王賢明

（1.上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計院，上海 200232；2.同濟大學(xué)，上海 200092）

垃圾氣力輸送管道堵塞和磨損產(chǎn)生原因及防治措施
——以上海世博園垃圾氣力輸送系統(tǒng)為例

王賢明1，2

（1.上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計院，上海 200232；2.同濟大學(xué)，上海 200092）

對上海世博園垃圾氣力輸送系統(tǒng)的管道堵塞和磨損產(chǎn)生原因進行分析，并提出了防止堵塞的措施和疏通堵塞的方法以及減少磨損的措施。

上海世博園；垃圾氣力輸送系統(tǒng)；管道堵塞；管道磨損

由于上海世博會參觀人數(shù)眾多，垃圾產(chǎn)生量大，在世博核心區(qū)域設(shè)置了垃圾氣力輸送系統(tǒng)以緩解垃圾收集車輛進入人流集中區(qū)域作業(yè)而引起的交通擁擠現(xiàn)象，同時保證產(chǎn)生的垃圾得以及時清運。據(jù)現(xiàn)場實際處理經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)外垃圾氣力輸送項目考察結(jié)果，對垃圾氣力輸送可能產(chǎn)生的實際問題進行分析。

1 上海世博園垃圾氣力輸送系統(tǒng)概況

上海世博園垃圾氣力輸送系統(tǒng)利用風機制造氣流，通過管道將各個投放口收集的垃圾輸送至垃圾收集站，垃圾進入收集站時先經(jīng)過旋風分離器，垃圾分離器會將垃圾從氣流中分開，讓其墜進壓實機，被壓進相連的垃圾收集箱，運送垃圾的空氣氣流經(jīng)過過濾器和氣體凈化裝置凈化后排到戶外。其工藝流程如圖1所示。

垃圾輸送管道埋于地下，所有設(shè)有本系統(tǒng)設(shè)備的各建筑物及室外投放口連接至中央收集站，垃圾通過地下氣力輸送管道輸送至中央收集站進行收集。氣力輸送管道直徑為0.5 m，管道距地面埋深3.0～3.5 m。為了方便后期檢修，直管每100 m處設(shè)置1個檢查井，同時彎管與三通處也設(shè)置檢查井。

世博會人流高峰期間通過氣力輸送系統(tǒng)處理規(guī)模為50 t/d，平常處理規(guī)模為30 t/d，世博會后，客流量大幅下降，服務(wù)范圍內(nèi)的處理規(guī)模維持在10 t/d。

2 垃圾氣力輸送管道堵塞分析

2.1 管道堵塞情況

在垃圾氣力輸送過程中，由于垃圾沉降在管底形成料團，或者黏附于管壁上并逐漸增厚，發(fā)展到充塞于整個管道截面，使垃圾不能通過從而使輸送停止的現(xiàn)象稱為堵塞。一般高壓和高真空輸送比低壓和低真空輸送容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

2.2 影響管道堵塞的因素分析

2.2.1 垃圾成分

1）由于垃圾中含有一定的黏性物質(zhì)，同時上海市空氣濕度較大，垃圾易受潮后發(fā)黏，在輸送過程中都會有部分垃圾黏附在管壁上，尤其是彎管處管壁附著垃圾較多。同時，由于輸送次數(shù)較多，黏附垃圾厚度會不斷增加，導(dǎo)致截面減小，阻力加大而引起堵塞。

2）垃圾中混雜有塑料袋等塑料制品，在輸送過程中會產(chǎn)生摩擦，使顆粒帶電而產(chǎn)生引力，靜電的作用會使塑料制品黏附在管壁上或者結(jié)塊，導(dǎo)致輸送速度減慢而堵塞管道。

3）垃圾中夾有木塊、棉紗等物時，由于纏繞或橫阻在管道中也會導(dǎo)致在輸送過程中形成堵塞。

2.2.2 管道質(zhì)量

上海世博園垃圾氣力輸送系統(tǒng)管道采用碳鋼管（Q235B） 彎頭，三通采用壁厚12 mm、外徑514 mm的低碳鋼，根據(jù)現(xiàn)場實際結(jié)果分析，管道質(zhì)量本身產(chǎn)生堵塞的主要原因如下：

