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    復合軟管的作用力及采礦工藝

    - 2021-08-04-

          隨著各國陸地資源的日趨減少,戰略資源的競爭焦點逐步轉向海洋,海洋礦產資源已成為世界各國關注的。目前較有商業開采前景的采礦工藝是固液兩相流管道提升式,該工藝利用海底集礦車采集礦石,再利用管道將礦石提升到水面采礦船上。該開采方式具有環保、低成本和適合深海采礦運輸等特點。

          復合軟管為滿足集礦車回采路徑的需要及適應海底地形起伏變化,需在中繼倉與集礦車之間連接一段軟管,使采礦系統易于控制、操作及采礦,從而使采礦過程指數顯著提高。軟管空間形態在整個深海采礦系統中具有重要作用,但軟管復雜的空間形態不利于輸送固體礦石,容易發生堵管事故。因此如何軟管是深海采礦系統設計所面臨的重要問題之一。

          在重力作用下,軟管可能觸及海底,管道與海底的摩擦力將使集礦車無法運動,因此,在軟管上加裝浮力材料,使其懸浮在海水中。通過在輸送軟管上添加浮力球,使軟管在水中的整體浮力與重力大致相當。如浮力不夠,在濃度較大時,軟管很有可能觸及海底;如浮力比整體重力大很多,將減少集礦車接地比壓,影響其運動性能。因此,軟管浮力材料的配置需要優化計算。

          輸送軟管的形態變化不僅受到集礦車拖曳力和軟管自身的重力、浮力作用,還受到軟管內部固液兩相流對軟管的作用力,主要受到的力為內流流體的沖力和重力。

          因此,當軟管中固體顆粒的體積濃度越高時,內流流體密度變大,固液兩相流對軟管的壓力也隨之增大,從而導致軟管隆起幅度變小,且軟管兩側下垂幅度變大。

          因此,當復合輸油軟管懸浮在水中且外流條件不變時,軟管形態變化主要受集礦車拖曳力和軟管內流特性的影響。軟管形態的主要影響因素有軟管的內流流速、內流密度及集礦車的位移距離等。因此本文通過試驗,研究這幾個因素對軟管形態變化的影響,探究軟管的內流流速、內流密度及集礦車移動距離與軟管形態之間的關系。

          輸油管道性能較差,且存在明顯缺陷。受到多個方面的因素影響,部分輸油管道無法其施工質量,復合輸油軟管其在施工材料的選取方面就存在的缺陷。部分輸油管道性能未達到相關標準,導致其在后期運行中出現不同程度的泄漏問題。例如,我國秦京一線輸油管道在建設初期選用石油瀝青作為輸油管道主要的材料,然而在運行5年之后,層整體出現老化現象,局部出現龜裂,從而導致輸油管道后期運行中出現泄漏問題。

          此外,在運輸階段和施工階段,管道外部層可能受到破壞,再加上施工過程探傷技術匾乏,從而影響了輸油管道后期運行過程中的性,由此可能引發泄漏、火災以及爆炸事故等嚴重后果例如,我國秦京一線輸油管道運行過程當中,就因瀝青層補口質量低而導致輸油管道管體受到嚴重腐蝕,引發泄漏。

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