Не всі сипучі матеріали однаково складно видалити з силосу. Деякі витікають з мінімальним втручанням. Для інших потрібні дні довбання, різання та копання. Розуміння того, чому матеріали відрізняються за складністю очищення, є першим кроком до розробки ефективних стратегій очищення та вибору відповідних методів втручання.
Ця стаття містить практичний довідковий посібник щодо властивостей матеріалу, які визначають складність очищення. Тут пояснюється, як кожна властивість впливає на поведінку накопичення та вимоги до очищення. Він пропонує прості тести, які інженери заводу можуть виконати для характеристики своїх матеріалів. Він містить вказівки щодо підбору методів очищення до властивостей матеріалу.
Розмір частинок і розподіл
Розмір частинок є найбільш помітною властивістю матеріалу, і він безпосередньо впливає на складність очищення.
Грубі матеріали, частинки яких перевищують п’ять міліметрів, зазвичай легше чистити, ніж дрібні. Частинки мають меншу площу поверхні на одиницю маси, що означає меншу площу, доступну для сил адгезії. Вони також мають меншу ймовірність утворення зв’язаних дуг. Механічні дуги можуть виникати, коли великі частинки зчіплюються, але їх зазвичай легше зламати, ніж когезійні дуги в дрібних матеріалах.
Дрібні матеріали з частинками розміром менше ста мікрон значно складніше очистити. Велика площа поверхні на одиницю маси дозволяє розвивати сильні сили Ван-дер-Ваальса та електростатичне притягання. Тонкі матеріали ущільнюються під тиском і з часом набувають міцності. Вони утворюють щільні тверді відкладення, стійкі до механічного руйнування.
Розподіл частинок за розміром, а не лише середній розмір, також має значення. Матеріали з широким розподілом за розміром, тобто суміш великих і дрібних частинок, часто важче очистити, ніж матеріали з вузьким розподілом. Маленькі частинки заповнюють простір між великими частинками, створюючи щільну упаковку, яка забезпечує високу когезію.
Практична оцінка розміру частинок не вимагає лабораторного обладнання. Простий ситовий аналіз із використанням стандартних екранів надає корисні дані. Для більшості заводських інженерів важливою відмінністю є те, чи є матеріал досить грубим, щоб з ним працювати простими інструментами, чи достатньо тонким, щоб вимагало механічного обладнання або водоструйної обробки.
Вміст вологи
Волога є найважливішим фактором, що впливає на складність очищення більшості сипучих матеріалів. Сухий і сипучий матеріал може стати липким і нерухомим при підвищенні вологи.
Вплив вологи залежить від матеріалу. Для багатьох порошків існує критичний вміст вологи, вище якого потік стає ненадійним. Нижче цього рівня матеріал поводиться як вільно текуче тверде тіло. Над нею матеріал розвиває когезійну міцність, яка збільшується із зволоженням. Критичний рівень вологості коливається в широких межах. Цемент може проявляти ефект при рівні вологості всього один відсоток. Інші матеріали можуть витримати десять і більше відсотків, перш ніж стати проблематичними.
Волога також впливає на очищення вторинним чином. Коли вода додається для усунення засмічення, або через струмінь води, або через конденсацію, це може призвести до затвердіння або схоплювання залишків матеріалу. Цемент і вапно є класичними прикладами, коли додавання води погіршує проблему, а не покращує її.
Вимірювання вмісту вологи вимагає простого обладнання. Кількісні дані можуть надати вологомір або лабораторна піч. Навіть якісна оцінка, наприклад, стиснення жмені матеріалу та спостереження, чи він тримається разом, надає корисну інформацію для прийняття рішень щодо стратегії очищення.
Для об’єктів, які обробляють чутливі до вологи матеріали, контроль вологи часто ефективніший, ніж керування прибиранням. Покращена герметичність даху, кращі ущільнення на вході та виході, а також кондиціоноване повітря можуть зменшити проникнення вологи та частоту очищення.