1）管道系統(tǒng)中管接頭之間有錯位、管子內(nèi)壁生銹毛糙、磨穿防腐層后補焊沒有清除內(nèi)部的焊渣、卷邊等都會使局部阻力增大，形成堵塞。

2）管道接口處氣封不嚴、彎管磨穿等原因，導(dǎo)致中途漏氣，氣速下降造成堵塞。

3）在彎管檢修時減小曲率半徑使阻力加大，也容易造成堵塞。

2.2.3 氣源參數(shù)變化

本工程在風壓及管道壓力損失計算過程中充分考慮了壓力損失，但是氣源參數(shù)變化影響較大。氣源變化主要有：①負壓系統(tǒng)發(fā)生故障，氣壓不足會使氣流速度降低、混合比加大使物料沉降而產(chǎn)生堵塞。②某些垃圾會因氣源濕度較大而造成堵塞。

2.2.4 設(shè)計參數(shù)和管道布置

在實際垃圾輸送過程中，可能會有垃圾混合比過大，在輸送過程中流速過低，加上空氣壓力流量不夠，管道布置不合理，彎管曲率半徑太小，或在短距離內(nèi)設(shè)置過多的彎管等原因?qū)е卤坏?個彎管減速的垃圾還未充分加速又進入下一個彎管，造成物料濃度不均勻等均易造成堵塞。

2.3 防止堵塞的措施

1）管道布置要合理，盡量選擇輸送距離短、彎管數(shù)目少、轉(zhuǎn)彎角度小、彎管曲率半徑大且布置不太集中的設(shè)計方案；同時，對于局部阻力加大的部件如彎管和換向器等應(yīng)盡量設(shè)置在壓力高的一端，吸送時靠近負壓主機的一端。

2）出現(xiàn)負壓氣力輸送時，在易堵處設(shè)置若干個可調(diào)節(jié)孔徑的塞頭，一旦出現(xiàn)輸送管道堵塞狀況，打開塞頭通入空氣保證氣力輸送正常運行。

3） 輸送系統(tǒng)應(yīng)盡可能安裝料位計、報警器等，實現(xiàn)半自動或全自動控制，以消除操作錯誤或及時處理異?，F(xiàn)象。

4）在調(diào)試前對整個系統(tǒng)的設(shè)備、管道、控制元件等進行檢查，如有異?，F(xiàn)象應(yīng)及時處理。

2.4 疏通堵塞的方法

首先要尋找與分析造成堵塞的原因，然后針對其原因采取相應(yīng)的解決措施。當堵塞是由于壓力不夠引起時，應(yīng)打開減壓閥前的氣動閥，使氣壓提高，或打開進氣閥進氣，提高其壓力。同時，還打開檢修口，用人工與空氣流疏通的方法對堵塞情況進行疏通。當整個輸送系統(tǒng)疏通后，可用帶鋼刷的金屬球?qū)斔凸鼙谶M行清洗，清潔管道內(nèi)黏附的垃圾。

3 垃圾氣力輸送管道磨損分析

3.1 磨損情況

3.1.1 磨損部位分析

在垃圾氣力輸送系統(tǒng)中，由于垃圾和設(shè)備管道的內(nèi)壁有接觸式的相對運動而發(fā)生摩擦，會使設(shè)備和管道內(nèi)壁產(chǎn)生磨損。垃圾和內(nèi)壁的接觸面積越大，相對運動的速度越大，磨損越嚴重。通常，在氣力輸送彎管的外側(cè)（即曲率半徑大的一側(cè)）磨損最為嚴重，水平管道的下部（即管底處）則較輕。水平管道中，垃圾沿底部和管底摩擦著前進，管道磨損較大；垃圾在垂直管中的分布比較均勻，對管壁的磨損也較均勻，磨損量相對較小，僅在靠近彎管進口處較大。一般彎管的磨損為直管磨損的10～100倍。

3.1.2 磨損過程分析

一般彎管的外側(cè)中心窄面磨損最嚴重，磨損過程首先是局部被磨成波紋狀，然后向深度磨損，且進一步向深度磨損而形成凹形槽狀直至磨穿。按管壁單位厚度的壽命計算分析，管道腐蝕越嚴重，管道使用壽命愈短。

3.2 影響磨損的因素

3.2.1 垃圾性質(zhì)

