Ikke alle bulkmaterialer er like vanskelige å fjerne fra en silo. Noen renner ut med minimalt inngrep. Andre krever dager med hamring, kutting og graving. Å forstå hvorfor materialer er forskjellige når det gjelder rengjøringsvansker er det første skrittet mot å utforme effektive rengjøringsstrategier og velge passende intervensjonsmetoder.
Denne artikkelen gir en praktisk referanseguide til materialegenskapene som bestemmer rengjøringsvansker. Den forklarer hvordan hver eiendom påvirker akkumuleringsatferd og rengjøringskrav. Den tilbyr enkle tester som anleggsingeniører kan utføre for å karakterisere materialene deres. Og den gir veiledning for å matche rengjøringsmetoder til materialegenskaper.
Partikkelstørrelse og distribusjon
Partikkelstørrelse er den mest synlige materialegenskapen, og den har en direkte effekt på rengjøringsvansker.
Grove materialer, med partikler større enn omtrent fem millimeter, er generelt lettere å rengjøre enn fine materialer. Partiklene har mindre overflateareal per masseenhet, noe som betyr mindre areal tilgjengelig for adhesive krefter. Det er også mindre sannsynlig at de danner sammenhengende buer. Mekaniske buer kan oppstå når store partikler låser seg, men disse er vanligvis lettere å bryte enn sammenhengende buer i fine materialer.
Fine materialer, med partikler mindre enn hundre mikron, er betydelig vanskeligere å rengjøre. Det høye overflatearealet per masseenhet gjør at sterke van der Waals-krefter og elektrostatiske attraksjoner kan utvikle seg. Fine materialer konsolideres under press og får styrke over tid. De danner tette, harde avleiringer som motstår mekaniske forstyrrelser.
Partikkelstørrelsesfordelingen, ikke bare gjennomsnittsstørrelsen, har også betydning. Materialer med bred størrelsesfordeling, altså en blanding av store og små partikler, er ofte vanskeligere å rengjøre enn materialer med smal fordeling. De små partiklene fyller mellomrommene mellom store partikler, og skaper en tett pakking som er svært sammenhengende.
Praktisk vurdering av partikkelstørrelse krever ikke laboratorieutstyr. En enkel siktanalyse ved bruk av standardskjermer gir nyttige data. For de fleste anleggsingeniører er det relevante skillet om materialet er grovt nok til å håndteres med enkle verktøy eller fint nok til å kreve drevet utstyr eller vannjetting.
Fuktighetsinnhold
Fuktighet er den viktigste faktoren for rengjøringsproblemer for de fleste bulkmaterialer. Et materiale som er tørt og frittflytende kan bli klissete og ubevegelig når fuktigheten øker.
Effekten av fuktighet avhenger av materialet. For mange pulver er det et kritisk fuktighetsinnhold over hvilket flyten blir upålitelig. Under dette nivået oppfører materialet seg som et frittflytende fast stoff. Over det utvikler materialet kohesjonsstyrke som øker med fuktighet. Det kritiske fuktighetsnivået varierer mye. Sement kan vise effekter ved fuktighetsnivåer så lave som én prosent. Andre materialer kan tåle ti prosent eller mer før de blir problematiske.
Fukt påvirker også rengjøringen på en sekundær måte. Når vann tilsettes for å fjerne en blokkering, enten gjennom vannstråle eller gjennom kondens, kan det føre til at det gjenværende materialet stivner eller stivner. Sement og kalk er klassiske eksempler der tilsetning av vann gjør problemet verre snarere enn bedre.
Måling av fuktighet krever enkelt utstyr. En fuktighetsmåler eller en laboratorieovn kan gi kvantitative data. Selv en kvalitativ vurdering, som å klemme en håndfull materiale og observere om det holder sammen, gir nyttig informasjon for ryddestrategibeslutninger.
For anlegg som håndterer fuktfølsomme materialer, er det ofte mer effektivt å kontrollere fukt enn å administrere rengjøring. Forbedret taktetting, bedre inntaks- og utløpstetninger og kondisjonert luft kan redusere fuktinntrengning og redusere rengjøringsfrekvensen.
