流體的粘度及其對磚瓦工藝的影響(歐帕集團)

2021-01-20 中國磚瓦工業燒結技術信息中心

粘度是一部分流體對另一部分流體在相對移動時給予阻力的性質。凡是流體(包括氣體和液體)均有一定的粘度。

液體與氣體的粘度隨溫度變化的規律不同。液體的粘度隨溫度的升高而減小;而氣體的粘度隨著溫度的升高而增大。之所以產生這種差別,是由於流體的粘性一方面由分子間的吸引力引起,另一方面是分子間不規則熱運動進行交換的結果。溫度升高時,分子間距離增大,分子間吸引力降低,使流體粘性減小;另一方面,分子熱運動更劇烈,動量交換的增加又使流體的粘性增大。對於液體的粘性而言,分子間的吸引力是主要的決定因素,溫度升高,分子間吸引力減小,粘性降低。氣體則不然,氣體分子間距離比液體分子間距離大,因此分子間吸引力並非主要因素,而動量交換則起決定作用,所以隨著溫度的升高,分子熱運動加劇,促使氣體粘性增大。

常用國際制粘度分為:(1)動力粘度(亦稱絕對粘度),用符號μ表示,單位為Pa·S;(2)運動粘度,用符號υ表示,單位為㎡/s。

動力粘度和運動粘度的換算公式:  

      

式中  

υ——運動粘度,㎡/s

μ——動力粘度,Pa·S

ρ——流體的密度,Kg/m³

例如:已知幹空氣在100℃時的密度為0.946Kg/m³,它的動力粘度μ為21.9×10-6Pa·S(見表8),算得運動粘度為:

            

重  油 


對重油而言,粘度表明其在輸送和霧化時的難易程度。油的粘度大小,對油泵、噴嘴的工作效率和燃料單位消耗量都有直接影響。若粘度高,輸送困難,油泵和噴嘴的工作效率會降低,噴出速度也慢,從而導致霧化不良而影響其充分燃燒,使噴口炭化結焦,縮短了噴嘴的使用壽命和增加了燃料消耗量。

為了保證重油在裝卸、運輸時有良好的流動性和燃燒時在噴嘴能很好的霧化,要求重油的恩氏粘度為8~12;採用低壓噴嘴時,其恩氏粘度不超過8。為此,必須採取加熱的方法來達到這一粘度。用油泵輸送時,油的粘度允許大一些,一般不超過40即可。

重油的粘度常用恩氏粘度()來表示。恩氏粘度在測定溫度下,油從恩格勒粘度計流出200ml所需時間(秒)與20℃蒸餾水流出200ml所需時間(秒)的比值。

重油粘度的大小除了用恩氏粘度()表示外,還可用動力粘度和運動粘度表示。

動力粘度μt與恩氏粘度的關係式:

       

式中 

——重油在t℃時的動力粘度,Pa·S;

——重油在t℃時的密度,t/m³

——重油在t℃時的恩氏粘度。的數值比(單位為Pa·S)值約大150倍。

壓力較低時(1~2MPa),壓力對粘度的影響可以忽略,但當壓力較高時,粘度隨壓力升高而增大。

溫度升高時油的粘度降低,但油溫對粘度的影響是不均衡的。50℃以下,溫度對粘度的影響很大;50~100℃對粘度的影響較小(對粘度小的油更是如此);而溫度在100℃以上變化時,對粘度的影響就更小(但某些高粘度油除外)。

重油開始凝固的溫度較凝固點高,在重油的輸送過程中,必須保持油溫高於凝固點,否則會堵塞管道。重油的凝固點一般為11~25℃,有的高達36℃。

重油管路通常採用蒸汽伴管加熱,其主要原因是:

(1)當氣溫較低時,重油在流動過程中溫度會下降,粘度提高,流動困難。

(2)重油的凝固點高,在流動過程中若溫度降到凝固點以下就會造成油路堵塞。

(3)用蒸汽伴管加熱,可以避免因油溫下降引起的上述故障。

我國唐山陶瓷廠的燃油隔焰隧道窯,隧道窯的餘熱鍋爐產生的蒸汽用於加熱重油,以降低重油粘度,提高其流動性能。南京建通磚廠的燃油燒磚隧道窯,當重油的粘度偏大、流動性能不佳時,也是用蒸汽加熱減小粘度後使用的。

重油管路用蒸汽掃線(用蒸汽吹掃整個重油管路)的目的是:

(1)預熱管路,保證油路運行暢通。

(2)在油路停止運行前,用蒸汽吹掃管路,可以吹出殘油,防止殘油凝固在管路內。

在開式油罐內,重油加熱溫度應低於油品閃點。油溫加熱過高的壞處是:

(1)有發生火災的危險;

