絞吸式挖泥船減小管線磨損方法及經(jīng)濟(jì)性分析

1、<p>　　絞吸式挖泥船減小管線磨損方法及經(jīng)濟(jì)性分析</p><p>　　摘要：9029型絞吸式挖泥船在疏浚排距2.5km~4.0km、揚(yáng)程10m左右、土質(zhì)以砂巖及泥巖為主的軟巖的施工條件下，開(kāi)挖難度大，排出泥漿濃度僅為3~6%。且該工況下，常規(guī)開(kāi)挖方法的管線磨損情況嚴(yán)重，不經(jīng)濟(jì)。本文以巴基斯坦卡拉奇深水港疏浚工程為例，研究通過(guò)降低管道內(nèi)流速以減少管線磨損的優(yōu)化方法，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。 </p

2、><p>　　關(guān)鍵詞：管線、降低流速、減小磨損、經(jīng)濟(jì)性 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　1引言 </b></p><p>　　絞吸式挖泥船排泥管線的消耗磨損主要與材料顆粒和管內(nèi)流體流速有關(guān)：顆粒大、流速大情況下管線磨損程度大。在開(kāi)挖硬土質(zhì)（軟巖）時(shí)，土質(zhì)顆?；?/p>

3、本是不變的，為了減緩排泥管線的磨損速度、延長(zhǎng)管線使用壽命、提高經(jīng)濟(jì)效益，最好的辦法就是降低排泥管線內(nèi)流體的流動(dòng)速度。本文參考巴基斯坦卡拉奇深水港疏浚項(xiàng)目實(shí)際資料，以9029型絞吸式挖泥船為研究對(duì)象，選定強(qiáng)度在0~4Mpa、標(biāo)貫擊數(shù)在100bls/210~10mm 的軟巖（砂巖泥巖）為開(kāi)挖土質(zhì)，施工排距為2.5~4.0km（水上自浮管650m、其余為水下潛管加岸上管）的工況條件進(jìn)行探討說(shuō)明。該工況存在土質(zhì)挖掘難度大，管內(nèi)濃度較低（3~6%

4、）等特點(diǎn)。 </p><p>　　2減小管線磨損的思路 </p><p>　　根據(jù)相關(guān)資料【1】，疏浚材料管道運(yùn)輸過(guò)程中，管道內(nèi)壁磨損主要與：疏浚材料顆粒大小、管內(nèi)流體的流動(dòng)速度、管道鋼材料三個(gè)因素有關(guān)。通過(guò)數(shù)據(jù)建?？蓪⒛p程度與流體速度及顆粒粒徑用下式進(jìn)行表達(dá)： </p><p>　　其中為磨損率，為顆粒代表粒徑，為流體流速；、為常數(shù)，與管道材質(zhì)有關(guān)。從式中可以看

5、出，在鋼管材料相同的情況下，在極限顆粒范圍內(nèi)，疏浚材料的顆粒越大，對(duì)管線的磨損就越大；在極限流速范圍內(nèi)，流速增大對(duì)管線磨損就越大。在本文設(shè)定工況條件下，鋼管材料及材料顆?？梢暈槎ㄖ?，故降低管內(nèi)流體流速是減少管線磨損是唯一方法。 </p><p>　　由于降低流速有可能導(dǎo)致排泥管內(nèi)材料堵塞，需要確定管內(nèi)臨界流速【2】： </p><p>　　式中為流體濃度(%)；為流體中攜帶顆粒的代表粒徑(

6、mm)；為重力加速度(m/s2)；為輸送管道直徑(m)；為代表粒徑土質(zhì)對(duì)應(yīng)密度。將相關(guān)數(shù)值帶入方程后可得9029型絞吸船在一定工況下的臨界流速為： </p><p><b>　　。 </b></p><p>　　參照實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在該工況下，疏浚材料中含有砂巖和泥巖塊體：其平均粒徑約5cm左右，總含量不超過(guò)20%。考慮排距2.5~4.0km、濃度3~6%的情況，實(shí)際生

7、產(chǎn)流速取4.8m/s。 </p><p>　　實(shí)際項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)（見(jiàn)下表）與上述計(jì)算數(shù)據(jù)相吻合。 </p><p>　　3減小管線磨損的方法 </p><p>　　在本文假定工況下，降低管道內(nèi)流體速度是減少磨損的唯一途徑。降低管道內(nèi)流體流速的方法可分為：1.降低主機(jī)功率，減小泥泵轉(zhuǎn)速，降低流速；2.增加排泥管道直徑，加大過(guò)流面積，降低流速。 </p>&

