인산염 슬러리 처리 개선을 통한 파이프라인 운송 효율 향상

인산염 슬러리의 파이프라인 운송 효율 극대화

파이프라인 운송에서의 유동 역학

인산염 슬러리 운송 효율은 속도, 점도, 밀도, 그리고 부유 입자의 특성이라는 네 가지 주요 요소에 따라 좌우됩니다. 슬러리 속도는 침전 위험을 직접적으로 결정하는데, 속도가 높을수록 고형물이 부유 상태를 유지하고 막힘 위험이 줄어들지만, 에너지 소모량과 운영 비용은 증가합니다. 특정 속도 임계값 이하에서는 입자가 침전되기 시작하여 효율적인 흐름과 파이프라인의 수명을 위협합니다.

점도는 슬러리 농도 및 온도와 밀접하게 관련되어 있으며, 유체가 플러그처럼 거동할지 또는 난류 흐름을 따를지에 영향을 미칩니다. 인산염 슬러리는 종종 비뉴턴 유체, 의사소성 유체 또는 빙엄 소성 유체와 같은 특성을 나타내며, 고형분 함량이 증가함에 따라 점도가 상승합니다. 안정적인 이송을 유지하고 운영 조정을 예측하기 위해서는 온라인 점도계 또는 슬러리 전용 인라인 시스템(예: 슬러리용 최고급 온라인 점도계)을 사용한 정확한 슬러리 점도 측정이 필수적입니다.

슬러리 밀도는 부유 고형물 농도의 함수이며, 파이프라인을 따라 발생하는 압력 강하를 변화시켜 에너지 사용량과 수송 안정성에 영향을 미칩니다. 밀도 변동을 모니터링하지 않으면 유동 양상이 바뀌고 침전 위험이 악화될 수 있습니다. 주요 온라인 밀도계 제조업체를 포함한 온라인 액체 밀도계는 실시간 밀도 정보를 제공하여 시스템 균형을 유지하는 데 도움을 줍니다.

부유 입자의 크기와 분포 또한 결정적인 역할을 합니다. 입자가 크거나 입자 크기 분포가 넓을수록 침전 위험이 높아지는데, 특히 유속이 낮거나 파이프라인 직경이 변하는 구간에서 더욱 그렇습니다. 부유 입자 크기 측정 시스템은 입자 크기 분포가 안전한 운전 범위 내에 유지되도록 보장하여 슬러리 내 부유 입자를 효과적으로 제어하고 침전 위험을 최소화합니다.

파이프라인 설계 매개변수(직경, 내부 조도, 전체 경로)는 유동 안정성과 이송 효율에 영향을 미칩니다. 파이프라인 직경이 증가하면 특정 유량에서 유속이 감소하여 침전 위험이 커지므로, 펌핑 속도를 높여 이를 보완해야 합니다. 내부 조도가 높거나 급격한 굴곡이 있는 경우 난류가 발생하여 국부적인 재부유를 촉진할 수 있지만, 와류 형성과 국부적인 침전을 유발하여 에너지 소비와 유지보수 필요성을 증가시킬 수도 있습니다.

슬러리 침전 및 파이프라인 막힘 방지

슬러리 침전 및 파이프라인 막힘은 주로 유체 속도가 임계 고형물 부유 임계값 이하로 떨어질 때 발생합니다. 이로 인해 고형물이 중력에 의해 파이프 바닥으로 침전되어 정체된 층 또는 덩어리를 형성하고 유체 흐름을 제한하거나 차단합니다. 미세 고형물이 정전기적 또는 화학적 상호작용으로 인해 뭉치는 입자 응집 현상은 특히 화학 첨가제나 높은 함량의 백운석이 존재할 경우 침전을 가속화할 수 있습니다.

응집 및 침전 메커니즘은 속도뿐만 아니라 입자 크기, 모양 및 밀도에도 영향을 받습니다. 점토 함량이 높거나 미세 입자로 이루어진 슬러리는 젤처럼 뭉쳐지는 경향이 있는 반면, 혼합 입자 또는 큰 입자로 이루어진 슬러리는 불균일하게 침전되어 파이프를 따라 층을 형성할 수 있습니다. 또한 국부적인 온도 저하는 슬러리 점도를 증가시켜 특히 파이프 굴곡부나 밸브에서 막힘 현상을 유발할 수 있습니다.