Samhold og hvilevinkel
Kohesjon er den indre styrken til et bulkmateriale. Materialer med høy kohesjon fester seg sammen og motstår flyt. Materialer med lav kohesjon flyter lett.
Kohesjon er ofte korrelert med partikkelstørrelse og fuktighet, men det er en distinkt egenskap. Noen fine, tørre materialer har lav kohesjon og flyter fritt. Andre, selv når de er tørre, har høy kohesjon på grunn av partikkelform eller elektrostatiske effekter.
Hvilevinkelen er en praktisk indikator på samhørighet. Dette er den maksimale vinkelen som en haug med materiale kan stables i før den kollapser. Materialer med lave hvilevinkler, mindre enn tretti grader, har lav kohesjon og flyter lett. Materialer med høye hvilevinkler, over førtifem grader, har høy kohesjon og er vanskelig å flyte.
Å måle hvilevinkelen krever ganske enkelt å helle materiale på en flat overflate og måle vinkelen til den resulterende kjeglen. Denne testen kan utføres med en liten prøve i anleggslaboratoriet eller til og med i vedlikeholdsbutikken.
Materialer med høy kohesjon krever mer aggressive rengjøringsmetoder. Enkel vibrasjon eller stang er kanskje ikke tilstrekkelig. Elektriske brytere, vannjetting eller fjernstyrt rivingsutstyr kan være nødvendig. Materialer med lav kohesjon kan ofte ryddes med vibrasjon eller stang.
Hardhet og slipeevne
Hardhet er materialets motstand mot mekaniske forstyrrelser. Harde materialer er vanskelige å bryte. Myke materialer er lette å bryte.
Hardhet blir betydelig når materialet har konsolidert seg til harde avleiringer. Sementavleiringer kan nå en hardhet som kan sammenlignes med betong. Visse kjemiske mellomprodukter kan danne ekstremt harde skorper som motstår mekaniske brytere.
Slipeevne er relatert til hardhet, men refererer til materialets effekt på utstyr. Slipende materialer sliter ned hammerspisser, skjæreverktøy og siloforinger. Høy slipeevne øker kostnadene for rengjøring og skadene på siloen.
Testing av hardhet krever ikke spesialutstyr. En enkel ripetest, som ligner på mineralhardhetstesting, kan gi et grovt estimat. Materialer som kan ripes med en lommekniv er myke. Materialer som sløver kniven er harde. Materialer som ikke kan ripes i det hele tatt er svært harde og vil kreve spesialutstyr for fjerning.
Harde materialer krever ofte vannjetting som den primære fjerningsmetoden. Vannstråler skjærer gjennom harde avleiringer uten slitasjen som mekaniske brytere opplever. Vanntrykket må tilpasses materialets hardhet. Mykere materialer kan bli skadet av for høyt trykk.
Flytfunksjon og komprimerbarhet
Strømningsfunksjon er forholdet mellom belastningen som påføres et materiale og dets evne til å flyte. Det er den mest komplette karakteriseringen av strømningsatferd, men det krever laboratorietesting for å bestemme nøyaktig.
For praktiske formål fungerer kompressibilitet som en proxy for flytfunksjon. Kompressibilitet er reduksjonen i volum som oppstår når et materiale utsettes for trykk. Materialer med høy komprimerbarhet er vanligvis vanskelige å flyte fordi partiklene konsoliderer seg tett.
En enkel kompressibilitetstest innebærer å plassere en prøve av materiale i en gradert sylinder, påføre en kjent vekt og måle volumreduksjonen. Volumreduksjonen i prosent av det opprinnelige volumet er komprimerbarheten. Materialer med komprimerbarhet over tretti prosent anses som svært komprimerbare og vanskelige å flyte.
Svært komprimerbare materialer krever nøye oppmerksomhet til silodesign og rengjøringsfrekvens. De er utsatt for konsolidering under lagring og kan kreve hyppigere rengjøring enn mindre komprimerbare materialer. Strømningshjelpemidler som luftkanoner eller fluidisatorer er ofte fordelaktige for komprimerbare materialer.
Temperaturfølsomhet
Temperatur påvirker både materialegenskapene og renseprosessen. Noen materialer blir lettere å håndtere når de varmes opp. Andre blir vanskeligere.
