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复合软管的作用力及采矿工艺

- 2021-08-04-

      随着各国陆地资源的日趋减少,战略资源的竞争焦点逐步转向海洋,海洋矿产资源已成为世界各国关注的。目前较有商业开采前景的采矿工艺是固液两相流管道提升式,该工艺利用海底集矿车采集矿石,再利用管道将矿石提升到水面采矿船上。该开采方式具有环保、低成本和适合深海采矿运输等特点。

      复合软管为满足集矿车回采路径的需要及适应海底地形起伏变化,需在中继仓与集矿车之间连接一段软管,使采矿系统易于控制、操作及采矿,从而使采矿过程指数显著提高。软管空间形态在整个深海采矿系统中具有重要作用,但软管复杂的空间形态不利于输送固体矿石,容易发生堵管事故。因此如何软管是深海采矿系统设计所面临的重要问题之一。

      在重力作用下,软管可能触及海底,管道与海底的摩擦力将使集矿车无法运动,因此,在软管上加装浮力材料,使其悬浮在海水中。通过在输送软管上添加浮力球,使软管在水中的整体浮力与重力大致相当。如浮力不够,在浓度较大时,软管很有可能触及海底;如浮力比整体重力大很多,将减少集矿车接地比压,影响其运动性能。因此,软管浮力材料的配置需要优化计算。

      输送软管的形态变化不仅受到集矿车拖曳力和软管自身的重力、浮力作用,还受到软管内部固液两相流对软管的作用力,主要受到的力为内流流体的冲力和重力。

      因此,当软管中固体颗粒的体积浓度越高时,内流流体密度变大,固液两相流对软管的压力也随之增大,从而导致软管隆起幅度变小,且软管两侧下垂幅度变大。

      因此,当复合输油软管悬浮在水中且外流条件不变时,软管形态变化主要受集矿车拖曳力和软管内流特性的影响。软管形态的主要影响因素有软管的内流流速、内流密度及集矿车的位移距离等。因此本文通过试验,研究这几个因素对软管形态变化的影响,探究软管的内流流速、内流密度及集矿车移动距离与软管形态之间的关系。

      输油管道性能较差,且存在明显缺陷。受到多个方面的因素影响,部分输油管道无法其施工质量,复合输油软管其在施工材料的选取方面就存在的缺陷。部分输油管道性能未达到相关标准,导致其在后期运行中出现不同程度的泄漏问题。例如,我国秦京一线输油管道在建设初期选用石油沥青作为输油管道主要的材料,然而在运行5年之后,层整体出现老化现象,局部出现龟裂,从而导致输油管道后期运行中出现泄漏问题。

      此外,在运输阶段和施工阶段,管道外部层可能受到破坏,再加上施工过程探伤技术匾乏,从而影响了输油管道后期运行过程中的性,由此可能引发泄漏、火灾以及爆炸事故等严重后果例如,我国秦京一线输油管道运行过程当中,就因沥青层补口质量低而导致输油管道管体受到严重腐蚀,引发泄漏。

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