Не всички насипни материали са еднакво трудни за отстраняване от силоза. Някои изтичат с минимална намеса. Други изискват дни чукване, рязане и изкопаване. Разбирането защо материалите се различават по своята трудност при почистване е първата стъпка към разработването на ефективни стратегии за почистване и избора на подходящи методи за намеса.
Тази статия предоставя практическо справочно ръководство за свойствата на материала, които определят трудността при почистване. Той обяснява как всяко свойство влияе върху поведението на натрупване и изискванията за почистване. Той предлага прости тестове, които инженерите в инсталациите могат да извършат, за да характеризират своите материали. И предоставя насоки за съпоставяне на методите за почистване със свойствата на материала.
Размер на частиците и разпределение
Размерът на частиците е най-видимото свойство на материала и има пряк ефект върху трудността на почистването.
Грубите материали с частици, по-големи от около пет милиметра, обикновено се почистват по-лесно от фините материали. Частиците имат по-малка повърхност на единица маса, което означава по-малко налична площ за адхезионни сили. Те също така са по-малко склонни да образуват сплотени арки. Механични дъги могат да се появят, когато големи частици се зацепват, но те обикновено са по-лесни за счупване, отколкото кохезионните арки във фини материали.
Фините материали с частици, по-малки от сто микрона, се почистват значително по-трудно. Високата повърхност на единица маса позволява да се развият силни ван дер ваалсови сили и електростатично привличане. Фините материали се консолидират под натиск и придобиват здравина с времето. Те образуват плътни, твърди отлагания, които са устойчиви на механично разрушаване.
Разпределението на размера на частиците, а не само средният размер, също има значение. Материали с широко разпределение по размер, което означава смес от големи и малки частици, често са по-трудни за почистване от материали с тясно разпределение. Малките частици запълват пространствата между големите частици, създавайки плътна опаковка, която е силно кохезивна.
Практическата оценка на размера на частиците не изисква лабораторно оборудване. Прост ситов анализ, използващ стандартни екрани, предоставя полезни данни. За повечето инженери в инсталациите уместното разграничение е дали материалът е достатъчно груб, за да се обработва с прости инструменти, или достатъчно фин, за да изисква захранващо оборудване или водна струя.
Съдържание на влага
Влагата е единственият най-важен фактор за трудността при почистване на повечето насипни материали. Материал, който е сух и свободно течащ, може да стане лепкав и неподвижен, когато влагата се увеличи.
Ефектът на влагата зависи от материала. За много прахове има критично съдържание на влага, над което потокът става ненадежден. Под това ниво материалът се държи като свободно течащо твърдо вещество. Над него материалът развива кохезивна якост, която се увеличава с влага. Критичното ниво на влага варира в широки граници. Циментът може да прояви ефект при нива на влага, по-ниски от един процент. Други материали могат да понасят десет процента или повече, преди да станат проблематични.
Влагата също влияе на почистването по вторичен начин. Когато се добави вода за отстраняване на запушване, чрез водна струя или чрез кондензация, това може да доведе до втвърдяване или фиксиране на останалия материал. Циментът и варът са класически примери, при които добавянето на вода влошава проблема, а не подобрява.
Измерването на съдържанието на влага изисква просто оборудване. Влагомер или лабораторна пещ могат да предоставят количествени данни. Дори качествена оценка, като изстискване на шепа материал и наблюдение дали се държи заедно, предоставя полезна информация за решения за стратегия за почистване.
За съоръжения, които работят с чувствителни към влага материали, контролирането на влагата често е по-ефективно от управлението на почистването. Подобреното уплътняване на покрива, по-добрите уплътнения на входа и изхода и климатизираният въздух могат да намалят навлизането на влага и честотата на почистване.
Кохезия и ъгъл на покой
Кохезията е вътрешната якост на насипния материал. Материалите с висока кохезия се слепват и се противопоставят на потока. Материалите с ниска кохезия текат лесно.
Кохезията често се свързва с размера на частиците и влагата, но това е отделно свойство. Някои фини, сухи материали имат ниска кохезия и текат свободно. Други, дори когато са сухи, имат висока кохезия поради формата на частиците или електростатичните ефекти.
Ъгълът на покой е практически показател за кохезия. Това е максималният ъгъл, под който купчина материал може да бъде подредена, преди да се срути. Материалите с ниски ъгли на откос, по-малки от тридесет градуса, имат ниска кохезия и текат лесно. Материалите с високи ъгли на откос, над четиридесет и пет градуса, имат висока кохезия и са трудни за течливост.
Измерването на ъгъла на покой изисква просто изливане на материал върху равна повърхност и измерване на ъгъла на получения конус. Този тест може да се извърши с малка проба в заводската лаборатория или дори в сервиза за поддръжка.
Материалите с висока кохезия изискват по-агресивни методи за почистване. Обикновената вибрация или ръчкане може да не са достатъчни. Може да са необходими електрически къртачи, водна струя или оборудване за разрушаване с дистанционно управление. Материалите с ниска кохезия често могат да бъдат почистени с вибрации или щанги.
