Jet Suction Mudderverk för sandbrytning: Designa systemet runt projektet

Ett mudderverk för jetsugning kan se relativt enkelt ut på däck. Det finns en ponton, en dieselmotor, en sandpump, en högtrycksvattenpump, en sugledning och en utloppsledning. I praktiken är det dock inte bara en fråga om att installera en större pump att få systemet att producera den förväntade mängden sand.

Den första frågan vi normalt ställer är vilket material som egentligen sitter på flodbädden.

Lös flodsand skiljer sig mycket från packad sand. Fin sand beter sig annorlunda än grov sand som innehåller grus. En avlagring som ser lätt att gräva ut från ytan kan bli mycket svårare när sughuvudet når arbetslagret. Materialets tillstånd påverkar hur mycket sprutvatten som krävs, hur mycket fast material som kan komma in i sugsystemet och hur slurryn beter sig inne i utloppsledningen.

Det är här konstruktionen av ett mudderverk för jetsugning börjar.

Den grundläggande driftprincipen är väl etablerad. En separat vattenpump levererar rent vatten under tryck till jetsystemet. Vattenstrålen bryter upp eller fluidiserar det omgivande sedimentet, medan den resulterande sand-vattenblandningen dras in i sugsystemet och transporteras genom utloppsledningen. En studie från vattenforskningskommissionen från 2002 beskriver jetpumpen som ett impulsutbytessystem: höghastighetsrenvattenstrålen skapar ett lågtrycksområde som drar sand-vattenblandningen in i blandningskammaren och sedan in i utloppsrörledningen. Studien fann också att sugänden fungerar särskilt effektivt när den grävs ner i friflytande sand.

Den principen är användbar, men den ger inte en ingenjör den slutliga mudderverksspecifikationen.

För ett verkligt projekt måste produktionsmålet kopplas till muddringsdjup, materialegenskaper och utsläppsförhållanden. En kund kan säga att projektet kräver 200 m³/h sand, men det siffran i sig är inte tillräckligt för att välja pump.

Överväg ett offentligt publicerat Kambodjaprojekt. Kunden krävde att sand skulle pumpas från cirka 15 m under vattnet och transporteras cirka 500 m till utloppsstället. Den publicerade utrustningskonfigurationen använde en 275 kW Weichai WP12 dieselmotor och en högkromlegerad sandpump, med en angiven sandproduktion på cirka 200 m³/h.

Den intressanta delen av det här fallet är inte bara siffran på 200 m³/h. 15 m muddringsdjup och 500 m utloppsavstånd är det som gör pumpen och kraftvalet meningsfullt. Om samma produktionsmål krävdes vid ett mycket kortare utloppsavstånd skulle de hydrauliska kraven vara annorlunda. Om rörledningen var tvungen att klättra betydligt högre efter att ha nått flodstranden, skulle den erforderliga pumphöjden ändras igen.

Det är därför jag inte skulle rekommendera att välja ett mudderverk för jetsugning genom att bara titta på pumpflödet.

Utsläppsledningen är en av de enklaste delarna av ett projekt att underskatta. När slurryn lämnar mudderverket måste pumpen övervinna rörfriktion, höjning och lokala förluster från böjar, ventiler och andra beslag. Situationen blir mer krävande när koncentrationen av fasta ämnen ökar.

Det finns också en balans att upprätthålla. För mycket vatten kan göra slammet lätt att transportera men minska mängden användbar sand som återvinns per enhet pumpad blandning. För lite vatten kan öka flytgödselkoncentrationen och försvåra transport av rörledningar. Den korrekta driftpunkten beror på material, rördiameter, pumpegenskaper och nödvändig produktion.

En publicerad ingenjörsstudie av Water Research Commission illustrerar detta förhållande med ett experimentellt jetpumpsystem. Dess konstruktionsvillkor inkluderade en produktionshastighet på 30 t/h, en 700 kPa drivpumps tillförselhöjd, ett 100 mm drivrör, en 100 mm utloppsledning och en utloppshöjd på 5 m över vattenytan. Den rapporterade designen använde också en sedimentkoncentration på cirka 31 viktprocent.

Siffrorna bör inte behandlas som en universell specifikation för varje mudderverk för jetsugning. De är användbara eftersom de visar hur nära vattentrycket, rördiametern, produktionen, koncentrationen och utloppsförhållandena hänger ihop.

Ett annat publicerat projekt från Kenya ger ett praktiskt exempel från kommersiell sandmuddring. Enligt projektrapporten krävde kunden cirka 150 ton sand i timmen, ett utloppsavstånd på 400 m och ett muddringsdjup på 18 m. Leverantören konstruerade en 8-tums jetsugning för dessa krav.

Återigen, den viktiga tekniska informationen är kombinationen av krav snarare än själva 8-tumsrörsstorleken. Ett 8-tums mudderverk konstruerat för en flod bör inte automatiskt förväntas ge samma resultat i en annan flod. Sanddensitet, kornstorlek, undervattensavlagringsförhållanden, rörledningslayout och faktiska drifttimmar påverkar alla produktionen.

Detta är särskilt viktigt vid sandbrytning eftersom ordet "sand" täcker ett förvånansvärt brett spektrum av material.

