Introduzione

I liquami di minerale di ferro non usurano uniformemente la tubazione. Possono svilupparsi danni gravi in ​​corrispondenza di una curva, di un punto basso, di una transizione tra sezioni di tubo o di un punto in cui il liquame cambia ripetutamente direzione. Nel momento in cui diventa visibile una perdita, la parete del tubo potrebbe già aver perso una notevole quantità di materiale.

Per le operazioni di produzione di minerale di ferro in Sud Africa, l’usura delle condutture è più di un problema di manutenzione. Riparazioni impreviste possono interrompere il trasferimento dei liquami, ritardare la lavorazione a valle, aumentare la manodopera di manutenzione e creare lavoro aggiuntivo attorno alle pompe e ai supporti delle tubazioni.

Il tubo UHMWPE (polietilene ad altissimo peso molecolare) è un'opzione per il trasporto di liquami abrasivi grazie alla sua resistenza all'usura, alla superficie a basso attrito, alla resistenza alla corrosione e al peso relativamente basso. Tuttavia, la scelta del materiale del tubo è solo una parte della soluzione. Le proprietà del liquame, la velocità operativa, la pressione, la geometria della tubazione e la qualità dell'installazione influenzano tutte le prestazioni di un sistema.

Questo articolo esamina dove i tubi UHMWPE possono essere utili nelle operazioni di produzione di minerale di ferro sudafricano, cosa dovrebbero valutare gli ingegneri prima di specificarlo e quali dettagli dovrebbero essere controllati prima di effettuare un ordine.

1. Perché i liquami di minerale di ferro possono usurarsi attraverso una conduttura

La lavorazione del minerale di ferro può comportare frantumazione, macinazione, classificazione, concentrazione e gestione degli sterili. A seconda della fase del processo, il materiale trasportato può contenere particelle grossolane, solidi minerali fini, acqua di processo o una miscela di particelle di diverse dimensioni.

L'ematite e la magnetite sono minerali comuni contenenti ferro. La loro durezza, dimensione, forma e concentrazione delle particelle nel liquame influenzano il grado di abrasione. Il comportamento del liquame completo, piuttosto che il solo nome del minerale, determina l'usura subita da una tubazione.

Tre condizioni operative meritano particolare attenzione.

Impatto delle particelle e abrasione da scorrimento

Le particelle solide che si muovono attraverso un tubo possono scivolare lungo la parete interna o colpirla obliquamente. Particelle più grandi o più spigolose possono causare danni locali più gravi, in particolare dove il flusso cambia direzione. Il tasso di usura effettivo dipende dalle caratteristiche delle particelle, dalla concentrazione, dalla velocità e dalle proprietà meccaniche del materiale del tubo.

Una tubazione che trasporta particelle fini a una concentrazione moderata può subire un modello di usura diverso da una tubazione che trasporta particelle grossolane a una concentrazione più elevata. Il solo nome del minerale non è sufficiente per prevedere la durata del tubo.

Cambiamenti nella direzione del flusso

Le sezioni di tubo diritte non sempre subiscono la stessa usura delle curve o di altre transizioni geometriche. In corrispondenza di una curva, le particelle possono continuare lungo la loro traiettoria originale mentre il liquido cambia direzione. Ciò può concentrare gli impatti delle particelle su aree particolari della parete del tubo.

Un'ispezione della tubazione che registra solo le condizioni generali delle sezioni diritte potrebbe quindi tralasciare i punti che con maggiore probabilità richiedono attenzione. Quando si verificano riparazioni ripetute nella stessa area, l'ispezione dovrebbe includere la geometria locale, le condizioni del flusso e la disposizione dei supporti anziché concentrarsi solo sul materiale danneggiato.

Cambiamenti nelle condizioni di flusso

Una tubazione dei liquami funziona entro un intervallo di velocità pratico. Se la velocità è troppo bassa per i solidi trasportati, le particelle potrebbero depositarsi e accumularsi. Se la velocità è inutilmente elevata, gli impatti delle particelle e le perdite per attrito possono aumentare.

Non esiste un'unica velocità adatta per ogni impasto di minerale di ferro. L'intervallo operativo appropriato dipende dalla distribuzione granulometrica, dalla concentrazione di solidi, dalla densità del liquame, dal diametro del tubo, dall'inclinazione e dalle caratteristiche del sistema di pompaggio.

Per questo motivo, sostituire un tubo usurato con un materiale più resistente all'usura senza esaminare le condizioni operative originarie può lasciare irrisolto il problema di fondo.

2. Dove si inserisce il tubo UHMWPE nel trasporto di liquami di minerale di ferro

L'UHMWPE è un materiale in polietilene con un peso molecolare eccezionalmente elevato. Le sue proprietà lo rendono utile in applicazioni in cui l'abrasione, la corrosione e la movimentazione dei materiali sono considerazioni importanti.

