水煤浆管道运输特性及发展研究

水煤浆管道运输特性及发展研究
摘要：水煤浆是一种流体燃料，主要成分是煤粉和煤浆，并根据一定的标准
加入相应的化学药剂，因此具有较强的稳定性和流变性，可以代替石油进行燃烧。

本文深入分析了水煤浆的性质、水煤浆管道运输的参数、稳定性以及温度对管道
运输的影响，希望能够对我国的水煤浆燃料发展有积极的意义。

关键词：水煤浆管道；流变参数；水煤浆特性
引言：在水煤浆的应用过程中，主要使用罐车进行水煤浆的运输，但是当前
我国的经济发展速度加快，同时能源紧缺的情况加剧，工业生产对水煤浆燃料的
需求增加，使用罐车进行运输无法满足工业生产对水煤浆用量的需求，相关企业
已经广泛开始使用管道进行运输。

1水煤浆的性质
在进行水煤浆管道运输的特性的分析，就要对水煤浆浆体的性质进
行分析，水煤浆主要由煤粉、煤浆以及化学药剂组成，在对水煤浆进行分析的时候，应选择样本对其进行分析。

本文选择山西大同煤制备的水煤浆，对其进行水
煤浆特性的分析。

煤的密度是1.369t/m3，煤粉的粒径大约为0.2-0.3mm，并且200%的煤粉粒径在200目以下。

水煤浆具有的流变性质会使其在燃烧时出现的雾
化质量发生变化，如果在管道运输的过程中存在较大的摩阻损失，就是使其雾化
的质量较低。

水煤浆的均质悬浮物在发生形变的时候，其切变率与剪应力的关系
对水煤浆的流型会产生极大的影响[1]。

2水煤浆管道运输的参数
2.1管道运输试验的装置
在水煤浆管道运输中，管道设计人员需要确定水煤浆的流速和摩阻
损失，但是水煤浆中加入的化学药剂会使其更加稳定，但是会产生均质悬浮液，
使管道运输中产生摩阻损失。

在进行摩阻损失的计算时，工作人员可以采取模拟
试验的方法，使用小管径试验系统，对管道中的摩阻损失进行测量，然后再对测
量的结果进行回归分析，得到相应的计算公式。

之后改变管道的管径，继续测量
摩阻损失，提高测量的准确性。

在对管道中的水煤浆进行流变性分析时，工作人
员还要进行水力参数的模型的设计，再利用模型试验进行验证。

2.2水煤浆流变参数
如果在进行水煤浆的制备时，使用的是难以制浆的煤体，那么水煤浆的浓度
就会比较低，浓度大约为A水煤浆62.7%和B水煤浆60.5%，在不同的温度下，
两种水煤浆的流变参数分别为：温度为5℃时，A水煤浆的屈服应力为4.32，刚
度系数为2550，B水煤浆的剪应力为2.33，刚度系数为998；温度为10℃时，A
水煤浆的屈服应力为4.33，刚度系数为2200，B水煤浆的屈服应力为2.28，刚
度系数为825；温度为15℃时，A水煤浆的屈服应力为4.08，刚度系数为1917，
B水煤浆的屈服应力为2.30，刚度系数为706。

从测量数据中可以看出，在温度
发生变化的时候，水煤浆的屈服应力几乎不会变化，但是水煤浆的刚度系数会随
温度的增加而变小。

2.3水煤浆管道摩阻损失研究
在进行水煤浆的管道阻力损失计算时，选择均质悬浮流体对其进行试验，此
流体可以在管道中根据具体的需要选择合适的速度进行运输。

但是水煤浆黏度较高，在运输的时候，如果流速较快，就会使运输存在问题。

在进行管道的摩阻损
失研究时，工作人员可以根据宾汉塑性流体管道层流的流动现象进行分析。

一般
而言，如果水煤浆运输管道壁的剪切力大于管道的屈服应力，那么就会存在一处
剪切力和屈服应力相等的位置。

而在这个管道的一定半径范围内，存在着一个流
速相等的流区，可以使用下列公式对摩阻损失进行计算：
在上述的公式中，P是压力，代表的是两个断面之间的压力差，代表的
是管道表面存在的的切应力，V是管道断面的水煤浆平均流速，D是管道的内径。

在进行水煤浆运输管道的摩阻损失测量时，工作人员需要使用流变参数进行
试验，通过改变管道中的流量和流速，测量管道的摩阻损失。

通过测量可以发现，管道内水煤浆的流速越大，管道的摩阻损失越大。

将测量的数据和利用损失公式
计算得到的数据进行对比，可以发现存在15%以内的偏差，在地公式进行修正的
时候可以乘以相应的系数。

3温度变化对水煤浆管道运输的影响
因为水煤浆的运输管道在应用的时候主要是在自然环境中应用，存
在着温度的变化，因此在进行管道运输试验的时候需要对温度进行调节，从而分
析水煤浆运输管道在不同的温度条件下的特性。

工作人员可以利用制冷系统对温
度进行调节，使管道在不同温度条件下，运输水煤浆。

在试验中，工作人员可以
利用水煤两种不同浓度的水煤浆，取样分析水煤浆特性。

通过试验可以发现，水
煤浆的屈服应力在温度变化的时候，变化较小，但是刚度系数会随着温度的降低
而变大。

在对水煤浆运输管道的摩阻损失进行分析时，可以发现当温度升高的时候，水煤浆中的固体颗粒物沉积量就会增大，同时悬浮物的流速增大[2]。

在温度
升高的时候，水煤浆的黏度也会升高，从而使管道出现较大的摩阻损失。

4水煤浆管道运输的稳定性
在对水煤浆的静态稳定性进行测量的时候，工作人员可以将水煤浆
放置在静止的容器中，但是这种测量方法需要消耗大量的时间，而且无法模拟出
水煤浆运输的状态。

在具体的测量中，工作人员可以利用模拟试验对水煤浆的稳
定性进行分析，利用管道进行等速的旋转，使水煤浆在管道的下部和管道产生相
对运动。

在试验中，工作人员可以选择两种不同浓度的水煤浆，对其流变参数、
粒度等进行分析。

在试验中，两种水煤浆在经过95h和100h的运行之后，粒度
的变化较小，因此在水煤浆的管道运输中，不会造成水煤浆的碎化。

在运行期间，温度的变化较小，但是二者的流变参数发生了不同的变化。

其中一种水煤浆的刚
度系数和屈服应力都发生了较大的变化，流动性也产生了变化。

从试验中可以发现，发生流变参数变化的水煤浆稳定性较差，不适合进行长途管道运输。

因此，
在具体的水煤浆管道运输中，工作人员应对水煤浆的特性进行详细的分析，然后
才能确定其是否适合管道运输。

结论：总之，在进行水煤浆管道运输的特性分析时，工作人员可以采取模型试验的方法分析水煤浆的流变系数、摩阻损失、管道运输的参数、稳定性以及温度对管道运输的影响。

我国的水煤浆管道运输未来的发展空间较大，相关企业应不断优化水煤浆特性的分析和计算方法，从而促进水煤浆运输行业的发展。

参考文献：
[1]何红兴.水煤浆提浓技术的发展现状及特点分析[J].能源化
工,2022,43(05):31-36.
[2]杨国辉.水煤浆流变特性影响因素及相关研究[J].煤炭加工与综合利用,2022(07):76-80.。