортного комплекса, поддержание оптимального режима транспортирования при различных возмущающих воздействиях, автоматизированный пуск или остановку агрегатов при наличии или отсутствии материала в трубопроводе. Контрольно-измерительные приборы и аппаратура (датчики, вторичные приборы, исполнительные механизмы) позволяют регулировать основные параметры и режимы транспортирования: давление во всасывающих и напорных линиях, расход и плотность гидросмеси, расход воды и материала, уровень гидросмеси в аккумулирующих и промежуточных резервуарах. Благодаря снижению численности обслуживающего персонала (на 25-35%), увеличению срока службы оборудования (на 15-20%) и повышению надёжности работы автоматизированных систем магистрального гидротранспорта достигается снижение себестоимости транспортирования на 15-20% при окупаемости дополнительных капитальных затрат на автоматизацию в течение 2-3 лет. Перспективы магистрального гидротранспорта связаны с расширением объёмов бесперегрузочных перевозок, освоением новых отдалённых месторождений и технико-экономической целесообразностью гидравлического транспорта. В различных странах мира эксплуатируется более 100 трубопроводов с объёмом транспортирования свыше 50 млн. т в год (табл.).

Предполагается, что этот объём возрастёт до 300 млн. т, а максимальная дальность транспортирования увеличится с 400 км до 2-4 тысяч км.