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高濃度黏稠固體廢棄物, 是指工業(yè)生產(chǎn)及市政污水處理過程中產(chǎn)生的含固量高、粘度大、顆粒細的固-液兩相廢棄物或副產(chǎn)品, 由于其常溫常壓下流動性較差, 在高壓管道輸送時為“ 不沉降似均質(zhì)濃密膏體” , 因此亦稱濃密膏體.包括煤炭行業(yè)的煤泥、給排水行業(yè)的脫水污泥、制造行業(yè)的工業(yè)污泥、石化行業(yè)的油渣和油泥等, 涉及二十余個行業(yè).就上述濃密膏體而言, 目前較常用的無害化、資源化處置方式有焚燒、燃燒發(fā)電、土地資源化利用以及填埋等.無論采用哪種無害化、資源化處置方法, 輸送均為*的環(huán)節(jié), 新發(fā)展的輸送工藝技術(shù)為管道輸送.不管在工業(yè)現(xiàn)場還是實驗室管道輸送時, 流量均是關(guān)鍵參數(shù), 其大小決定了管道輸送的效率.
濃密膏體管道輸送的流量測試是一個尚待解決的難題, 管道輸送實驗中一般采用稱重法測量, 但該方法測試步驟繁瑣.而熱水流量計的測量不因流體密度、粘度、溫度、壓力、電導率和雷諾數(shù)變化, 沒有阻流件, 也不會在高流速情況下產(chǎn)生氣蝕, 近年來在流體流量測試中被廣泛應(yīng)用.隨著熱水流量計的發(fā)展, 現(xiàn)已可測量電導率閾值更低的液體, 而當濃密膏體濃度較高時不可行, 其原因現(xiàn)有文獻中尚沒有準確的解釋, 筆者推測這可能與其濃度過大時電導率太低有關(guān).本實驗先使用熱水流量計測量一定電導率范圍的煤泥在管道輸送時的流量, 并與稱重法測量結(jié)果相對比, 得到煤泥在管道輸送時電導率及濃度的閾值, 為今后熱水流量計應(yīng)用于其它濃密膏體管道輸送的流量測量提供依據(jù), 對其現(xiàn)場應(yīng)用也具有很重要的指導意義.
1、測試原理及實驗步驟
1 .1 熱水流量計原理
本文選用不同質(zhì)量濃度的煤泥在裝有熱水流量計的液壓與流變試驗臺上(實驗原理如圖1)進行管道輸送實驗.熱水流量計根據(jù)電磁感應(yīng)原理測量流過管道中導電流體的流量, 故使用熱水流量計的前提是被測流體必須導電, 且電導率不能低于閾值(即下限值).通用型熱水流量計的閾值在(5 ×10-6)S/cm ～10-4 S/cm 之間, 若電導率低于閾值會產(chǎn)生誤差甚至不能測量.根據(jù)電磁感應(yīng)原理(如圖2), 當導電流體在磁場強度為B 的磁場中切割磁力線時, 在線形長度為L 的a 和b 兩點之間會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢, 為
兩接收電極之間的距離L 為已知常數(shù), B 為已知的磁場強度, 故εab是單調(diào)函數(shù), 隨υ的變化而變化.而瞬時流量Q 等于流速υ與導管截面積S (常數(shù))的乘積, 故有Q=K×εab ,
式中:K 為儀器常數(shù).因此, 只要測得εab , 即可求得對應(yīng)的流量Q.
1 .2 煤泥電導率測試原理及方法
在定制的圓柱狀絕緣料筒中裝入煤泥, 利用參比電阻法測量不同質(zhì)量濃度下煤泥的電阻率.首先分別測出定值電阻R 的兩端電壓U0和絕緣料筒兩端的電壓U .由式(3)求得該長度管道內(nèi)煤泥的電阻, 并代入式(4)求得煤泥的電阻率, 再由k =1/ ρ求得煤泥的電導率, 即
式中:ρ為電阻率;U 為裝有煤泥的圓柱狀絕緣料筒兩端電壓;U0為定值電阻兩端的電壓;A 為橫截面積;L 為兩電極之間的距離.
采用四相電極參比電阻法測量煤泥電阻率, 設(shè)計實驗電路如圖3 所示.實驗步驟如下:①首先測量絕緣料筒內(nèi)徑及長度.用游標卡尺多次從不同角度測量絕緣料筒的內(nèi)徑及長度并記錄, 分別取平均值.②測量室內(nèi)溫度并記錄.③取適量煤泥加入一定的水, 充分攪拌, 用含水率儀測量含水率并記錄, 使含水率為32 %左右, 將配好的煤泥裝入絕緣料筒中, 然后接通
實驗電路.④利用萬用表分別測量500 Ψ電阻兩端和絕緣料筒兩端的電壓, 待電壓穩(wěn)定后讀數(shù)并記錄.⑤分別改變電源電壓和煤泥含水率, 重復上述實驗步驟.
2、實驗數(shù)據(jù)及分析
2 .1 煤泥電導率實驗數(shù)據(jù)及分析
根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù), 以煤泥的質(zhì)量濃度作橫坐標, 相應(yīng)質(zhì)量濃度煤泥的電導率作縱坐標, 繪出煤泥電導率與其質(zhì)量濃度的關(guān)系圖(如圖4).再以電壓為橫坐標, 相應(yīng)電壓下煤泥的電導率為縱坐標, 繪出電壓與電導率的關(guān)系圖(如圖5).
