Design of hydraulic transport systems for mining and processing plants

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Peculiarities of design of the hydrotransport system, which is part of the technological chain of ore processing are considered. A critical analysis of the characteristics of the slurry pipeline of the tailing facility of the mining and processing complex “Ryabinovy” (MPC “Ryabinovy”), located near the city of Aldan, was carried out.Materials and methods. In the hydraulic calculations of two-phase flows, the initial data were the chemical composition of the tailings, the basic features of the processing plant, and the geodetic data of the place of tailing storage. Based on the theory of two-phase flows, the authors provide calculations of the characteristics of solid particles, flow and energy losses necessary for the design of slurry pipelines. The engineering tasks of calculating two-phase flows are the calculation of head losses during the hydrotransportation of various materials through slurry pipes, the determination of the maximum velocity at which the transported material is not yet deposited to the bottom of the flow and the choice of equipment for hydraulic transport. The dependence of specific energy losses of two-phase flows, at average velocity, below those recommended by regulations on the basis of experimental data obtained at the Department of “Hydraulics and Hydrotechnical Engineering”, NRU MGSU, is given. Solid particles transport is possible if the flow has sufficient energy for this without sediment formation at the bottom of the pipeline. The average speed corresponding to the sediment-free transport mode is the critical velocity of the two-phase flow.Results. The recommendation on the choice of an effective mode of hydrotransport is based on the principle of minimizing energy losses. The deficit of flow energy in the slurry pipeline is revealed and the necessity to use the criterion on the need to exceed the average velocity over the critical velocity of the two-phase flow is shown.Conclusions. The necessity of using the speed reserve coefficient to achieve an effective mode of transportation was formulated. Particular attention is paid to the calculation of head losses at a critical transport speed, which is the basis for the choice of pumping equipment.

About the authors

L. V. Volgina

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: VolginaLV@gic.mgsu.ru
ORCID iD: 0000-0002-2349-5005
SPIN-code: 3032-5165

S. A. Sergeev

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: Stanislav_sergeev91@mail.ru

A. A. Romanova

Joint Stock Company “Institute “Orgenergostroy” (JSC IOES)

Email: anastasiya.a.romanova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3467-4495
SPIN-code: 4296-6925

