卧螺离心机帮助改进微型隧道施工运行

Bradshaw Construction Corporation公司设备经理Ben Truschel表示，在开展微型隧道施工项目时，通常很少考虑使用福乐伟离心机。“当人们提到福乐伟离心机时，通常会想到采矿、化工、污水和其他行业。”Truschel解释说。“但人们不会想到隧道施工项目。在微型隧道施工中，最重要的是泥浆——从始至终都是泥浆。”

然而在一次欧洲和中东旅行中，Truschel了解到卡塔尔多哈的一个微型隧道施工项目成功使用了福乐伟卧螺离心机。施工任务被取消，设备降价出售。Truschel于是决定寻找其他设备供应商来满足其专业领域的需求。“除了价格之外，福乐伟特别吸引人的一点是，他们为这项特殊任务提供了完整的套件。其中包括一个控制面板、进料泵和管道——一个完整的系统。  通常没有供应商会这样做。与我合作的是个德国人，他将福乐伟称为“离心机领域的梅赛德斯。”

 

Truschel很高兴看到福乐伟提供的离心机产品组合，以及他们自豪地将分离技术称为自己的核心竞争力。他决定将该设备与位于美国威斯康星州的净水设备和化学制备系统制造商ClearWater Industries的絮凝设备结合使用。“我们将这两家公司的设备整合到一个模块化的系统中。”他说， “我认为以前从未有人这样做过。将福乐伟和ClearWater这样两家高度专业化企业的技术相结合，对于我们的微型隧道施工项目这一核心竞争力非常有利。” 

微型隧道施工过程

微型隧道施工被视为“数字时代隧道施工”，PLC、人机界面和操作人员相结合，采用先进的远程控制顶管施工方法。地面操作人员使用计算机操作微型隧道施工系统，以推进和控制微型隧道掘进机，进行顶管、挖土。  Bradshaw Construction Corporation公司大约90%的业务都涉及微型隧道施工，主要用于供水或污水处理项目。这些隧道主要是为未来的公用事业设施建造，直径范围从20到120英寸不等。 

 

微型隧道掘进机通过含水泥浆进行输送，类似于石油公司垂直向下钻探开采石油或天然气。Bradshaw在隧道施工过程中使用类似的钻井液，采用一种反循环方法，而不是水平定向钻（HDD）行业常见的直接循环。“我们必须将钻井液中的最终液体和挖掘物分离出来。福乐伟设备正是在此起到重要作用。”Truschel解释说。“在开采或集料行业，他们的产品是集料——也就是固体。物料开采出来后必须多次清洗，这需要用水。水会变脏，因此就需要净化水——通常出于排放或环保的原因。

“在我们这个行业，情况正好相反。泥浆本身就是产品。我们的目的是挖开地面，挖掘隧道。我们面临的挑战是地面通常很不均匀。地上可能有沙子、淤泥、粘土、硬质岩石、松软岩石，以及介于这类物料之间的任何物质。” Bradshaw Construction公司负责挖掘地面、安全支撑地面和运输废料。由于微型隧道掘进机通过泥浆输送，因此必须将固体与液体分离。 

“我们的产品的确就是泥浆。”他说。“就是钻井液。我们希望钻井液达到最适合隧道挖掘过程的状态。” Bradshaw的大多数项目都是新工地，他们拥有30多年的丰富经验。这些年里，他们尝试了不同类型的分离设备。

 

分离的第一个阶段是将机器自身实际产生的钻屑分离出来。 这些钻屑通常通过一个4、5或6英寸泥浆管路输送到设备，具体取决于机器尺寸。 机器越大，泥浆管路就越大。这种泥浆输入时的固体含量通常至少为30%。固体物的大小可为5微米到3英寸的集料。粘土和淤泥大小通常为74微米。“当我们开采时，废料泥浆首先进入分离设备，该设备具有可去除所有大块集料的初级粗筛台。”Truschel说。“剩下的是泥沙和粘土。经过初级粗筛台之后，通常使用离心式泥浆泵将物料通过一系列水力旋流器抽吸到除砂台上。这是第二层——第二层除砂台专门用于去除所有沙子。” 

经过分离设备进行大量清洗后，剩下的是淤泥和粘土大小的物质——通常74微米及更小的细颗粒。“去除泥浆中74微米及更小颗粒的唯一方法是使用细筛小型水力旋流器对其进行处理，然后将其送入离心机。”Truschel说。Bradshaw将福乐伟和ClearWater公司的技术结合起来，制造了一系列采用两款福乐伟型号（Z4E和Z5E）卧螺离心机的模块化系统。从2019年以来，他们一直使用这种系统，目前有四个系统在运行。

分离过程

福乐伟Z系列离心机采用模块化设计，可根据具体应用进行定制。当需要分离固含量高的固/液混合物时，卧螺离心机使用高离心力连续运行，将分布在悬浮液中的细小固体颗粒分离出来。离心加速度将固相和一个或两个液相分离。由于沉淀物（固相）密度较高，因此会聚集在转鼓壁上。螺旋输送器将固渣连续输送至排出口。液相沿着螺旋流动。 

 

卧螺离心机可以被视为一个绕轴旋转的沉淀槽。在这个沉淀槽中，固体颗粒比液体重，因此在重力作用下沉降到底部，在槽底形成一个沉淀层。固相和液相在离心加速度的作用下分离。 在离心机的转鼓中，固体颗粒的密度较高，因此比液体重，在离心力的作用下向外移动， 在离心机转鼓的内壁上形成沉淀层。由于离心机中施加的离心力约为3000g，而重力场中的离心力为1g，因此固体颗粒与液体的分离速度更快、效率更高。

在微型隧道施工中使用离心机技术的优点

在土木工程施工现场，衡量结果是最重要的，Truschel说。“如果你在施工现场看到离心机排放出的废水是清澈的，那么你就达到了最高质量。”他解释说 因此，尽管在微型隧道施工项目中使用福乐伟离心机并非传统做法，但我们已经看到了明显的结果。”

Truschel表示，他使用福乐伟设备建造的系统具有明显的优势。 

 

1. 高品质的设备产生清澈的废水，并最大限度地减少停机时间。“这些都是移动设备，它们经常被搬来搬去。很难说运行时间和停机时间具体是多少，但我认为，停机时间可能不到实际运行时间的1%。”Truschel说。“也就是如果连续运行100小时，停机时间不到一小时。”
2. 支持：零件供应和客户服务。
3. 定制。“许多其他供应商都提供离心机和操作面板，其余的必须由你自己决定。”Truschel说 “福乐伟在为我们制造定制设备上给予了很大帮助，这也提供了灵活性。”
4. 性能。“最重要的是设备必须发挥作用。”他说。“你想将液体中的固体分离出来。我们必须确保可以去除足够多的固体，得到清澈的废水。”

在微型隧道施工过程中，清澈的水被回收到钻井液罐中。“项目结束，隧道完工时，我们回收了所有钻井液。我们可不能把它倒在地上。”Truschel说。“使用福乐伟优质离心机和ClearWater优质絮凝装置，我们可以去除钻井液中99%的固体。也许可以将其送入过滤系统中，然后就可以直接排放到雨水排水沟中。” 这也大大降低了废弃处理成本。

 

作者：

Daniel Lakovic是福乐伟分离技术公司的业务开发经理。