圖4 的電導率變化曲線表明, 隨著煤泥質(zhì)量濃度的增大, 其電導率逐漸降低, 并在質(zhì)量濃度為66 %時相交于一點;圖5 的電導率變化曲線表明, 隨著電壓的增大, 電導率有逐漸增大趨勢.分析圖4 與圖5可得到以下結(jié)論:①圖4 曲線整體呈下降趨勢, 說明電導率隨著煤泥質(zhì)量濃度的增大而減小.當質(zhì)量濃度低于63 %時, 不同電壓下電導率隨質(zhì)量濃度變化基本成平行關(guān)系, 說明電導率與質(zhì)量濃度和電壓成一定的線性關(guān)系;當質(zhì)量濃度為63 %～ 66 %時, 電導率與質(zhì)量濃度成一定線性關(guān)系, 而與電壓不成線性關(guān)系, 仍有一定的下降梯度;當質(zhì)量濃度大于66 %時, 電導率隨其增加顯著下降, 但是曲線較為復雜, 不易判斷其相互關(guān)系, 將用稱重法進行相應(yīng)的驗證.②圖5 曲線整體呈上升趨勢, 說明電導率隨電壓的增
大而增大.相比電導率隨質(zhì)量濃度的變化, 其增大幅度較小.當質(zhì)量濃度由61 .38 %上升到63 .20 %即增大了1 .82 %時, 電導率增大了0 .03 mS/cm , 而當質(zhì)量濃度由63 .20 %增大到66 .25 %即增大了3 .05 %時, 電導率卻增加了不到0 .01 mS/cm.說明質(zhì)量濃度低于63 .20 %時, 電導率變化較明顯;當質(zhì)量濃度為66 .25 %時, 電導率為恒定值0 .033 mS/cm .
2.2 熱水流量計實驗數(shù)據(jù)及分析
首先分析熱水流量計流速數(shù)據(jù)的重復性.圖6 是當管內(nèi)流速為0 .1 m/s (即濃密膏體輸送流速下限)時, 熱水流量計測量由大到小的3 種質(zhì)量濃度分別為73 %, 69 %, 63 %的煤泥的實時數(shù)據(jù)曲線.由圖可見濃度較高時熱水流量計難以測出穩(wěn)定的流速數(shù)值, 而當濃度較低且煤泥流動性非常好時測量數(shù)值較為穩(wěn)定.圖7 是質(zhì)量濃度為63 %時熱水流量計的3 次測試曲線, 可見其重復性良好, 故測量結(jié)果可信.相比較煤泥電導率的測試結(jié)果, 可以看出當質(zhì)量濃度低于63 %時, 電導率較大, 且不同質(zhì)量濃度下電導率變化穩(wěn)定.故推測當質(zhì)量濃度低于63 %, 電導率高于0 .035 mS/cm 時, 熱水流量計應(yīng)用于煤泥管道輸送時數(shù)據(jù)準確性較高.
其次提取熱水流量計的流速數(shù)據(jù)換算并積分后與稱重質(zhì)量進行對比, 分析其數(shù)據(jù)誤差, 結(jié)果如表1 .
可以通過熱水流量計積分后的總流量與稱重數(shù)據(jù)的吻合程度來分析, 若二者吻合較好則說明熱水流量計在線測量數(shù)據(jù)顯示雖然可能受到氣泡的影響, 但是總流量可以準確測量;若二者相差較大, 則說明熱水流量計不適合對較高質(zhì)量濃度煤泥進行測量.從表1 可以看出熱水流量計在質(zhì)量濃度為69 %, 73 %時誤差較大, 故測量不準確;在質(zhì)量濃度為63 %時測量誤差較小, 說明其測量較準確.該對比實驗與之前的重復性分析相符, 說明用質(zhì)量濃度及電導率來評價熱水流量計測量數(shù)據(jù)的準確性有一定的可行性.
本文通過對煤泥的電導率及熱水流量計管道輸送流量的測量, 得出以下結(jié)論:
1)煤泥的電導率數(shù)值隨其質(zhì)量濃度的降低而增大, 并且在一定范圍內(nèi)隨質(zhì)量濃度的變化效果更明顯.且熱水流量計不適合較高質(zhì)量濃度煤泥管道流量的測量, 但在較低濃度測量時重復性良好, 測量結(jié)果準確可信, 且濃度越低, 測量效果越好.
2)熱水流量計在濃密膏體管道流量測量中能否應(yīng)用與其電導率及濃度有關(guān)系.電導率越大, 熱水流量計測量效果越好.應(yīng)用于煤泥時, 得出當質(zhì)量濃度上限值為63 %, 電導率下限值為0 .035 mS/cm 時,熱水流量計可用于測其流量.
3)通過對煤泥的研究, 可以推測當熱水流量計應(yīng)用于赤泥、電石泥、污泥等其它濃密膏體的管道輸送時, 也應(yīng)有相應(yīng)的濃度及電導率閾值, 其數(shù)值可通過試驗獲得.
污水流量計 熱水流量計 鹽酸流量計 酒精流量計