References

  1. Алешков М.В., Волгина Л.В. Кинематические характеристики двухфазных потоков при гидроабразивной резке // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. Вып. 12. С. 1610–1618. doi: 10.22227/1997-0935.2019.12.1610-1618. EDN MDNYHT.
  2. Аникина С.А. Утилизация и переработка резервуарных и амбарных нефтешламов // Экологические чтения-2014. 2014. С. 102–105. EDN TMFQED.
  3. Ржевский В.В. Открытые горные работы: Технология и комплексная механизация : учебник. М. : Книжный дом «ЛИБРО-КОМ», 2013. 552 с.
  4. Федотов А.И., Шамсутдинов Э.В. Алгоритм расчета систем гидротранспорта водоугольной суспензии на объектах промышленной теплоэнергетики // Современные проблемы науки и образования 2013. № 1. С. 181–188. EDN PWAZHP.
  5. Liu Y., Lv X., Zhou S., Pengfei Yu, Yun L., Bohui Sh. et al. Rheological study of low wax content hydrate slurries considering phase interactions // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021. Vol. 94. Pр. 104–106. doi: 10.1016/j.jngse.2021.104-106
  6. Chen Y.C., Shi B.H., Fu Sh., Li Q., Yao H., Liu Ya. et al. Kinetic and rheological investigation of cyclopentane hydrate formation in waxy water-in-oil emulsions // Fuel. 2021. Р. 119568. doi: 10.1016/j.fuel.2020.119568
  7. Ran F., Xu Ch., Chen Yu., Cong R, Fang G. Numerical flow characteristics of microencapsulated phase change slurry flowing in a helically coiled tube for thermal energy storage // Energy. 2021. Vol. 223. Pр. 120–128. doi: 10.1016/j.energy.2021.120128
  8. Liu Z., Li Ya., Wang J., Zhang M., Liu W., Lang Chen et al. Rheological investigation of hydrate slurry with marine sediments for hydrate exploitation // Energy. 2022. Vol. 259. P. 124958. doi: 10.1016/j.energy.2022.124958
  9. Ахмеров А.В., Осипов А.Л., Долгова А.Н., Файзуллина Г.Р. Энергосберегающая технология обезвоживания отработанного вторичного активного ила для последующего использования в качестве топливного вторичного энергетического ресурса // Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы 2018 : мат. IХ Междунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. 2018. С. 230–234. EDN RCKLSF.
  10. Беляков В.А., Купорова А.В. Добыча торфа в северной Якутии и экология // Актуальные проблемы машиноведения, безопасности и экологии в природопользовании : mат. IV Междунар. науч.-практ. конф. : в 2 ч. Ч. 1. 2018. С. 305–310. EDN UWWBTA.
  11. Волгина Л.В. Экспериментальное исследование вязкости двухфазного потока // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании : сб. мат. Междунар. науч. конф. ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» 2017. 2017. С. 879–883. EDN XSNIMP.
  12. Тарасов В.К., Гусак Л.Н., Волгина Л.В. Движение двухфазных сред и гидротранспорт : уч.-метод. пос. М., 2011.
  13. Волгина Л.В., Гусев И.А. О гидравлическом сопротивлении при гидроабразивной резке // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 3. С. 399–408. doi: 10.22227/1997-0935.2020.3.399-408. EDN OLJXFW.
  14. Горбатов Ю.П., Мосейкин В.В., Хачатрян В.Д. О работе гидротранспорта в режиме частичного заиления труб // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № S4. C 376–381. EDN NENOHX.
  15. Krishna R., Kumar K.N., Gupta K. CFD investigation of pressure drop reduction in hydrotransport of multisized zinc tailings slurry through horizontal pipes // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48. No. 43. Pр. 16435–16444. doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.01.116
  16. Абрамец В.С. Добыча песка и песчано-гравийной смеси в Приамурье средствами гидромеханизации // Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений : VIII Междунар. науч.-техн. конф. «Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений». Екатеринбург, 4–5 апреля 2019 г. 2019. С. 109–112. EDN IUBMVK.
  17. Cai L., Mi Sh., Luo Ch., Liu Zh. Numerical investigation of hydraulic and heat transfer characteristics of two-phase ice slurry in helically coiled tubes // Energy and Buildings. 2022. Vol. 256. P. 111773. doi: 10.1016/j.enbuild.2021.111773
  18. Chami N., Salehy Ya., Burgner D., Delahaye A., Dalmazzone D., Pascal C. et al. Rheological study of mixed cyclopentane + CO2 hydrate slurry in a dynamic loop for refrigeration systems // Energy. 2023. Vol. 263. P. 125661. doi: 10.1016/j.energy.2022.125661
  19. Li B., Zhang T.T., Wan Q.C. Wei W., Chen L-L, Feng J-Ch. et al. Kinetic study of methane hydrate development involving the role of self-preservation effect in frozen sandy sediments // Applied Energy. 2021. Vol. 300. P. 117398. doi: 10.1016/j.apenergy.2021.117398
  20. Chami N., Bendjenni S., Clain P., Fournaison L., Delahaye A., Osswald V. et al. Thermodynamic characterization of mixed gas hydrates in the presence of cyclopentane as guest molecule for an application in secondary refrigeration // Chemical Engineering Science. 2021. Vol. 244. P. 116790. doi: 10.1016/j.ces.2021.116790
  21. Волгина Л.В., Медзвелия М.Л., Чемерис О.Г. Влияние мелкодисперсных включений на расчет критической скорости двухфазного потока // Вестник МГСУ. 2014. № 11. С. 145–153. EDN SZCFEP.
  22. Леонов А.М., Михеев В.А., Москаленко Т.В., Данилов О.С. Гидравлический расчет трубопровода от станции Угольная до Нерюнгринской ГРЭС // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № S10. С. 404–408. EDN LRGVBD.
  23. Jaworska-Jóźwiak, Dziubiński M. Effect of deflocculant addition on energy savings in hydrotransport in the lime production process // Energies. 2022. Vol. 15. No. 11. P. 3869. doi: 10.3390/en15113869
  24. Ибад-Заде Ю.А., Гурбанов С.Г., Азизов С.Г., Алескеров В.Г. Гидравлика разноплотностного потока. М. : Стройиздат, 1982. 294 с.
  25. Юфин А.П. Напорный гидротранспорт. М. : Энергоиздат, 1950.
  26. Volgina L.V., Romanova A.A. Resistance coefficient of nonspherical solid particles in turbulent flow // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании : сб. мат. VI Междунар. науч. конф. 2018. С. 178–183. EDN YQGTVZ.
  27. Волгина Л.В., Сергеев С.А., Романова А.А. О кинематических характеристиках селевых потоков // Гидротехническое строительство. 2018. № 10. С. 59–63. EDN YNAWUX.
  28. Третьяк А.Я., Литкевич Ю.Ф., Гроссу А.Н. Технология гидродобычи железной руды на месторождениях Курской магнитной аномалии // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № 3. С. 50–54. EDN TJYFTX.
  29. Усова А.А. Порядок отработки мокрых песков открытым способом // Мат. IV Всеросс. науч.-практ. конф. 2019. C. 71–78. EDN ILQVOT.
  30. Чебан А.Ю. Техническое оснащение предприятий по добыче нерудных строительных материалов в Хабаровском крае // Механизация строительства. 2017. С. 23–26. EDN ZRRQLD.
  31. Araya N., Ramírez Ye., Cisternas L.A., Kraslawski A. Use of real options to enhance water-energy nexus in mine tailings management // Applied Energy. 2021. Vol. 303. P. 117626. doi: 10.1016/j.apenergy.2021.117626
  32. Araya N., Ramírez Y., Kraslawski A., Cisternas L.A. Feasibility of re-processing mine tailings to obtain critical raw materials using real options analysis // Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 284. P. 112060. doi: 10.1016/j.jenvman.2021.112060
  33. Babaev A., Teshabaeva E., Obidjonov A., Chorshanbiev U. Study of the hydraulic parameters of the flow of solid particles in the process of hydrotransport // E3S Web of Conferences. Tashkent : EcoSciences, 2023. Vol. 401. Pр. 30–34. doi: 10.1051/e3sconf/202340103034
  34. Pankov A., Pankova O. Modeling the concentration profile of the solid phase during hydrotransport of ore in pipes // E3s web of conferences : X International Conference on Advanced Agritechnologies, Environmental Engineering and Sustainable Development (AGRITECH-X 2024), Termez, Uzbekistan, 29–30 апреля 2024 года. Vol. 548. Les Ulis : EDP Sciences, 2024. P. 08009. doi: 10.1051/e3sconf/202454808009

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».