Твърдост и абразивност
Твърдостта е устойчивостта на материала на механично разрушаване. Твърдите материали са трудни за разбиване. Меките материали се чупят лесно.
Твърдостта става значителна, когато материалът се консолидира в твърди отлагания. Циментовите отлагания могат да достигнат твърдост, сравнима с бетона. Някои химични междинни продукти могат да образуват изключително твърди кори, които са устойчиви на механични разбивачи.
Абразивността е свързана с твърдостта, но се отнася до ефекта на материала върху оборудването. Абразивните материали износват върховете на къртачите, режещите инструменти и обшивките на силозите. Високата абразивност увеличава разходите за почистване и повредата на силоза.
Тестването на твърдостта не изисква специализирано оборудване. Прост тест за надраскване, подобен на теста за минерална твърдост, може да даде груба оценка. Материалите, които могат да се надраскат с джобно ножче, са меки. Материалите, които затъпяват ножа, са твърди. Материалите, които изобщо не могат да бъдат надраскани, са много твърди и изискват специално оборудване за отстраняване.
Твърдите материали често изискват водна струя като основен метод за отстраняване. Водната струя прорязва твърдите отлагания без износването и разкъсването, което изпитват механичните къртачи. Водното налягане трябва да съответства на твърдостта на материала. По-меките материали могат да се повредят от прекомерен натиск.
Функция на потока и свиваемост
Функцията на потока е връзката между напрежението, приложено върху даден материал, и способността му да тече. Това е най-пълната характеристика на поведението на потока, но изисква лабораторно изследване, за да се определи точно.
За практически цели свиваемостта служи като заместител на функцията на потока. Свиваемостта е намаляването на обема, което се получава, когато материалът е подложен на натиск. Материали с висока свиваемост обикновено са трудни за течливост, тъй като частиците се консолидират плътно.
Един прост тест за свиваемост включва поставяне на проба от материал в градуиран цилиндър, прилагане на известно тегло и измерване на намаляването на обема. Намаляването на обема като процент от първоначалния обем е свиваемостта. Материали със свиваемост над тридесет процента се считат за силно свиваеми и трудно течливи.
Силно компресируемите материали изискват специално внимание към дизайна на силоза и честотата на почистване. Те са склонни към консолидация по време на съхранение и може да изискват по-често почистване от по-малко компресируемите материали. Средства за подпомагане на потока, като въздушни оръдия или флуидизатори, често са от полза за компресируеми материали.
Температурна чувствителност
Температурата влияе както върху свойствата на материала, така и върху процеса на почистване. Някои материали стават по-лесни за работа при нагряване. Други стават по-трудни.
Материали, които се омекотяват от топлина, като някои смоли или асфалти, могат да станат по-трудни за почистване при нагряване, защото стават по-лепкави. Материалите, които се разширяват с топлина, могат да станат по-малко плътни и да текат по-лесно. Ефектът от температурата е специфичен за материала и трябва да се определя за всяка ситуация.
Температурата също влияе върху безопасността. Силози, които съдържат горещи материали, като например летлива пепел от електроцентрали, представляват термични опасности за работниците и оборудването. Почистването на горещи силози изисква допълнителни предпазни мерки.
Практическото значение на температурната чувствителност е, че може да се наложи стратегията за почистване да варира в зависимост от температурата. Метод, който работи при стайна температура, може да се провали при повишена температура. Съоръженията, които работят с чувствителни към температура материали, трябва да вземат предвид температурата при планирането на почистването си.
Химични свойства
Химическите свойства на материала влияят както върху поведението му при течливост, така и върху безопасността на почистващите операции.
Материали, които реагират с вода, като цимент, вар или някои химически катализатори, стават по-трудни за почистване, когато се въведе влага. Водната струя, която е ефективна за много материали, е неподходяща за тези материали. Механичното отстраняване е предпочитаният метод.
Корозивните материали изискват специална обработка. Киселинните или основни материали могат да повредят оборудването и да навредят на работниците. Почистващото оборудване, използвано за корозивни материали, трябва да бъде направено от съвместими материали и може да изисква специални процедури за почистване.
Материалите, които са токсични или опасни, изискват стриктни процедури за безопасност. Методът на почистване трябва да предотвратява образуването и излагането на прах. Оборудването с дистанционно управление често се предпочита за опасни материали, за да се сведе до минимум експозицията на персонала.
Разбирането на химичните свойства на материала е от съществено значение за избора на безопасни методи за почистване. Информационният лист за безопасност на материала предоставя тази информация и трябва да бъде прегледан преди всяка операция по почистване.
Практически методи за оценяване
Инженерите в инсталациите могат да оценят своите материали, като използват прости, евтини методи, които предоставят полезна информация за планиране на почистването.
Тестът за шепа е най-простата оценка. Вземете шепа материал и го изстискайте. Ако се разпадне при освобождаване, има ниска кохезия. Ако се държи заедно в буца, има висока кохезия. Тестът за шепа също показва съдържание на влага. Ако материалът оставя влага върху ръката, тя е мокра.