(2)產生大量有毒蒸汽,從而汙染環境;

(3)容易出現冒罐;

(4)浪費能源。

重油和渣油按50℃的恩氏粘度分為20#、60#、100#和200#四個牌號。(見表1)


實際上工業爐所用重油不完全是標準牌號,而是混合渣油。大多數煉油廠重油粘度大於規定標準,而硫分比標準低的多,我國重油大多數屬於高粘度、低硫分的重油。


▲表1   重油分類標準

註:恩氏粘度()為非法定計量單位,且與法定計量單位無換算關係,它由特定實驗儀器測出。目前我國工程上廣泛採用。


重油粘度對離心泵功率的影響和溫度的關係如表2所示


▲表2 重油溫度與粘度的關係及對離心泵功率的影響


從表2可見,重油的粘度越大,油泵的有效功率就越低。

▲表3    一般噴嘴用重油的粘度


從表3可見,重油的粘度越大,需要預熱的溫度越高。重油預熱溫度一般為60~120℃。例如:20#重油的預熱溫度為65~80℃;60#重油為80~100℃;100#重油為90~105℃;200#重油為100~115℃。

不同類型的油泵對重油粘度的要求也不同,如表4所示。


▲表4    油泵對重油粘度的要求


我國某燒結磚廠的內寬4.6m隧道窯用重油做燃料,其簡要工藝流程如下:

儲油罐(地下)

過濾器(2個,因要清除堵濾網眼雜質,故備用1個)

齒輪泵(2個,備用1個)

油箱(地上,2個,備用1個)

過濾器(2個,備用1個)

齒輪泵(2個,備用1個)

過濾器(4個,規格小)

隧道窯噴油嘴(外套管送入空氣)

說明:

(1)只在燒成帶的4個車位設噴油嘴,全窯共計16個噴油嘴:其中每個車位設1個側牆噴油嘴,離窯車頂面高0.5m;另外每車位設3個窯頂面噴油嘴。

(2)重油噴在坯垛與坯垛間隙中,切忌噴在坯體上,以免燒成瘤子磚。

(3)噴入窯內的重油和風量可調。


 水 


在燒結磚瓦的原料製備過程中離不開水。和冷水製備相比較,熱水製備有著明顯的優勢。其主要原因是隨著溫度的提高,水的粘度也隨之減小,流動性能和滲透力也有所增強。例如10℃水的動力粘度μ為1305×10-6Pa·S,而60℃水的動力粘度為469.7×10-6Pa·S(見表5),前者比後者大2.78倍。故熱水可加速泥料疏解,在較短的時間內促使泥料含水率均勻,提高泥料塑性性能,降低坯體成型水分。

水在不同溫度時的動力粘度和運動粘度如表5所示。


▲表5   水在不同溫度時的動力粘度和運動粘度


天然氣 


天然氣主要成分為可燃烴類,其中以甲烷為主,不可燃物質很少。開採出來的天然氣經清洗、除塵後可以遠距離輸送。

液化天然氣是將天然氣除去固體雜質、硫、二氧化碳及水之後進行液化處理所得。使用時需再經預熱、氣化等過程,因此液化天然氣是經過加工的更純淨的燃料。

天然氣屬清潔燃料,用它燒磚後的煙氣,無須再經過淨化處理工序,可以直接向外界排放。因而,用天然氣作燒結磚瓦窯爐的燃料是一個發展方向。

隨著溫度的升高,天然氣的粘度隨之升高,在管道中流動的阻力也要增大。

甲烷(天然氣的主要成分)在不同溫度時的粘度可由表6查的。


▲表6 氣體在常壓下各溫度時的動力粘度(μ×10-6Pa·S)和運動粘度(υ×10-6㎡/s)


天然氣在大多數情況下,是處於中、高壓狀態下輸送,此時粘度與壓力也有關,它對輸送氣體的阻力及能力影響較大,故應按使用狀態下的粘度來計算管道輸送天然氣的阻力及能力。天然氣的主要成分甲烷的動力粘度與壓力的關係如表7所示。


▲表7   甲烷的動力粘度與壓力的關係


空氣和煙氣 


在燒結磚瓦坯體乾燥過程中,離不開熱介質空氣(煙氣)。在制品焙燒過程中,離不開助燃空氣,並必將產生煙氣。隨著溫度的升高,它們的粘度隨之升高,在管道中流動的阻力也要增大。

幹空氣在不同溫度時的粘度如表8所示。煙氣在不同溫度時的粘度如表9所示。


▲表8 幹空氣在不同溫度時的動力粘度和運動粘度


▲表9    煙氣在不同溫度時的動力粘度和運動粘度(P=101335Pa;煙氣成分:CO2=13%,H2O=11%,N2=76%)




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