Materialer som mykner med varme, for eksempel visse harpikser eller asfalter, kan bli vanskeligere å rengjøre når de varmes opp fordi de blir klebrigere. Materialer som utvider seg med varme kan bli mindre tette og flyte lettere. Effekten av temperatur er materialspesifikk og må bestemmes for hver situasjon.
Temperaturen påvirker også sikkerheten. Siloer som inneholder varme materialer, som flyveaske fra kraftverk, utgjør termisk fare for arbeidere og utstyr. Rengjøring av varme siloer krever ytterligere sikkerhetstiltak.
Den praktiske implikasjonen av temperaturfølsomhet er at rengjøringsstrategien kan trenge å variere med temperaturen. En metode som fungerer ved omgivelsestemperatur kan mislykkes ved forhøyet temperatur. Innretninger som håndterer temperaturfølsomme materialer bør ta hensyn til temperatur i rengjøringsplanleggingen.
Kjemiske egenskaper
Materialets kjemiske egenskaper påvirker både flytoppførselen og sikkerheten ved rengjøringsoperasjoner.
Materialer som reagerer med vann, som sement, kalk eller noen kjemiske katalysatorer, blir vanskeligere å rengjøre når fuktighet tilføres. Vannjetting, som er effektivt for mange materialer, er upassende for disse materialene. Mekanisk fjerning er den foretrukne metoden.
Materialer som er etsende krever spesiell håndtering. Sure eller grunnleggende materialer kan skade utstyr og skade arbeidere. Rengjøringsutstyr som brukes for etsende materialer må være laget av kompatible materialer og kan kreve spesielle rengjøringsprosedyrer.
Materialer som er giftige eller farlige krever strenge sikkerhetsprosedyrer. Rengjøringsmetoden må forhindre støvutvikling og eksponering. Fjernstyrt utstyr foretrekkes ofte for farlige materialer for å minimere eksponering av personell.
Å forstå de kjemiske egenskapene til materialet er avgjørende for å velge sikre rengjøringsmetoder. Materialsikkerhetsdatabladet gir denne informasjonen og bør gjennomgås før rengjøring.
Praktiske vurderingsmetoder
Anleggsingeniører kan vurdere materialene sine ved å bruke enkle, rimelige metoder som gir nyttig informasjon for rengjøringsplanlegging.
Den håndfulle testen er den enkleste vurderingen. Ta en håndfull materiale og klem det. Hvis den faller fra hverandre når den slippes, har den lav kohesjon. Hvis det holder sammen i en klump, har det høy kohesjon. Den håndfulle testen indikerer også fuktighetsinnhold. Hvis materialet etterlater fuktighet på hånden, er den våt.
Peletesten gir data om hvilevinkel. Hell materiale på en flat overflate og mål vinkelen på haugen. En lav vinkel indikerer god flyt. En høy vinkel indikerer dårlig flyt.
Ripetesten indikerer hardhet. Prøv å skrape materialet med en lommekniv. Hvis det riper lett, er det mykt. Hvis den motstår å ripe, er den vanskelig. Hvis det ikke kan ripes, er det veldig vanskelig.
Vanntesten indikerer følsomhet for fuktighet. Tilsett en liten mengde vann til en prøve. Hvis materialet stivner eller stivner, er vannstråle ikke hensiktsmessig. Hvis materialet forblir løst, kan vannstråle være effektiv.
Settlementstesten indikerer kompressibilitet. Fyll en klar beholder med materiale, trykk på og mål volumreduksjonen. Høy volumreduksjon indikerer høy komprimerbarhet og flytvansker.
Disse testene er ikke nøyaktige. De erstatter ikke laboratorietesting. Men de gir nyttig veiledning for valg av rengjøringsmetode og er tilgjengelig uten kostnad.
Matchende egenskaper til rengjøringsmetoder
Veiledningen nedenfor gir et rammeverk for å matche materialegenskaper til rengjøringsmetoder.
Tørre materialer med lav kohesjon med store partikler og lav fuktighet er de enkleste å rengjøre. Vibrasjon eller stang er vanligvis tilstrekkelig. Hvis det i det hele tatt er behov for rengjøring, kan det gjøres med enkle verktøy.
