[发明专利]低气压远距离管道输送软粘土技术

说明书

技术领域

本发明是一种新型的远距离管道输送软粘土方法与设备，涉及非牛流——宾哈姆体 (Bingham)输送技术。

背景技术

在堤坝工程中粘土层作为防渗是至关重要的，在海岸工程和海岛工程施工中，常要求在 离堤坝几百米甚至几千米以外取土，进行堤坝的土方闭气。这类土层粘性大，强度低、含水 量大，陆上机械下不去，水上机械上不来，现有的设备难以发挥作用，人工又无法施工。

在水库、湖泊、河道中，日积月累，渐渐地沉积起越来越厚的泥层，使河床提高。这不 但减少库容，污染环境，影响交通，而且在汛期会使洪水泛滥，危及堤防，造成水灾。据报 道，近年来我国由于淤涨消失的湖泊近百个。黄河下游属于冲淤变化剧烈的游荡性河道，河 床高于两岸地面3-5m，最高达10m，整治河道清淤疏导是黄河下游急需解决的问题。黄河下 游的淤背固堤，滩滩刷槽，淤地改土都涉及到软粘土的输送。

另外，原生煤泥、城市污泥、造纸污泥等一类工业副产品和废弃物，其浓度(固含量) 一般都是现有生产工艺中所能获得的最高浓度(以符合“减量化原则”，最大程度减小体积 和重量)，如煤泥浓度为70％以上，城市污泥(“脱水污泥”)的浓度为20％以上，造纸废渣 的浓度为40％以上。目前全国煤泥年产量已达2000～3000万吨；污水厂脱水污泥全国年产 量约2100万吨，折合干污泥420万吨，占生活垃圾量的40～60％；一个大型的造纸厂全年 的造纸废渣污泥为2～3万吨，全国合计数量巨大。在石油、化工、采矿、环保等诸多方面， 都涉及到软粘物料的管道输送。

可见，软粘土远距离管道输送方法与设备，具有广阔的市场需求和广泛的应用前景。

但是，软粘土既非固体，又非液体，特别是高浓度、高粘性、低强度软粘土为非牛顿流 体，隶属于宾哈姆(Bingham)体的范畴，很难实现远程管道输送。这种非牛顿流体特性及其 在扰动下的再固结特性，在输送过程中具有很大的粘滞阻力。现有技术认为，气体、液体和 粉粒状固体可用管道输送，理论也比较成熟完善。而粘塑性物料的输送理论鲜见研究和报道， 一般来说Bingham流体表观粘度大，在管内流动时阻力很大，输送的能耗较高，认为无法用 管道输送。就输送设备的现有技术来说，泥浆浓度大于30％就无法输送；粉粒状干土稍有潮 湿就无法输送。而在工程中大量泥土的自然状态都处于难以用管道输送的范围。因此软粘物 料的远距离管道输送是迫切需要解决的，同时具有理论研究意义的国际性难题。

通过检索国内外专利文献及相关的数据库，从寻找到的资料可见，很多专家学者的研究 在这一技术领域，做出了积极的贡献。自从流变学在上世纪20年代成为独立学科以来，国内 外对Bingham流体进行了一些基础和应用研究。美国印地安纳州Lafayette学院的Bingham 教授首先提出了粘塑性流体的概念，Truesdell在第四届国际流变学会议上介绍了流动和变 形的理性力学，奠定了流变学更严密的理论基础，流变学得到了很大的发展。作为流变学研 究的一个重要组成部分，上世纪70年代以来国外对Bingham流体的管流及管道输送作了一些 研究，主要集中在Bingham流体管流的流速分布、流体结构、管壁摩擦阻力、压降规律等方 面。国内对Bingham流体也做了一些有益的理论和应用研究。但除本课题组成员以外未发现 采用有效的方法，实现软粘物料远距离管道输送的方法与设备。已见本课题组成员有关将软 粘土管道输送的方法与设备的研究与应用；中国专利：桥式海涂土方筑堤机(92239175.0)， 一种气力输泥方法及系统(93104552.5)，表面膜减阻方法与粘塑性物料管道输送技术 (200710126557.X)，环保型清淤输泥设备(00247696.7)，用于铺设管道的水上浮体 (200720153007.2)，粘塑性物料管道输送设备(200720156216.2)，软粘物料输送管道水上 铺设方法与装置(200710194649.1)，“根据大量的文献分析，本课题组成员无论在理论研究， 还是工程实践中；无论是专用设备研究上，还是施工工艺设计上；都做出了开创性的贡献。 有效地解决了软粘物料远距离管道输送的诸多难题”。