Когезія і кут природного укосу
Когезія - це внутрішня міцність сипучого матеріалу. Матеріали з високою когезією злипаються і перешкоджають течії. Матеріали з низькою когезією легко розтікаються.
Когезія часто корелює з розміром частинок і вологістю, але це окрема властивість. Деякі дрібні сухі матеріали мають низьку когезію та вільно розтікаються. Інші, навіть коли вони сухі, мають високу когезію через форму частинок або електростатичні ефекти.
Кут природного укосу є практичним показником згуртованості. Це максимальний кут, під яким можна скласти купу матеріалу до того, як вона зруйнується. Матеріали з низькими кутами природного укосу, менше тридцяти градусів, мають низьку когезію і легко текуть. Матеріали з великими кутами природного укосу, понад сорок п'ять градусів, мають високу когезію і важко текучі.
Для вимірювання кута природного укосу потрібно просто насипати матеріал на рівну поверхню та виміряти кут отриманого конуса. Цей тест можна провести з невеликим зразком у заводській лабораторії або навіть у майстерні технічного обслуговування.
Матеріали з високою когезією вимагають більш агресивних методів очищення. Простої вібрації або штовхання може бути недостатньо. Можуть знадобитися механічні відбійники, водоструйне обладнання або обладнання для знесення з дистанційним керуванням. Матеріали з низькою когезією часто можна очистити за допомогою вібрації або стержня.
Твердість і абразивність
Твердість - це стійкість матеріалу до механічних пошкоджень. Тверді матеріали важко зламати. М'які матеріали легко зламати.
Твердість стає значною, коли матеріал консолідується у тверді відкладення. Цементні відкладення можуть досягати твердості, порівнянної з бетоном. Певні хімічні проміжні продукти можуть утворювати надзвичайно тверді кірки, стійкі до механічних пошкоджень.
Абразивність пов’язана з твердістю, але стосується впливу матеріалу на обладнання. Абразивні матеріали зношують наконечники відбійника, ріжучі інструменти та вкладиші силосу. Висока абразивність збільшує витрати на очищення та пошкодження силосу.
Для перевірки твердості не потрібне спеціальне обладнання. Простий тест на подряпини, подібний до тестування мінеральної твердості, може дати приблизну оцінку. Матеріали, які можна подряпати кишеньковим ножем, м'які. Тверді матеріали, які затуплюють ніж. Матеріали, які взагалі неможливо подряпати, дуже тверді, і для їх видалення потрібне спеціальне обладнання.
Тверді матеріали часто потребують водоструминної обробки як основного методу видалення. Струменева вода прорізає тверді відкладення без зношування, яке відчувають механічні молоти. Тиск води повинен відповідати твердості матеріалу. М’які матеріали можуть бути пошкоджені надмірним тиском.
Функція потоку та стисливість
Функція течії — це співвідношення між напругою, прикладеною до матеріалу, та його здатністю течі. Це найповніша характеристика поведінки потоку, але для її точного визначення потрібні лабораторні випробування.
Для практичних цілей стисливість служить проксі для функції потоку. Стисливість - це зменшення об'єму, яке відбувається, коли матеріал піддається тиску. Матеріали з високою стисливістю, як правило, важко текучі, оскільки частинки щільно консолідуються.
Простий тест на стисливість передбачає розміщення зразка матеріалу в градуйований циліндр, застосування відомої ваги та вимірювання зменшення об’єму. Зменшення об’єму у відсотках від початкового об’єму є стисливістю. Матеріали зі стисливістю вище тридцяти відсотків вважаються високостисливими і важко текучими.
Матеріали з високою стисливістю вимагають особливої уваги до конструкції силосу та частоти очищення. Вони схильні до консолідації під час зберігання і можуть вимагати більш частого очищення, ніж менш стислі матеріали. Допоміжні засоби потоку, такі як пневматичні гармати або флюїдизатори, часто є корисними для матеріалів, що стискаються.
Температурна чутливість
Температура впливає як на властивості матеріалу, так і на процес очищення. З деякими матеріалами легше працювати при нагріванні. Іншим стає складніше.