Tørre, fine materialer med lav fuktighet, men små partikler kan fortsatt være vanskelig på grunn av kohesjonskrefter. Luftkanoner eller fluidisatorer er ofte effektive. Fjernstyrt utstyr kan være nødvendig for gjenstridige blokkeringer.
Våte materialer med høyt fuktinnhold er vanskelige å rengjøre mekanisk fordi materialet fester seg til verktøy og utstyr. Vannstråle kan være effektiv, men bare hvis materialet ikke reagerer med vann. For vannsensitive materialer kreves mekanisk fjerning med nøye fuktighetskontroll.
Herdede materialer med høy hardhet krever kraftige metoder. Fjernstyrt riveutstyr med hydrauliske hammere er den foretrukne metoden. Vannstråle ved høyt trykk kan også være effektivt. Manuell inntasting med håndverktøy er ikke egnet for herdede materialer.
Slipende materialer krever slitesterkt utstyr. Bryterspisser og skjæreverktøy slites raskt. Vedlikehold av utstyr er viktig. Vannstråle, som ikke har noen slitedeler i kontakt med materialet, kan være å foretrekke.
Farlige materialer krever eksterne metoder. Personell bør unngås. Fjernstyrt utstyr, riktig vedlikeholdt og betjent, er standardtilnærmingen.
Bruk av materialvurdering i forebyggende planlegging
Materialvurdering er ikke en engangsaktivitet. Materialegenskapene endres med innkjøps-, prosesserings- og lagringsforhold. Regelmessig vurdering sikrer at rengjøringsmetoder forblir hensiktsmessige.
Når en ny materialkilde introduseres, utfør de enkle testene som er beskrevet i denne artikkelen. Sammenlign resultatene med tidligere materialer. Hvis det nye materialet er vesentlig annerledes, juster rengjøringsfrekvens og -metoder.
Når sesongmessige endringer påvirker fuktighetsinnholdet, juster rengjøringsprosedyrene. Materialer som er tørre om sommeren kan være våte om vinteren. Renholdsplanen bør ta hensyn til disse sesongvariasjonene.
Når materialets lagringsvarighet endres, revurder dets egenskaper. Materialer som lagres lenger kan bli vanskeligere og vanskeligere å rengjøre. Hvis lagringsvarigheten øker, må rengjøringen kanskje bli mer aggressiv.
Dokumentere resultatene av materialvurderinger. Opprettholde en oversikt over materialegenskaper for hver silo og hver materialtype. Bruk denne posten til å veilede rengjøringsbeslutninger og til å identifisere trender som kan tyde på utvikling av problemer.
Konklusjon
Materialegenskaper bestemmer rengjøringsvanskeligheten. Forståelse av disse egenskapene gjør at anleggsingeniører kan velge passende rengjøringsmetoder, estimere rengjøringstid og -kostnader og planlegge forebyggende vedlikehold.
De enkle vurderingsmetodene beskrevet i denne artikkelen er tilgjengelige for enhver anleggsingeniør uten spesialutstyr. Håndfullprøven, pæleprøven, ripeprøven, vannprøven og setningstesten gir praktisk informasjon som veileder rengjøringsbeslutninger.
Den viktigste egenskapen for de fleste materialer er fuktighetsinnhold. Tørre materialer flyter lettere enn våte materialer. Kontroll av fuktighet er ofte det mest effektive forebyggende tiltaket. For materialer som ikke kan fuktkontrolleres, må rengjøringsmetoder velges ut fra deres øvrige egenskaper.
Partikkelstørrelse, kohesjon, hardhet, komprimerbarhet, temperaturfølsomhet og kjemiske egenskaper påvirker alle rengjøringsvansker. Å tilpasse rengjøringsmetoden til disse egenskapene øker sannsynligheten for suksess og reduserer tiden og kostnadene ved rengjøring.
Anleggsingeniører som forstår materialene deres, tar bedre rengjøringsbeslutninger. De rydder når det trengs, ikke etter en fast timeplan. De velger metoder som fungerer, ikke metoder som er tilgjengelige. Og de forhindrer problemer ved å forutse hvordan materialegenskaper vil påvirke siloens ytelse.
