新型输盐管道及浮漂设计方案

张 硕

(唐山三友盐化有限公司,河北 唐山 063605)

1 前言

唐山三友盐化有限公司(以下简称“公司”)目前使用收盐管道材质为PE、PVC管道,抗氧化能力及耐磨性能较差,并且弹性及塑性等相关力学性能相对较差,并且单位长度内,重量较大,直接导致管道倒运的不便,并且PVC、PE管道力学相关性能及抗老化能力弱,收盐管道的使用年限受限于相关管道材质性能,同时也会制约生产灵活性,自重过大,不便于自动化收放设备的设计及投入。

现有收盐管道使用联结方式为铸铁材质的抱箍,存在标准性差、耐腐蚀性能较差的问题,更换不便,管道接头安装过程需要通过热装的方式,安装过程中需要耗费大量的人力及部分燃料资源,存在安装效率低、有安全隐患等诸多问题,诸多问题亟待解决,阻滞了正常生产的进行以及设备工艺改进的潜力。

公司现用输盐管道配套漂浮为高密度发泡泡沫,由于发泡泡沫质地较软,无法预留电缆线槽,在电缆安装时需使用绑带人工固定在浮漂上,在收盐作业时容易造成电缆固定不牢、磨损,埋下安全隐患且更换成本高,同时也不符合设备标准化要求,因此需要改变收盐管道浮漂材质及设计。

上述问题是公司目前收盐管道所面临的,也是影响收盐成本的因素,公司决定采用新型管道及浮漂设计,从而提高收盐效率,降低生产成本,降低人员劳动强度,提高相应的自动化能力。

2 解决方案的制定

2.1 PE管道性能参数及主要劣势

PE管道单位长度的重量为4.1 kg,公司输盐管道大多为10 m/根,单根重量较大,而且PE管道在磨耗机实验机上造成损耗为60 mg/m,磨耗较大,耐磨性能存在较大问题,弹性较差,不利于倒运,而且没有特定的管道固定卡箍,导致管道连接繁琐,并且导致泄漏问题。

2.2 新型软管的材质选型方案

针对目前管道耐磨性能不强、重量较大的问题,首先考虑密度较小的高分子材质管道,并且需要有工业纤维加强层,同时具有较强的耐压性能,满足公司直吸式盐泵出口承压需求。软管要满足季节收盐的工况、高温收盐及冬季低温储存的要求,对软管的耐高温、低温能力及抗腐蚀性要求较高。为此,材质选型如下。

聚氨酯软管。聚氨酯软管最大使用压力1.7 MPa,单位长度重量为1.65 kg,重量较轻,使用温度范围-50～80 ℃,有良好的抗紫外线能力,使用寿命在10 a以上,单价95元/m,通过芳纶纤维层进行工业强度加强,整体性价较高,各项综合性能满足使用要求。

丁腈橡胶软管。聚氨酯软管最大使用压力1.0 MPa,单位长度重量为2.8 kg,重量较轻,使用温度范围-20～80 ℃,有良好的抗紫外线能力,使用寿命5 a以上,单价85元/m,通过芳纶纤维层进行工业强度加强,各项综合性能满足使用要求,但整体性能相对较差。

本茨橡胶。聚氨酯软管最大使用压力0.7 MPa,单位长度重量为4.5 kg,重量较轻,使用温度范围-20～80 ℃,有良好的抗紫外线能力,使用寿命在5 a以上,单价100元/m,通过芳纶纤维层进行工业强度加强,各项综合性能不能满足使用要求。

玻璃纤维加强型聚丙烯管。聚氨酯软管最大使用压力1.0 MPa,单位长度重量为5 kg,重量较轻,使用温度范围-20～80 ℃,有良好的抗紫外线能力,使用寿命5 a以上,单价55元/m,通过芳纶纤维层进行工业强度加强,各项综合性能不能满足使用要求。各种材质软管数据总结见表1。

表1 各种材质软管数据Tab.1 Data of hoses with various material

由表1看出,丁腈橡胶软管比聚氨酯强化软管具有一定价格优势,但耐磨性能不及聚氨酯强化软管、承压能力小、单位长度重量大;苯茨橡胶价格高,弹性差,材质过硬;玻璃纤维加强型聚丙烯管价格低,但磨耗过大。因此,选定聚氨酯软管作为收盐管道的替代材质。