Fin, lös flodsand kan fluidiseras relativt lätt. Grovare sand kan kräva ett annat strålarrangemang. Om lera blandas in i avsättningen kan materialet bli klibbigt snarare än fritt flytande. Grus eller större partiklar kan skapa ytterligare problem vid sugintaget och inuti pumpen.

Pumpslitage måste också beaktas innan mudderverket byggs.

Sand är slipande. En pump som hanterar rent vatten och en pump som kontinuerligt hanterar sandslam har inte samma driftsförhållanden. För kommersiell sandbrytning kan slitstarka material och utbytbara slitdelar ha stor effekt på underhållsintervallen.

Ett offentligt rapporterat projekt om Kongofloden är ett användbart exempel. Den publicerade konfigurationen involverade fyra 14-tums mudderverk för sandsugning, med ett rapporterat muddringsdjup på cirka 15 m och en produktion i intervallet cirka 300–375 m³/h beroende på de angivna driftsförhållandena. Systemet använde en högkromlegerad sandpump och designades för abrasiv flodsand.

Den högkromade pumpspecifikationen i det projektet är inte en onödig detalj. När det muddrade materialet innehåller en stor mängd abrasiv sand, blir pumphuset, pumphjulet och andra våta komponenter förbrukningsbara tekniska delar. Ett lägre initialt utrustningspris kan bli dyrt om slitdelar behöver bytas ut ofta eller om mudderverket måste stanna regelbundet för underhåll.

Samma princip gäller för jetvattensystemet.

Själva jetpumpen är inte den enda komponenten som betyder något. Högtrycksvattenpumpen måste ge tillräckligt med flöde och tryck för att fluidisera sedimentet effektivt. Munstycksstorlek och arrangemang påverkar hur vattnet når sanden. Sughuvudet måste samla upp det lossnade materialet utan att tillåta överdriven utspädning eller instabila intagsförhållanden.

I vissa projekt arbetar sughuvudet nära eller inom sandlagret. Vattenforskningskommissionens forskning noterade specifikt att jetmuddring kan fungera effektivt med sugänden begravd i sand, och beskrev bildandet av överlappande utgrävningskratrar när fririnnande sand avlägsnas.

Den observationen är användbar när man tänker på muddringseffektivitet. Mudderverket sitter inte bara i en position och tar bort en obegränsad mängd material. Operatören måste kontrollera rörelsen av sughuvudet och arbetspositionen så att schaktområdet utvecklas progressivt snarare än att lämna stora mängder material utanför den effektiva sugzonen.

Skrovet och positioneringssystemet har därför också betydelse.

En liten flodmudderare kan använda ett kompakt pontonarrangemang med vinschar och positioneringsspuds. En större maskin kan kräva en bredare arbetsplattform eftersom motorn, sandpumpen, vattenpumpen, hydraulsystemet, bränsletankarna och styrhytten alla måste passa inom det tillgängliga däcksutrymmet samtidigt som tillräcklig stabilitet bibehålls.

Transport kommer också in i designen i ett tidigt skede, särskilt för utländska projekt. Ett mudderverk som fungerar bra på floden kan fortfarande vara svårt att leverera om dess totala dimensioner överskrider tillgängliga transportgränser. Av denna anledning är vissa jetsugningsmudderverk utformade som modulära pontoner som kan demonteras i transportabla sektioner och monteras igen på projektplatsen.

För ett internationellt sandbrytningsprojekt skulle jag normalt vilja veta flera saker innan jag bestämmer mig för den slutliga konfigurationen: den erforderliga produktionen, faktiska muddringsdjup, sandegenskaper, avstånd från muddringsområdet till utsläppspunkten, höjd vid utsläppsplatsen, förväntad arbetstid och den metod som används för att bearbeta eller lagra den återvunna sanden.

Först efter att dessa förhållanden är klara är det vettigt att välja mudderpump, jetvattenpump, motoreffekt, sugdiameter och utloppsrörledning.

Detta tillvägagångssätt förklarar också varför en standardkatalogmodell inte alltid är den bästa lösningen. Två projekt kan ha liknande produktionsmål men kräver olika utrustning eftersom flodbäddens material och rörledningsförhållanden är olika. Ett projekt kan behöva mer uppmärksamhet för slitstyrka, medan ett annat kan kräva extra pumphuvud eftersom sanden måste färdas en lång sträcka inåt landet.

För tillverkare handlar anpassning därför inte bara om att ändra skrovdimensioner eller motormärke. Det kan involvera hela arbetssystemet: pontonstorlek, pumpkapacitet, jet-vattentryck, sugarrangemang, rörledningsdiameter, motoreffekt, vinschkonfiguration och kontrollsystem.

En väldesignad jetsugning bör behandlas som ett komplett hydrauliskt produktionssystem.

Den sista frågan är inte om ett mudderverk har en stor pump eller en kraftfull motor. Den mer användbara frågan är om det kompletta systemet kan upprätthålla den nödvändiga sandproduktionen under de faktiska förhållandena i projektet.

Det är skillnaden mellan att välja ett mudderverk från en katalog och att konstruera ett för en riktig sandgruvanläggning.