Kaikkia irtotavaraa ei ole yhtä vaikea poistaa siilosta. Jotkut virtaavat ulos minimaalisella väliintulolla. Toiset vaativat päiviä vasaraa, leikkaamista ja kaivamista. Sen ymmärtäminen, miksi materiaalit eroavat puhdistusvaikeudeltaan, on ensimmäinen askel kohti tehokkaita puhdistusstrategioita ja sopivien väliintulomenetelmien valintaa.
Tämä artikkeli tarjoaa käytännön viiteoppaan materiaalin ominaisuuksiin, jotka määrittävät puhdistusvaikeuden. Se selittää, kuinka kukin omaisuus vaikuttaa kertymiskäyttäytymiseen ja puhdistusvaatimuksiin. Se tarjoaa yksinkertaisia testejä, jotka laitosinsinöörit voivat tehdä materiaaliensa luonnehtimiseksi. Ja se antaa ohjeita puhdistusmenetelmien sovittamiseen materiaalin ominaisuuksiin.
Partikkelikoko ja -jakauma
Hiukkaskoko on materiaalin näkyvin ominaisuus, ja sillä on suora vaikutus puhdistusvaikeuteen.
Karkeat materiaalit, joiden hiukkaset ovat suurempia kuin noin viisi millimetriä, ovat yleensä helpompi puhdistaa kuin hienot materiaalit. Hiukkasilla on pienempi pinta-ala massayksikköä kohti, mikä tarkoittaa vähemmän pinta-alaa, joka on käytettävissä tarttumisvoimille. Ne muodostavat myös vähemmän todennäköisesti yhtenäisiä kaaria. Mekaanisia kaaria voi syntyä, kun suuret hiukkaset lukittuvat toisiinsa, mutta ne on yleensä helpompi rikkoa kuin yhtenäiset kaaret hienoissa materiaaleissa.
Hienojakoisia materiaaleja, joissa on alle sata mikronia pienempiä hiukkasia, on huomattavasti vaikeampi puhdistaa. Suuri pinta-ala massayksikköä kohti mahdollistaa vahvojen van der Waalsin voimien ja sähköstaattisten vetovoiman kehittymisen. Hienot materiaalit tiivistyvät paineen alaisena ja vahvistuvat ajan myötä. Ne muodostavat tiheitä, kovia kerrostumia, jotka kestävät mekaanisia vaurioita.
Myös hiukkaskokojakaumalla, ei vain keskimääräisellä koolla, on merkitystä. Materiaalit, joiden kokojakauma on laaja, eli seoksia suuria ja pieniä hiukkasia, ovat usein vaikeampia puhdistaa kuin materiaalit, joilla on kapea jakautuminen. Pienet hiukkaset täyttävät suurten hiukkasten väliset tilat ja muodostavat tiiviin pakkauksen, joka on erittäin yhtenäinen.
Partikkelikoon käytännön arviointi ei vaadi laboratoriolaitteita. Yksinkertainen seula-analyysi tavallisia näyttöjä käyttäen tarjoaa hyödyllisiä tietoja. Useimmille laitosinsinööreille olennainen ero on se, onko materiaali tarpeeksi karkeaa yksinkertaisilla työkaluilla käsiteltäväksi vai tarpeeksi hienoa, jotta se vaatii sähkölaitteita tai vesisuihkua.
Kosteuspitoisuus
Kosteus on tärkein yksittäinen tekijä useimpien bulkkimateriaalien puhdistusvaikeudessa. Kuiva ja vapaasti valuva materiaali voi muuttua tahmeaksi ja liikkumattomaksi kosteuden lisääntyessä.
Kosteuden vaikutus riippuu materiaalista. Monilla jauheilla on kriittinen kosteuspitoisuus, jonka yläpuolella virtauksesta tulee epäluotettava. Tämän tason alapuolella materiaali käyttäytyy vapaasti virtaavana kiinteänä aineena. Sen yläpuolella materiaali kehittää koheesiolujuutta, joka kasvaa kosteuden mukana. Kriittinen kosteustaso vaihtelee suuresti. Sementillä voi olla vaikutuksia jo yhden prosentin kosteustasolla. Muut materiaalit voivat sietää kymmenen prosenttia tai enemmän ennen kuin niistä tulee ongelmallisia.
