7. Трубопроводный транспорт твердых и сыпучих материалов

При больших устойчивых грузопотоках угля, руды, щебня, песка и других твердых и сыпучих материалов возникают затруднения в их перевозке традиционными видами транспорта - автомобильным и же­лезнодорожным. Поэтому в последние годы все шире осуществляется транспортировка этих грузов по трубопроводам.

К настоящему времени сформировалось три основных направле­ния трубопроводного транспорта твердых и сыпучих материалов: пневмотранспорт, контейнерный (в том числе капсульный) транспорт и гидротранспорт.

7.1. Пневмотранспорт

Пневмотранспорт предназначен, главным образом, для доставки сыпучих материалов, увлажнение которых нежелательно или недопус­тимо (пепел, зола, цемент, мука и др.). Сущность его состоит в том, что частицы транспортируемой среды находятся во взвешенном состоянии и переносятся в потоке воздуха.

Перемещение по трубопроводам сыпучих или пылевидных грузов в смеси с газом ограничено характером, размерами и массой пере­мещаемых частиц, применяется при небольших расстояниях транспор­тирования (операции погрузки-выгрузки), связано с повышенным изно­сом труб и значительными энергозатратами.

7.2. Контейнерный транспорт

В данном случае твердые материалы транспортируются в капсу­лах или контейнерах, перемещающихся внутри трубопровода в потоке жидкости или воздуха. Соответственно различают контейнерный гидро- и пневмотранспорт. Контейнерный транспорт эффективен тог­да, когда транспортируемый материал состоит из крупных фракций и частиц, либо когда его увлажнение нежелательно. Достоинством дан­ной технологии перекачки является то, что грузы не требуют специ­альной обработки (измельчения, осушки и т.д.), не происходит заг­рязнения несущей среды транспортируемым материалом и, наоборот, грузов несущей средой.

В Канадском научно-исследовательском центре для осуществле­ния контейнерного гидротранспорта (KГT) были предложены капсулы жесткой конструкции, в которых можно транспортировать различные грузы в потоке перекачиваемой нефти. Однако такие капсулы можно применять лишь на трубопроводах, не имеющих участков с меньшим внутренним диаметром, крутых поворотов, неполнопроходной армату­ры и других элементов, характерных для трубопроводных магистра­лей.

Для транспортировки различных грузов по существующим ма­гистральным трубопроводам более целесообразно использовать элас­тичные оболочки-контейнеры из резиновых, резино-тканевых и раз­личных синтетических материалов. Такие оболочки, в отличие от жестких капсул, которые обязательно надо возвращать к началу трубопровода, могут предназначаться для одноразового использования.

СКБ «Транснефтеавтоматика» предложило использовать для КГТ полиэтиленовые оболочки-контейнеры. Применительно к транс­портировке битума система КГТ выглядит следующим образом.

На нефтеперерабатывающем заводе сооружается автоматическая линия для изготовления оболочек-контейнеров и затаривания их би­тумом. Загруженные оболочки-контейнеры подаются по канатной до­роге, пневмопроводу и т.п. к специальному узлу, через который они партиями вводятся в действующий нефтепродуктопровод. Для пропус­ка партий оболочек-контейнеров через промежуточные насосные стан­ции без их остановки предусмотрена специальная технологическая обвязка с системой автоматического управления запорной арматурой, аналогичная обвязкам, используемым для пропуска мимо станций скребков и разделителей.

Узел приема оболочек-контейнеров в конце нефтепродуктопровода предусматривает раздельный прием несущего нефтепродукта в резервуарный парк и непрерывное поступление и очистку оболочек-контейнеров от несущего нефтепродукта.

Вопрос об освобождении от битума и дальнейшей судьбе оболо­чек-контейнеров решен просто: битум расплавляется вместе с поли­этиленовой оболочкой-контейнером. Качество битума от этого не только не страдает, а, наоборот, улучшается: повышается его вяз­кость и температура размягчения.

Успешно прошла испытания и технология контейнерного транспор­та подсолнечного масла по бензопроводу. Предварительно расфасованное в полихлоридвиниловые бутылки масло загружалось в контейнеры, которые, благодаря своей конструкции, были разгружены от давле­ния в трубопроводе и выполняли лишь функции защиты бутылок от истирания. Контроль качества продукта в конце трубопровода по­казал, что полимерные бутылки надежно изолировали растительное масло от несущей жидкости.

В дальнейшем предполагается организовать транспортировку таким образом нефтяных масел, смазок и моющих жидкостей в мелкой расфасовке.

Существенное развитие получил контейнерный пневмотранспорт (КПТ).

Почти 200 лет назад перепад давления воздуха использовали для доставки по трубам конторских документов и почтовых отправ­лений. Такой способ доставки назвали пневмопочтой. В 1840 г. в Англии была построена первая двухкилометровая дорога, на кото­рой 5-тонная тележка развивала скорость 72 км/ч, а в 1843 г. между Кингстауном и Далки (Ирландия) открылось регулярное движе­ние 60-тонных составов по дороге в виде туннеля длиной 2,8 км. Тяговое усилие создавалось за счет перепада давления воздуха (с одной стороны туннель соединялся с атмосферой, на другой - рас­полагалась станция прибытия, где создавалось разряжение). В последующем подобные, как их называли, «атмосферические» доро­ги были также построены во Франции, а максимальная дальность транспортировки достигала 33,6 км. Однако из-за многочисленных недостатков и невозможности решения ряда конструктивных проблем дороги вскоре были закрыты.