Матеріали, які розм’якшуються під дією тепла, наприклад певні смоли або асфальт, може стати важчим для очищення під час нагрівання, оскільки вони стають більш липкими. Матеріали, які розширюються під дією тепла, можуть стати менш щільними та легшими. Вплив температури залежить від матеріалу і має визначатися для кожної ситуації.
Температура також впливає на безпеку. Силоси, які містять гарячі матеріали, такі як попіл від електростанцій, становлять термічну небезпеку для працівників та обладнання. Очищення гарячих силосів вимагає додаткових заходів безпеки.
Практичний висновок температурної чутливості полягає в тому, що стратегія очищення може змінюватися залежно від температури. Метод, який працює при температурі навколишнього середовища, може дати збій при високій температурі. Підприємства, де працюють із чутливими до температури матеріалами, повинні враховувати температуру при плануванні очищення.
Хімічні властивості
Хімічні властивості матеріалу впливають як на текучість, так і на безпеку очищення.
Матеріали, які реагують з водою, такі як цемент, вапно або деякі хімічні каталізатори, стає важче очистити, коли в них потрапляє волога. Водоструминний струмінь, ефективний для багатьох матеріалів, для цих матеріалів не підходить. Механічне видалення є кращим методом.
Їдкі матеріали потребують спеціального поводження. Кислотні або основні матеріали можуть пошкодити обладнання та завдати шкоди працівникам. Обладнання для чищення, що використовується для корозійних матеріалів, має бути виготовлено із сумісних матеріалів і може потребувати спеціальних процедур очищення.
Токсичні або небезпечні матеріали вимагають суворих процедур безпеки. Метод очищення повинен запобігати утворенню пилу та впливу пилу. Обладнання з дистанційним керуванням часто надається перевагу для небезпечних матеріалів, щоб мінімізувати вплив на персонал.
Розуміння хімічних властивостей матеріалу є важливим для вибору безпечних методів очищення. Паспорт безпеки матеріалу містить цю інформацію, і його слід переглянути перед будь-якими операціями очищення.
Практичні методи оцінювання
Інженери заводу можуть оцінити свої матеріали за допомогою простих недорогих методів, які надають корисну інформацію для планування очищення.
Жменька тестів є найпростішою оцінкою. Візьміть жменю матеріалу і стисніть його. Якщо він розвалюється при відпусканні, він має низьку когезію. Якщо він тримається разом у грудку, він має високу когезію. Жменя тесту також вказує на вміст вологи. Якщо матеріал залишає вологу на руці, він мокрий.
Випробування палі надає дані про кут природного укосу. Насипте матеріал на рівну поверхню і виміряйте кут нахилу палі. Низький кут вказує на хороший потік. Високий кут свідчить про поганий потік.
Тест на подряпини вказує на твердість. Спробуйте подряпати матеріал кишеньковим ножем. Якщо він легко дряпається, він м’який. Якщо він протистоїть подряпинам, він твердий. Якщо його неможливо подряпати, він дуже твердий.
Тест на воду вказує на чутливість до вологи. Додайте невелику кількість води до зразка. Якщо матеріал схоплюється або затвердіє, обприскування водою не підходить. Якщо матеріал залишається пухким, ефективним може бути водоструйне очищення.
Тест на осідання вказує на стисливість. Наповніть прозорий контейнер матеріалом, прикладіть тиск і виміряйте зменшення об’єму. Велике зменшення об'єму вказує на високу стисливість і труднощі течії.
Ці тести не є точними. Вони не замінюють лабораторні дослідження. Але вони надають корисні вказівки щодо вибору методу очищення та доступні безкоштовно.
Відповідність властивостей методам очищення
У наведених нижче інструкціях наведено основу для встановлення відповідності між властивостями матеріалу та методами очищення.
Сухі матеріали з низькою когезією з великими частинками та низьким вмістом вологи легше чистити. Зазвичай достатньо вібрації або штовхання. Якщо чищення взагалі знадобиться, це можна зробити простими інструментами.