2.3 新型软管连接方式的确定

现用管道卡子抱箍均采用铸铁材质,原接头需要加工安装孔,用螺栓安装管道接头,安装效率差,现为配合聚氨酯软管可更换为304不锈钢材质,该型号快速接头且具有安装便利、耐腐蚀性能强、节省人工等优点。通过改变连接形式的设计方案,安装效率得到极大提高,安装时间缩减70%,并且可以无损安装,极大地延长了接头的使用寿命,同时可降低工人的劳动强度,节省人工成本。

2.4 新型管道浮漂的设计

输盐管道现使用浮漂为高密度泡沫制作,由于无外壳保护,泡沫强度低,倒运管道时泡沫在池埝上刮擦、磨损造成破损严重。外壳成型工艺主要为吹塑成型、注塑成型以及滚塑成型。其中吹塑成型是发展较快的一种塑料成型方法,结构相对简单、为一体一次成型,没有分型面,不易造成缺陷,耐磨性较强,吹塑的原料以聚乙烯应用最多,设计效果渲染图见图1。考虑到磨损后浮漂仍需满足使用要求,拟购置聚乙烯外壳内填聚氨酯发泡的新型浮漂。浮漂聚乙烯外壳设计寿命6～8 a,并在聚乙烯原料中添加抗氧化剂,使管道浮漂外壳有更好的抗紫外线能力及抗氧化褪色能力。

图1 新型管道漂浮的设计效果图Fig.1 Design diagram of a new type of pipeline floating

3 方案实施

聚氨酯强化软管的承压能力以及耐低温性能较高,耐磨性能好,磨耗低,具有良好的抗晒能力,理论使用寿命20 a,可延长收盐管道的使用寿命。且具有相同长度下重量更轻、可卷曲方便运输等特点。管道壁厚、长度可以根据用户需求定制。聚氨酯软管可以选用任意长度,可以尝试使用单根软管10、 30、50 m等,减少了接头的数量。软管与软管间利用304不锈钢快接头连接,替代铸铁卡子,提高了管道连接速度,降低泄漏风险。软管上可制作用于绑扎电缆及其他附件的绑带,用于固定管道浮漂及盐泵电缆,并且出具整体的规划图纸,保证替换的正常实施。

4 结论

通过新型管道及浮漂的使用,该软管系统完善了收盐体系,为收盐机械化提供了保障,降低了人工成本的同时提高了整体效率,减少了管道安装时间。

1)效益。输盐管道由原来4 kg/m降低至1.6 kg/m,实现输盐管道轻量化;更换周期由原来的2～3 a提高至10 a,原PE管一套收盐管道费用约为15 000元,每年每套PE管道使用成本约为7 500元,轻量型管道每套每年总体成本为2 500元,每套每年可节约5 000元,两套合计节约10 000元。

2)节省人工。由于新型管道浮漂重量轻,安装速度快,在倒运管道及安装管道时可由原来的每套安装人数4人减少至3人,每季收盐管道拆装约9次、每次用时约1 d,人工工资350元/d,公司目前每年收盐两次,两套轻量型管道合计可节约350×9×2×2=12 600元。

3)浮漂产生效益。从整体实验情况看,新型浮漂经试验基本实现定型,总体能达到轻量化、便利化、规范化的目的和要求,使用寿命从原来的3 a延长至8 a,每套管道使用浮漂数目约50个,发泡浮漂成本约60元/个,新型浮漂为130元/个,更换新型每年使用成本可节约187元。使用新型不锈钢卡箍,提高了管道卡子耐腐蚀性能,同时加快了管道浮漂的安装速度,节约了人工工时,相比较老式捆绑式的安装,新型管道浮漂安装可由3人减少至2人,每套管道每年可节约人工成本1 000元。新型管道浮漂每年每套可节约费用为1 187元。

综上所述新型轻量输盐管道可产生效益:10 000+12 600+1 187=23 787元。