根據(jù)對世博園垃圾輸送系統(tǒng)的分析，垃圾的粒度、密度及硬度越大，對管壁的磨損越嚴重，尖銳的垃圾比外形圓滑的垃圾對管壁磨損大。同時，垃圾含水率高，垃圾中的水分會與管道長時間接觸導(dǎo)致管道生銹，生銹部分在垃圾輸送過程中由于摩擦作用受損。

3.2.2 輸送條件

垃圾在氣力輸送過程中采用高壓氣力，氣流速度越高，磨損越嚴重，尤其在彎管處，彎管處磨損速度與氣流速度的3次方成正比。

而在稀相氣力輸送中，輸送同樣質(zhì)量的物料，混合比越大，其磨損量越小。輸送線路短，彎管數(shù)量少，曲率半徑大，彎管布置在速度較低的管道上，磨損越小。

3.3 減少磨損的措施

3.3.1 采用耐磨材料

在彎管易磨處采用耐磨且又經(jīng)濟的材料，表1是不同材料在相同條件下的磨損比。

表1 不同材料在相同條件下的磨損比

鑄石的耐磨性最高，價格也便宜，但某些鑄石制品還存在熱穩(wěn)定性差的問題，允許溫度不超過250℃。另外鑄石還存在抗沖擊強度差的特點，在彎管處受沖擊后易于剝落，因此在采用鑄石作彎管時，應(yīng)提高鑄石的抗沖擊強度，以提高其使用壽命。

3.3.2 采用不同的彎管結(jié)構(gòu)

減少彎管磨損的方法很多，如加厚彎管易磨損處的厚度，設(shè)計容易更換檢修的結(jié)構(gòu)，用物料來填充易磨損部位，改變彎管形狀，降低彎管流速等方法是減輕彎管易磨損的有效措施。

3.3.3 對管道不同部位進行處理

1） 表面處理：它是設(shè)備防止磨損的重要環(huán)節(jié)，對除不銹鋼外的所有裸露且有可能發(fā)生銹蝕的金屬表面進行油漆涂裝、電鍍或表面鈍化等。

2）涂裝要求：加工組裝完成的金屬構(gòu)架、鋼制件，除不銹鋼制品外，必須進行涂裝。

3）涂層厚度：根據(jù)設(shè)備所在現(xiàn)場環(huán)境條件按照有關(guān)防腐涂裝標準確定，漆膜厚度不小于40 μm。

4 結(jié)論

1）氣力管道垃圾輸送系統(tǒng)便于實現(xiàn)分類收集，便于垃圾投放，可以減少進入處理系統(tǒng)的垃圾量，節(jié)約資源。同時，通過該系統(tǒng)的展示，對于分類收集工作的推廣具有積極意義。

2）氣力輸送管道在施工過程中沿線有較多的臨時設(shè)施需要進行防護，因此氣力輸送管道的施工必須密切與現(xiàn)場條件結(jié)合，根據(jù)現(xiàn)場條件變化對氣力輸送管線進行優(yōu)化調(diào)整。

3）垃圾氣力輸送在后期運行過程中，要針對產(chǎn)生管道堵塞和管道磨損的現(xiàn)象進行有效防治，出現(xiàn)問題要及時采取有效措施，保證氣力輸送系統(tǒng)的正常有效運行。

［1］韓虹.淺談埋地金屬管道的防腐設(shè)計與施工［J］.新疆化工，2010（1）：40-41.

［2］馮成功，張平.埋地長輸管道防腐方法及質(zhì)量控制［J］.焊管，2011，34（1）：62-65.

［3］趙亞平，趙惠琴.灰渣管道磨損的分析［J］.山西機械，2003（S1）：132.

Causes and Preventive Measures for Blockage and Abrasion of Waste Pneumatic Conveying Pipes:Taking Waste Pneumatic Conveying System in Shanghai Expo as an Example

Wang Xianming1，2
（1.Shanghai Environmental Sanitary Engineering Design Institute,Shanghai 200232；2.Tongji University，Shanghai 200092）

Causes for pipe blockage and abrasion in waste pneumatic conveying system of Shanghai Expo were analyzed.And measuresfor preventing blockage,cleaning out clogged pipes,and decreasing abrasion were put forward.

Shanghai Expo；waste pneumatic conveying system；pipe blockage；pipe abrasion

X705；TQ022.11+5

A

1005－8206（2011） 03－0029－03

2011-03-10

王賢明（1980—），工程師，主要從事固體廢物處理設(shè)計和研究。

（責任編輯：鄭雯）