8、lt;p>　　3.1減少主機(jī)功率，減小泥泵轉(zhuǎn)速，降低流速 </p><p>　　降低絞吸式挖泥船生產(chǎn)過(guò)程中主機(jī)轉(zhuǎn)速，降低功率，減小泥泵轉(zhuǎn)速，降低管內(nèi)流速。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于減小管線磨損的同時(shí)減少了相應(yīng)的燃油消耗，缺點(diǎn)是絞吸船的排量減小，單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際輸送的疏浚材料減少。 </p><p>　　3.2增加排泥管道直徑，加大過(guò)流面積，降低流速 </p><p>　　

9、保持絞吸船主機(jī)轉(zhuǎn)速處于額定狀態(tài)，增大排泥管徑，加大過(guò)流面積，降低管內(nèi)流速。該方法優(yōu)點(diǎn)在于減小管線磨損的同時(shí)保不影響絞吸船產(chǎn)量，缺點(diǎn)在于燃油消耗保持不變，且管線的制造成本增加。 </p><p>　　在保持主機(jī)原有功率不變、工況條件一樣的前提下，管線內(nèi)流體流速約5.6m/s，小時(shí)排量約12825m3，要使管線內(nèi)流體流速降到約4.8m/s，經(jīng)計(jì)算管線直徑需增加到970mm，實(shí)際按950mm考慮。 </p>

10、<p>　　4減小管線磨損的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析 </p><p>　　絞吸式挖泥船生產(chǎn)成本主要包括：燃油費(fèi)用、管線消耗費(fèi)用、牙齒消耗費(fèi)用、設(shè)備折舊費(fèi)用、人工費(fèi)用等【3】。其中燃油和管線費(fèi)占主導(dǎo)地位，牙齒、設(shè)備折舊、人工費(fèi)等受施工工藝影響較小，視為固定成本。生產(chǎn)總成本可用下式表達(dá)： </p><p>　　Q總=Q油+Q管+Q固 </p><p>　　絞吸船工

11、作時(shí)的單方成本可視該時(shí)段的成本消耗與完成產(chǎn)量的比值。在單位時(shí)間內(nèi)兩種方法的固定成本Q固視為相同，那么其單方成本公式分別可按下式進(jìn)行表述： </p><p>　?、?減小主機(jī)轉(zhuǎn)速：； </p><p>　?、?增加目標(biāo)排泥鋼管直徑： </p><p>　　上式中t為管線極限使用時(shí)長(zhǎng)，Q油及Q‘油為不同負(fù)荷條件下絞吸船的每小時(shí)油耗，Q管及Q‘管為t時(shí)段內(nèi)所消耗的不同直徑

12、管線成本，S為絞吸式挖泥船吸口截面面積；及為不同情況下吸口流體速度。在本文假定工況條件下，兩種方法最終的管內(nèi)流體速度可視為相等，均等于；故950mm管線情況下吸口流速與管內(nèi)流速存在下列關(guān)系： </p><p>　　由于鋼管在壁厚及材料一定的情況下，制作成本極大程度上與單位長(zhǎng)度的用鋼量有關(guān)，故Q管及Q‘管在900mm與950mm的條件下存在以下關(guān)系： </p><p>　　。為鋼管壁厚（假定

13、法蘭重量不變）。 </p><p>　　故兩種方法的單方成本公式可轉(zhuǎn)化為： </p><p>　　①.減少主機(jī)轉(zhuǎn)速：； </p><p>　?、?增加目標(biāo)鋼管直徑： </p><p>　　綜上可得，兩種方法的單方成本之比為： </p><p>　　參考巴基斯坦卡拉奇深水港疏浚工程施工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行公式數(shù)據(jù)分析。 <

14、/p><p><b>　　產(chǎn)量及油耗表 </b></p><p>　　注：（高速柴油價(jià)每噸折合￥7700元，采用雙泵施工） </p><p>　　目前12m長(zhǎng)度的900mm鋼管單根成本￥17850元，同樣長(zhǎng)度的950mm鋼管單根成本約￥18710元，排泥鋼管的距離以3000米計(jì)。 </p><p>　　將上述數(shù)值帶入公式：

15、</p><p>　　通過(guò)計(jì)算可以看到，在假設(shè)工況條件下，兩種方法的單方成本之比，即通過(guò)降低主機(jī)轉(zhuǎn)速降低流速以減小排泥鋼管磨損的方法具有更為合理的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 </p><p><b>　　5結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　結(jié)合工程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及公式計(jì)算分析，筆者發(fā)現(xiàn)通過(guò)“降低主機(jī)功率、減少主機(jī)轉(zhuǎn)速、降低管內(nèi)流速”的方法能同時(shí)延長(zhǎng)管線壽命并減少

16、燃油消耗，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由此可得，絞吸式挖泥船排距在一定范圍內(nèi)，開(kāi)挖軟巖，排泥濃度受到一定限制時(shí)，可通過(guò)合理降低主機(jī)轉(zhuǎn)速，降低流速，減少排泥鋼管的磨損，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　{1}高萬(wàn)夫，管道彎頭磨損特性的研究，石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2003.12. </p><p>