Тестът за пилот предоставя данни за ъгъла на откос. Изсипете материала върху равна повърхност и измерете ъгъла на купчината. Ниският ъгъл показва добър поток. Високият ъгъл показва слаб поток.
Тестът за надраскване показва твърдост. Опитайте се да надраскате материала с джобно ножче. Ако се драска лесно значи е мека. Ако издържа на надраскване, значи е твърд. Ако не може да се надраска, значи е много твърд.
Водният тест показва чувствителност към влага. Добавете малко количество вода към пробата. Ако материалът стегне или се втвърди, водната струя не е подходяща. Ако материалът остане рохкав, водната струя може да бъде ефективна.
Тестът за слягане показва свиваемост. Напълнете прозрачен контейнер с материал, приложете натиск и измерете намаляването на обема. Голямото намаление на обема показва висока свиваемост и труден поток.
Тези тестове не са точни. Те не заместват лабораторните изследвания. Но те предоставят полезни насоки за избор на метод за почистване и се предлагат безплатно.
Съвпадение на свойствата с методите за почистване
Ръководството по-долу предоставя рамка за съпоставяне на свойствата на материала с методите за почистване.
Сухите материали с ниска кохезия с големи частици и ниска влажност са най-лесни за почистване. Обикновено са достатъчни вибрации или бутване. Ако изобщо е необходимо почистване, то може да се направи с прости инструменти.
Сухите, фини материали с ниска влажност, но малки частици все още могат да бъдат трудни поради кохезионните сили. Въздушните оръдия или флуидизаторите често са ефективни. За упорити запушвания може да е необходимо оборудване с дистанционно управление.
Мокрите материали с високо съдържание на влага са трудни за механично почистване, тъй като материалът полепва по инструменти и оборудване. Водната струя може да е ефективна, но само ако материалът не реагира с водата. За чувствителни към вода материали е необходимо механично отстраняване с внимателен контрол на влагата.
Закалените материали с висока твърдост изискват мощни методи. Оборудването за разрушаване с дистанционно управление с хидравлични къртачи е предпочитаният метод. Водната струя под високо налягане също може да бъде ефективна. Ръчното въвеждане с ръчни инструменти не е подходящо за втвърдени материали.
Абразивните материали изискват издръжливо оборудване. Накрайниците на къртачите и режещите инструменти се износват бързо. Поддръжката на оборудването е от съществено значение. Може да се предпочита водна струя, която няма износващи се части в контакт с материала.
Опасните материали изискват дистанционни методи. Влизането на персонал трябва да се избягва. Оборудването с дистанционно управление, правилно поддържано и управлявано, е стандартният подход.
Използване на оценката на материала в превантивното планиране
Оценката на материала не е еднократна дейност. Свойствата на материала се променят с условията на снабдяване, обработка и съхранение. Редовната оценка гарантира, че методите за почистване остават подходящи.
Когато се въведе нов материален източник, направете простите тестове, описани в тази статия. Сравнете резултатите с предишни материали. Ако новият материал е значително различен, коригирайте честотата и методите на почистване.
Когато сезонните промени влияят на съдържанието на влага, коригирайте процедурите за почистване. Материалите, които са сухи през лятото, могат да бъдат мокри през зимата. Планът за почистване трябва да отчита тези сезонни вариации.
Когато продължителността на съхранение на материала се промени, преоценете свойствата му. Материалите, съхранявани по-дълго, могат да станат по-твърди и по-трудни за почистване. Ако продължителността на съхранение се увеличава, може да се наложи почистването да стане по-агресивно.
Документирайте резултатите от оценките на материалите. Поддържайте запис на свойствата на материала за всеки силоз и всеки тип материал. Използвайте този запис, за да ръководите решенията за почистване и да идентифицирате тенденции, които може да показват развиващи се проблеми.
Заключение
Свойствата на материала определят трудността на почистването. Разбирането на тези свойства позволява на инженерите в завода да изберат подходящи методи за почистване, да оценят времето и разходите за почистване и да планират превантивна поддръжка.
Простите методи за оценка, описани в тази статия, са достъпни за всеки инсталационен инженер без специализирано оборудване. Тестът за шепа, тестът за купчина, тестът за надраскване, тестът за вода и тестът за слягане предоставят практическа информация, която насочва решенията за почистване.
Най-важното свойство за повечето материали е съдържанието на влага. Сухите материали текат по-лесно от мокрите. Контролът на влагата често е най-ефективната превантивна мярка. За материали, които не могат да бъдат контролирани, методите за почистване трябва да бъдат избрани въз основа на техните други свойства.
Размерът на частиците, кохезията, твърдостта, свиваемостта, температурната чувствителност и химичните свойства влияят върху трудността на почистването. Съгласуването на метода на почистване с тези свойства увеличава вероятността за успех и намалява времето и разходите за почистване.
Инженерите в заводите, които разбират техните материали, вземат по-добри решения за почистване. Те почистват, когато е необходимо, а не по фиксиран график. Те избират методи, които работят, а не методи, които са налични. И те предотвратяват проблеми, като предвиждат как свойствата на материала ще повлияят на производителността на силоза.