Per le miniere di minerale di ferro, i potenziali vantaggi sono più rilevanti quando la tubazione trasporta solidi abrasivi e quando la pressione nominale del tubo, i limiti di temperatura, le dimensioni e il design della connessione sono adatti al servizio effettivo.

Resistenza all'usura sotto servizio abrasivo

Il tubo UHMWPE è selezionato per applicazioni in cui il contatto ripetuto con particelle solide può ridurre gradualmente lo spessore della parete interna dei materiali dei tubi convenzionali. La sua superficie resistente all'usura può aiutare a ridurre la frequenza della manutenzione correlata all'usura in condizioni operative adeguate.

Tuttavia, la resistenza all’usura non dovrebbe essere trattata come un numero universale. I risultati dei test dipendono dal metodo di prova, dal materiale abrasivo, dalla dimensione delle particelle, dal carico e dalle condizioni operative. Un confronto tra UHMWPE e acciaio è significativo solo quando le condizioni di prova sono comparabili.

Per una miniera che valuta materiali sostitutivi, le prove più utili includono il metodo di prova, il mezzo abrasivo, il risultato riportato e la pertinenza del test al liquame reale.

Una superficie interna liscia

La superficie interna del tubo UHMWPE può fornire una bassa resistenza al flusso. Ciò può essere utile nel trasporto dei liquami, dove le perdite di pressione influiscono sui requisiti di pompaggio e sui costi operativi.

Le prestazioni idrauliche finali dipendono ancora dal diametro interno della tubazione, dalla lunghezza, dai raccordi, dai cambiamenti di elevazione, dalle caratteristiche del liquame e dalla velocità operativa. Una superficie liscia del tubo non determina da sola il consumo energetico totale del sistema.

Gli ingegneri dovrebbero confrontare il tubo proposto con l'installazione esistente utilizzando un calcolo idraulico piuttosto che presumere che un cambiamento di materiale ridurrà automaticamente i costi di pompaggio.

Resistenza alla corrosione

Le operazioni relative al minerale di ferro possono utilizzare acqua di processo contenente sali disciolti o altri prodotti chimici. A seconda del processo, la tubazione potrebbe incontrare anche detergenti o prodotti chimici per il trattamento.

L'UHMWPE offre generalmente una buona resistenza a molti ambienti acquosi corrosivi. Tuttavia, la compatibilità chimica dovrebbe essere verificata rispetto al mezzo, alla concentrazione e alla temperatura effettivi. Laddove siano presenti sostanze chimiche ossidanti o condizioni di processo insolite, è consigliabile una verifica specifica della compatibilità.

La resistenza alla corrosione può essere particolarmente utile quando l'abrasione e l'esposizione chimica si verificano insieme. Non elimina la necessità di valutare il carico meccanico, la pressione o la temperatura.

Peso di movimentazione inferiore

Rispetto a molti sistemi di tubi metallici di dimensioni esterne equivalenti, i tubi UHMWPE possono essere più leggeri, il che può semplificare il trasporto e la movimentazione nel sito di installazione.

Ciò può essere utile in siti minerari remoti in cui l'accesso alle attrezzature, le modalità di sollevamento e la logistica di manutenzione influiscono sul lavoro di installazione. Il vantaggio in termini di peso non significa che supporti, ancoraggi o carichi articolari possano essere ignorati. La disposizione del supporto deve tenere conto delle condizioni operative, del contenuto, della luce e del layout di installazione del tubo.

3. La prima domanda non è "Quale tubo è più resistente all'usura?"

Una domanda più utile è:Dove sta fallendo l’attuale gasdotto e perché?

Consideriamo due situazioni comuni di manutenzione.

Nella prima, un tratto rettilineo perde progressivamente lo spessore della parete su un'ampia area. Questo modello può indicare un'abrasione prolungata lungo il percorso del flusso. L'esame della distribuzione delle particelle del liquame, della concentrazione dei solidi e della velocità operativa può aiutare a identificare i principali fattori che contribuiscono.

Nella seconda i danni si concentrano in prossimità di una curva o di una transizione. L'impatto localizzato delle particelle, la separazione del flusso, la turbolenza o i cambiamenti nella geometria interna potrebbero contribuire al problema. In questo caso, cambiare il materiale senza rivedere il layout della tubazione potrebbe non fornire il miglioramento atteso.

Prima di selezionare il tubo UHMWPE, i team di manutenzione e di ingegneria devono esaminare le seguenti informazioni.

Questi dettagli forniscono una base più forte per la selezione dei materiali rispetto a un confronto generale dei materiali dei tubi.