최근 일반화된 다항식 카오스 모델을 사용한 민감도 분석 결과, 유속과 입자 크기가 침전 및 이송 성능을 결정하는 주요 요인으로 나타났습니다. 이러한 요인들은 안정적인 파이프라인 운영을 위해 지속적으로 모니터링하고 동적으로 제어해야 합니다. 온라인 점도계 및 인라인 입자 크기 분석기와 같은 인라인 장비는 불리한 추세가 감지될 경우 펌프 속도 증가 또는 분산제 투입과 같은 운영 조정에 필요한 실질적인 데이터를 제공합니다.

첨단 파이프 코팅을 비롯한 혁신 기술들이 개발되어 입자 부착을 줄이고 침전 경계를 최소화함으로써 파이프라인 막힘 방지 전략을 강화하고 있습니다. 또한 파이프라인 설계 및 운영 일정은 유량 감소 기간을 고려해야 하는데, 임계 유속 이하로 떨어지는 짧은 시간이라도 급격한 침전물 형성을 유발할 수 있기 때문입니다.

유동 최적화를 위한 계산 및 분석적 접근 방식

인산염 슬러리의 흐름을 최적화하려면 불확실한 실제 환경 조건에서 상호 의존적인 여러 매개변수를 정확하게 이해하고 관리해야 합니다. 다항식 카오스 전개(PCE)를 이용한 전역 민감도 분석(GSA)은 광석 광물학, 입자 크기, 계절별 슬러리 특성과 같은 입력 변수의 불확실성이 압력 강하, 속도, 침전 위험과 같은 주요 수송 지표에 미치는 영향을 정량화하는 데 있어 선도적인 기술로 부상했습니다.

GSA 분석 결과, 다양한 인산염 슬러리 조성 및 공정 구성에서 유속과 입자 크기 변화가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 따라서 운영 시에는 이러한 요소들을 평가하고 제어하는 ​​데 우선순위를 두어야 합니다. 밀도와 점도는 경계 조건 계산에 여전히 중요한 요소이며, 운영자가 안전하고 효율적인 유동을 위한 운영 범위를 설정하는 데 도움을 줍니다.

전산 모델링, 특히 적절한 직교 분해(POD) 및 PCE 기반 대체 모델링을 활용하면 효율적인 시나리오 시뮬레이션 및 최적화가 가능합니다. 이러한 차수 축소 모델은 고해상도 CFD 시뮬레이션의 핵심 기능을 짧은 시간 내에 재현하여 공정 변경 및 파이프라인 설계에 대한 신속한 의사 결정을 지원합니다.

이러한 분석적 접근 방식은 실제 데이터와 비교하여 검증됩니다. 유량, 압력 손실 및 침전 현상에 대한 현장 측정값이 모델 보정 및 지속적인 개선 주기에 통합됩니다. 고급 센서(예: Lonnmeter 온라인 점도 및 밀도 분석기)를 동적 모델링과 결합함으로써 운영자는 광석 등급, 입자 크기 분포 및 환경 조건의 변화에 ​​​​적응하는 슬러리 흐름 최적화 전략을 구현할 수 있습니다.

고급 측정 및 모니터링 기술

실시간 슬러리 물성 모니터링의 중요성

정확한,밀도의 연속 측정그리고점도이는 인산염 슬러리의 효율적인 운송, 탈황 및 탈인 공정에 매우 중요합니다. 실시간 모니터링을 통해 슬러리 특성 변화에 따라 공정 매개변수를 즉시 조정할 수 있습니다. 이러한 사전 예방적 공정 제어는 인산염 슬러리 파이프라인에서 흔히 발생하는 침전 및 파이프라인 막힘으로 인한 계획되지 않은 가동 중단 시간을 획기적으로 줄여줍니다.

슬러리 밀도 및 점도에 대한 지속적인 데이터는 작업자가 입자 침전 또는 막힘 위험 증가를 나타내는 이상 징후를 즉시 파악하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 점도 또는 밀도의 급격한 변화가 감지되면 유량을 조정하거나 화학 약품 투입량을 최적화하여 파이프라인의 효율적인 이송을 복원할 수 있습니다. 또한 빈번한 모니터링은 슬러리 침전 방지 기술을 지원하여 작업자가 고형물이 축적되어 침전물을 형성하기 전에 조치를 취할 수 있도록 합니다.

적절한 슬러리 점도와 입자 현탁 상태를 유지하는 것은 유동 효율 저하를 방지하는 데 매우 중요합니다. 온라인 측정 기술에 대한 투자는 파이프라인 유동 개선, 이송 효율 향상 및 유지보수 비용 절감으로 직결됩니다.