Сегодняшний интерес к контейнерному пневмотранспорту объяс­няется тем, что перевозка некоторых массовых грузов традиционным транспортом стала обходиться в несколько раз дороже, чем их до­быча или производство. Активные исследования в области КПТ для грузовых и пассажирских перевозок ведут фирмы Японии, США, ФРГ, Великобритании. Ведущее место в мире по созданию систем КПТ за­нимает наша страна. Так, в Японии действует система КПТ для дос­тавки щебня по трубопроводу длиной 3,2 км, диамет­ром 1000 мм, производительностью 2 млн. т в год и система для пере­мещения на 1,5 км гашеной извести по трубопроводу диаметром 600 мм, построенные по советской лицензии.

Система КПТ состоит из трубопровода, в котором под давлени­ем воздуха, создаваемым головной и промежуточными воздуходувны­ми установками, движутся контейнеры на колесном ходу, а также станций погрузки и выгрузки, системы управления и контроля, вспо­могательного оборудования.

Системы КПТ классифицируются по способу создания перепада давления, по виду подвижного состава по конструкции ходовой час­ти, по числу труб и т.д.

Перепад давления, необходимый для обеспечения движения кон­тейнеров (около 10⁴ Па), создается либо турбовоздуходувками, цен­тробежными нагнетателями, компрессорами (напорная система), ли­бо вакуумнасосами (вакуумная система), либо комбинированно (напорно-вакуумная система). Для перевозки грузов на расстояния свы­ше 5 км более перспективными являются напорные системы КПТ.

Число воздуходувных станций зависит от производительности системы, рельефа местности, характеристики воздуходувных агрега­тов. При равнинно-холмистом рельефе с уклонами не более 3 граду­сов и применении воздуходувных агрегатов, обеспечивающих избы­точное давление до 10⁵ Па, расстояние между станциями составляет от 5 до 15 км.

По виду подвижного состава различают отдельно перемещаемые контейнеры и контейнерные поезда. Для предупреждения перетоков воздуха через зазор между контейнером и трубой используются уплотнительные манжеты. В настоящее время разработаны конструкции контейнеров для транспорта сыпучих, жидких и крупных штучных грузов.

По конструкции ходовой части различают контейнеры на радиально расположенных массивных колесах, свободно перемещающихся по внутренней поверхности трубы; с несущими колесными каретками, катящимися по одной или нескольким направляющим (рельсам); на воздушной подушке; с магнитным взвешиванием подвижного соста­ва.

По числу труб различают однотрубные, двухтрубные и многотрубные системы КПТ. В простейших однотрубных системах между расположенными по концам станциями нагрузки и разгрузки курсиру­ет один контейнер или состав. Его движение обеспечивает либо од­на воздуходувная станция, работающая в одном направлении в напорном, а в другом - в вакуумном режиме, либо две головные станции, располо­женные по концам трубопровода и работающие поочередно. При грузопотоках более 1 млн. т в год целесообразно применять двухтрубные и многотрубные системы КПТ. В двухтрубных системах по одному трубопроводу с заданным интервалом движутся один за другим груженые контейнеры или составы, а по другому - в противоположном направлении - порожние или с другим грузом. В многотрубных системах большая часть труб используется для доставки грузов в прямом направлении, а меньшая - для возвратного движения контейнеров. Надежность многотрубных систем КПТ выше.

В Грузии эксплуатируется построенная еще во времена СССР пневмоконтейнерная система для транспортировки строительных материалов «Лило-1» и «Лило-2». Установка «Лило-1» действует с 1971 г. и служит для доставки щебня, гравия и песка из карьера на бетонный завод на расстояние 2,2 км. Установка включает устройства загрузки контейнеров и их ввода в трубопровод, сам трубопровод диаметром 1000 мм, а также устройство выгрузки контейнеров и их возврата на начальный пункт. Годовой объем перевозок составляет 640 тыс. т. Установка «Лило-2» пущена в 1980 г. По трубопроводу диаметром 1200 мм и длиной 17,5 км транспортируются щебень и песок на завод железобетонных конструкций. Грузы перевозятся в контейнерах на колесном ходу, объединенных в поезда из 8 вагонов-контейнеров. За один рейс состав перевозит 40 т грузов. Для его движения со скоростью 40 км/ч достаточно избыточное давление 6 кПа.

Кроме того системы КПТ эксплуатируются в г. Волоколамске Московской области (8 млн. т щебня и песка в год на расстояние 3 км) в г. Дзержинске Горьковской области (песок по трубопроводу диаметром 1220 мм на расстояние 7 км) и другие. Институтом ВНИПИтраснпрогресс подготовлено технико-экономическое обоснование строительства еще 12 систем контейнерного пневмотранспорта.