4. La pressione nominale deve corrispondere al servizio effettivo

Un tubo destinato al trasporto di liquami abrasivi deve resistere anche alla pressione imposta dal sistema. La resistenza all'usura non può compensare una pressione nominale inadeguata.

La revisione del progetto dovrebbe distinguere tra la normale pressione operativa e la pressione massima che il sistema può sperimentare. Gli avvii e gli arresti della pompa, il funzionamento della valvola, le variazioni di flusso e altri eventi operativi possono creare condizioni di pressione transitorie.

Gli ingegneri dovrebbero inoltre considerare l'effetto della temperatura sulla pressione ammissibile del materiale, sulle dimensioni del tubo, sul sistema di connessione e sullo standard di progettazione applicabile.

Un valore di pressione nominale non deve essere selezionato isolatamente. Le condizioni operative consentite devono essere confermate dalla documentazione tecnica del produttore e dai requisiti di progettazione del progetto.

Per una tubazione in acciaio esistente presa in considerazione per la sostituzione, la revisione tecnica dovrebbe includere la pressione attuale del sistema, le caratteristiche della pompa, le differenze di elevazione ed eventuali picchi di pressione che si sono verificati. Il nuovo sistema di tubazioni deve essere adatto a queste condizioni, non semplicemente alla pressione media indicata su un manometro di esercizio.

5. I collegamenti e l'installazione dei tubi possono determinare il risultato

Anche un tubo di materiale idoneo può avere prestazioni scadenti se i collegamenti non vengono assemblati in modo corretto o se la tubazione non è adeguatamente supportata.

I sistemi di tubazioni minerarie UHMWPE possono utilizzare connessioni flangiate, a seconda della progettazione del prodotto e dei requisiti del progetto. Prima dell'installazione, l'appaltatore deve confermare le dimensioni della flangia, la disposizione delle guarnizioni, i requisiti dei bulloni, le tolleranze di allineamento e la procedura di assemblaggio del produttore.

La connessione non deve essere forzata nell'allineamento stringendo i bulloni. Un disallineamento eccessivo può introdurre carichi che il giunto non è stato progettato per sopportare.

Anche le modalità di sostegno e di ancoraggio meritano attenzione. I supporti dei tubi devono tenere conto del peso del tubo e del liquame, della geometria dell'installazione e dei carichi generati durante il funzionamento. I cambiamenti di direzione, le interfacce delle apparecchiature e le transizioni tra tubi di materiali diversi dovrebbero ricevere particolare attenzione durante la pianificazione dell'installazione.

Per le condotte interrate, la squadra di installazione dovrebbe verificare le condizioni della trincea, il sottofondo, il materiale di riempimento, la compattazione e la protezione contro i carichi esterni concentrati. Per i sistemi fuori terra, la spaziatura dei supporti e la gestione dei carichi sulle connessioni dovrebbero seguire le indicazioni del produttore dei tubi e la progettazione tecnica.

Prima della messa in servizio, l'appaltatore dovrà ispezionare la tubazione completata ed eseguire le necessarie prove di pressione o altre prove di accettazione in conformità con la procedura di progetto approvata. La pressione, la durata e i criteri di accettazione del test devono derivare dai requisiti di progettazione e test applicabili piuttosto che da una raccomandazione generica.

6. Il tubo UHMWPE non è la risposta giusta per ogni pipeline

Il tubo UHMWPE può essere un ottimo candidato per le attività con liquami abrasivi, ma la selezione del materiale dovrebbe riflettere l'ambiente operativo effettivo.

Per il drenaggio dell'acqua pulita, il tubo in pressione convenzionale in HDPE può essere un'opzione più economica e appropriata quando la sua pressione nominale e i requisiti di installazione soddisfano le esigenze del progetto.

Per il drenaggio minerario ad alta pressione o l'acqua di processo, può valere la pena valutare un tubo in polietilene rinforzato con filo di acciaio SRTP se la sua costruzione, capacità di pressione, sistema di connessione e certificazioni pertinenti sono adatti al compito.

Per i fanghi di minerale di ferro altamente abrasivi, l'UHMWPE può offrire vantaggi, ma gli ingegneri dovrebbero comunque controllare la dimensione massima delle particelle, la concentrazione di solidi, le condizioni del flusso, la pressione operativa, la temperatura e i limiti documentati del produttore.

Una pipeline può contenere anche diverse sezioni di servizio. Il trasporto dei liquami, la fornitura di acqua pulita, il drenaggio e la movimentazione degli sterili non richiedono necessariamente lo stesso materiale dei tubi. Trattare l'intero sito come un'unica applicazione uniforme può portare a costi inutili o a specifiche inadeguate.