온라인 액체 밀도계 및 점도계

온라인 액체 밀도 측정기의 작동 원리

온라인 액체 밀도 측정기, 와 같은 진동관 코리올리스 미터슬러리 파이프라인에서 연속 밀도 측정을 위한 업계 표준 장비는 바로 이러한 장비들입니다. 이 장비들은 진동하는 튜브를 통해 슬러리를 통과시키면서 작동합니다. 슬러리의 질량 흐름으로 인해 발생하는 진동 위상 또는 주파수의 변화를 감지하고 처리하여 실시간 밀도 값을 산출합니다. 최신 장비들은 전자기 구동 방식이나 압전 여기 방식을 사용하여 튜브 진동을 유지합니다.

주요 설치 지점은 주요 슬러리 이송 라인 내의 인라인 위치와 중요 밸브 또는 굴곡부 근처와 같이 침전이나 유동 방해 위험이 높은 위치입니다. 최적의 성능을 위해서는 센서가 유동에 완전히 잠겨야 하며, 입자 분포의 불균일성으로 인한 오차를 최소화하기 위해 슬러리가 잘 혼합된 영역을 샘플링하도록 방향을 설정해야 합니다.

계량기 선정에 있어 중요한 매개변수는 다음과 같습니다.

• 온도 및 압력 등급,
• 습윤 부위의 내마모성
• 고농도의 고형물을 처리할 수 있는 능력
• 부유 입자에 의한 오염이나 코팅에 대한 민감도가 최소화됨.

견고한 온라인 밀도 측정기의 특징 및 선정 기준

인산염 슬러리 처리에는 내구성이 필수적입니다. Lonnmeter와 같은 일부 모델은 내마모성 센서 튜브, 강화된 구조, 그리고 가변적인 입자 크기 분포를 보정하는 고급 신호 처리 기능을 갖추고 있습니다. 마모를 최소화하기 위해 움직이는 부품이 없는 설계와 듀플렉스 스테인리스강 또는 세라믹과 같은 재질로 제작된 센서 헤드를 선택하는 것이 좋습니다.

주요 기능은 다음과 같습니다.

• 빠른 응답 시간(1초 미만 권장),
• 간편한 교정 접근 방식,
• 공장 SCADA 또는 PLC 시스템과의 디지털 통합,
• 실시간 데이터 로깅.

선호되는 측정기는 다양한 방향으로 설치 가능하고, 압력 강하가 최소화되며, 스케일링에 대한 저항성을 보여줍니다. 초음파 또는 전자기 밀도 측정기와 같은 비핵 측정 방식은 운영 및 규제 안전성 측면에서 점점 더 선호되고 있습니다.

실시간 슬러리 점도 평가를 위한 측정 요구사항

슬러리 점도 측정인산염 슬러리는 비뉴턴 유체이며 불균일한 성질을 가지고 있어 실시간 점도 측정이 어렵습니다. 온라인 점도계는 마모가 심한 환경에서도 견딜 수 있어야 하며, 침전물 축적이나 막힘을 방지해야 합니다. 파이프라인에 직접 설치되는 회전식 또는 진동식 인라인 점도계는 작동 조건 변화에 따른 점도 변화를 실시간으로 제공합니다.

시료를 수동으로 추출하여 실험실 레오미터로 측정하는 오프라인 방식과 비교했을 때, 온라인 점도계는 중단 없는 모니터링을 제공하고 지속적인 공정 최적화를 지원합니다. 이러한 기능은 유량, 화학 첨가제, 기계적 교반을 조정하여 슬러리 이송을 제어하고 막힘 현상을 최소화하는 데 필수적입니다.

슬러리 점도 측정의 최적 방법은 다음과 같습니다.

• 내마모성이 뛰어난 센서 소재
• 사각지대나 침전실을 방지하는 시공 방식
• 변화하는 고형물 함량 및 유동 양상을 고려한 교정 프로토콜.

적절한 온라인 밀도 및 점도 측정기와 올바른 제조업체를 선택하는 것은 인산염 슬러리 특성을 제어하고, 파이프라인 막힘을 최소화하며, 슬러리 운송 최적화를 지원하고, 파이프라인 운영 전반에 걸쳐 일관된 제품 품질을 제공하는 능력에 직접적인 영향을 미칩니다.