Сухі дрібні матеріали з низьким вмістом вологи, але дрібні частинки все ще можуть бути складними через когезійні сили. Пневматичні гармати або флюідизатори часто ефективні. Для упорних завалів може знадобитися обладнання з дистанційним керуванням.
Вологі матеріали з високим вмістом вологи важко очистити механічним шляхом, оскільки матеріал прилипає до інструментів та обладнання. Струменева вода може бути ефективною, але тільки якщо матеріал не реагує з водою. Для чутливих до води матеріалів потрібне механічне видалення з ретельним контролем вологості.
Загартовані матеріали з високою твердістю вимагають потужних методів. Обладнання для знесення з дистанційним керуванням із гідравлічними молотами є кращим методом. Струменева вода під високим тиском також може бути ефективною. Ручне введення за допомогою ручних інструментів не підходить для твердих матеріалів.
Абразивні матеріали вимагають міцного обладнання. Наконечники відбійника та ріжучі інструменти швидко зношуються. Обслуговування обладнання є важливим. Водоструминна обробка, яка не має зношуваних частин, що контактують з матеріалом, може бути кращою.
Для небезпечних матеріалів потрібні дистанційні методи. Слід уникати входу персоналу. Обладнання з дистанційним керуванням, яке належним чином обслуговується та експлуатується, є стандартним підходом.
Використання оцінки матеріалів у профілактичному плануванні
Оцінка матеріалу – це не разова діяльність. Властивості матеріалу змінюються залежно від умов отримання, обробки та зберігання. Регулярна оцінка гарантує, що методи очищення залишаються відповідними.
Коли вводиться нове джерело матеріалу, проведіть прості тести, описані в цій статті. Порівняйте результати з попередніми матеріалами. Якщо новий матеріал значно відрізняється, відкоригуйте частоту та методи очищення.
Якщо сезонні зміни впливають на вміст вологи, скорегуйте процедури очищення. Матеріали, сухі влітку, можуть бути вологими взимку. План очищення повинен враховувати ці сезонні коливання.
При зміні терміну зберігання матеріалу переоцініть його властивості. Матеріали, що зберігаються довше, можуть стати твердішими, і їх складніше чистити. Якщо тривалість зберігання збільшується, чищення може бути більш агресивним.
Задокументувати результати оцінки матеріалів. Ведіть записи про властивості матеріалу для кожного силосу та кожного типу матеріалу. Використовуйте цей запис, щоб керувати рішеннями щодо прибирання та визначити тенденції, які можуть вказувати на розвиток проблем.
Висновок
Властивості матеріалу визначають складність очищення. Розуміння цих властивостей дозволяє інженерам заводу вибрати відповідні методи очищення, оцінити час і вартість очищення та спланувати профілактичне обслуговування.
Прості методи оцінки, описані в цій статті, доступні будь-якому інженеру без спеціального обладнання. Тест на жменьку, тест на ворс, тест на подряпини, тест на воду та тест на осідання надають практичну інформацію, яка спрямовує рішення щодо чищення.
Найважливішою властивістю більшості матеріалів є вологість. Сухі матеріали течуть легше, ніж вологі. Контроль вологості часто є найефективнішим профілактичним заходом. Для матеріалів, вологість яких не можна контролювати, методи очищення необхідно вибирати з урахуванням інших їхніх властивостей.
Розмір частинок, когезія, твердість, стисливість, температурна чутливість і хімічні властивості впливають на складність очищення. Відповідність методу очищення цим властивостям підвищує ймовірність успіху та скорочує час і вартість очищення.
Інженери заводу, які розуміються на своїх матеріалах, приймають кращі рішення щодо очищення. Вони прибирають за потреби, а не за фіксованим графіком. Вони вибирають методи, які працюють, а не методи, які доступні. І вони запобігають проблемам, передбачаючи, як властивості матеріалу вплинуть на продуктивність силосу.