L’obiettivo non è scegliere per ogni linea il tubo più costoso o più resistente all’usura. Si tratta di selezionare un sistema in grado di gestire il mezzo reale, le condizioni operative e i requisiti di manutenzione.

Tubo da miniera UHMWPE: informazioni tecniche da confermare

Per il trasporto di fanghi di minerale di ferro, oltre alla resistenza all'abrasione, è necessario considerare le dimensioni dei tubi e le proprietà dei materiali. La tabella seguente presenta le specifiche tecniche pubblicate per i tubi per liquami minerari Zhengju UHMWPE.

Conclusione: scegliere il tubo UHMWPE in base alle condizioni minerarie reali

Nelle operazioni sudafricane di produzione di minerale di ferro, l’usura delle condotte dei liquami non è semplicemente un problema materiale. Le caratteristiche delle particelle, la concentrazione del liquame, la velocità del flusso, la pressione operativa e la disposizione della tubazione influenzano la rapidità con cui si sviluppa l'usura e il luogo in cui è probabile che si verifichino guasti.

Il tubo UHMWPE offre un'opzione pratica per il trasporto di liquami abrasivi, combinando resistenza all'usura, superficie interna liscia e resistenza alla corrosione. La sua idoneità dipende tuttavia dalle effettive condizioni di lavoro e dai requisiti tecnici del sistema di tubazioni.

Prima di sostituire una tubazione esistente, gli operatori minerari e gli appaltatori EPC dovrebbero identificare i principali punti di usura, esaminare i dati operativi e confermare le dimensioni del tubo, la pressione nominale e il metodo di connessione richiesti. Questo approccio aiuta a evitare di sostituire un problema con un altro.

Domande frequenti

1. Il tubo UHMWPE è adatto per i liquami di minerale di ferro?

Può essere adatto per fanghi di minerale di ferro abrasivo quando il materiale, le dimensioni, la pressione nominale, i limiti di temperatura e le connessioni corrispondono alle condizioni operative. La decisione finale dovrebbe basarsi sul liquame reale e sulla documentazione tecnica del produttore.

2. Il tubo UHMWPE può eliminare l'usura della tubazione dei liquami?

Nessun materiale del tubo elimina l'usura in ogni condizione. L'UHMWPE può aiutare a ridurre i danni legati all'abrasione nelle applicazioni adatte, ma le caratteristiche delle particelle, la velocità del flusso, la geometria della tubazione e le condizioni operative continuano a influenzare l'usura.

3. Il tubo UHMWPE è sempre migliore del tubo in acciaio?

No. La scelta appropriata dipende dal servizio, dalla pressione, dalla temperatura, dalle condizioni di installazione, dai requisiti di manutenzione e dal costo del ciclo di vita. L'acciaio e l'UHMWPE hanno caratteristiche meccaniche e operative diverse, pertanto il confronto dovrebbe basarsi sul progetto reale.

4. Cosa causa l'usura localizzata in curva?

Le particelle potrebbero colpire la parete del tubo mentre il liquame cambia direzione. L'entità e la posizione dell'usura dipendono dalla geometria della curvatura, dalle condizioni del flusso, dalle caratteristiche delle particelle e dal layout della tubazione. I risultati dell'ispezione possono aiutare a determinare se una modifica del materiale, una revisione della geometria o una regolazione operativa è appropriata.

5. Quali informazioni sono necessarie per selezionare un tubo per liquami UHMWPE?

Come minimo, il fornitore deve conoscere il diametro richiesto, la pressione operativa e massima, la composizione del liquame, la concentrazione di solidi, la distribuzione granulometrica, la temperatura, il metodo di installazione e i requisiti di connessione. Potrebbero essere necessarie informazioni più dettagliate per l'approvazione tecnica finale.

6. È possibile utilizzare i tubi UHMWPE per il trasporto degli sterili di miniera?

Potrebbe essere adatto per alcune applicazioni relative agli sterili, a seconda del contenuto di solidi, delle caratteristiche delle particelle, della chimica, della pressione e del layout della tubazione. Le proprietà dei residui variano da un'operazione all'altra, quindi il tubo deve essere selezionato utilizzando le condizioni di trasporto effettive piuttosto che il solo termine "residui".

7. Cosa è necessario controllare prima di sostituire una tubazione dei liquami esistente?

Esaminare le attuali posizioni dei guasti, lo spessore rimanente delle pareti, la pressione operativa, la portata, le caratteristiche del liquame, le condizioni della pompa e il layout di installazione. Questi risultati aiutano a determinare se la sostituzione debba affrontare solo l’usura dei materiali o se anche la progettazione del sistema richieda attenzione.

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