Kosteus vaikuttaa myös siivoukseen toissijaisesti. Kun vettä lisätään tukosten poistamiseksi joko vesisuihkulla tai kondensaatiolla, se voi saada jäljelle jääneen materiaalin kovettumisen tai kovettumisen. Sementti ja kalkki ovat klassisia esimerkkejä siitä, että veden lisääminen pahentaa ongelmaa paremmin.
Kosteuspitoisuuden mittaaminen vaatii yksinkertaisia laitteita. Kosteusmittari tai laboratoriouuni voivat antaa kvantitatiivisia tietoja. Jopa laadullinen arviointi, kuten kourallisen materiaalin puristaminen ja sen kestävyyden havaitseminen, antaa hyödyllistä tietoa puhdistusstrategiapäätöksiä varten.
Kosteudelle herkkiä materiaaleja käsittelevissä tiloissa kosteuden hallinta on usein tehokkaampaa kuin puhdistus. Parannettu katon tiivistys, paremmat tulo- ja ulostulotiivisteet ja ilmastoitu ilma voivat vähentää kosteuden sisäänpääsyä ja vähentää puhdistustiheyttä.
Koheesio ja lepokulma
Koheesio on bulkkimateriaalin sisäinen lujuus. Korkean koheesion omaavat materiaalit tarttuvat toisiinsa ja estävät virtausta. Matala koheesiomateriaalit virtaavat helposti.
Koheesio korreloi usein hiukkaskoon ja kosteuden kanssa, mutta se on erillinen ominaisuus. Joillakin hienoilla, kuivilla materiaaleilla on alhainen koheesio ja ne virtaavat vapaasti. Toisilla, jopa kuivina, on korkea koheesio hiukkasten muodon tai sähköstaattisten vaikutusten vuoksi.
Lepokulma on käytännöllinen yhteenkuuluvuuden indikaattori. Tämä on suurin kulma, jossa materiaalipino voidaan pinota ennen kuin se romahtaa. Materiaaleilla, joiden lepokulmat ovat pienet, alle 30 astetta, on alhainen koheesio ja ne virtaavat helposti. Materiaalit, joiden lepokulmat ovat korkeat, yli 45 astetta, ovat koheesiokykyisiä ja vaikeita valua.
Lepokulman mittaaminen vaatii yksinkertaisesti materiaalin kaatamisen tasaiselle pinnalle ja tuloksena olevan kartion kulman mittaamisen. Tämä testi voidaan tehdä pienellä näytteellä laitoksen laboratoriossa tai jopa huoltoliikkeessä.
Korkean koheesion materiaalit vaativat aggressiivisempia puhdistusmenetelmiä. Pelkkä tärinä tai lyönti ei ehkä riitä. Sähkökäyttöiset katkaisijat, vesisuihkut tai kauko-ohjattavat purkulaitteet voivat olla tarpeen. Alhaisen koheesion materiaalit voidaan usein puhdistaa tärinällä tai sauvalla.
Kovuus ja hankauskyky
Kovuus on materiaalin kestävyyttä mekaanisia häiriöitä vastaan. Kovia materiaaleja on vaikea rikkoa. Pehmeät materiaalit on helppo rikkoa.
Kovuus muuttuu merkittäväksi, kun materiaali on tiivistynyt koviin kerrostumiin. Sementtikertymät voivat saavuttaa betonin kovuuden. Tietyt kemialliset välituotteet voivat muodostaa erittäin kovia kuoria, jotka kestävät mekaanisia murtumia.
Abrasiivisuus liittyy kovuuteen, mutta viittaa materiaalin vaikutukseen laitteisiin. Hankaavat materiaalit kuluttavat murskaimen kärjet, leikkuutyökalut ja siilon vuoraukset. Korkea hankauskyky lisää puhdistuskustannuksia ja siilon vaurioita.
Kovuuden testaus ei vaadi erikoislaitteita. Yksinkertainen naarmutesti, samanlainen kuin mineraalikovuustesti, voi antaa karkean arvion. Taskuveitsellä naarmuuntuvat materiaalit ovat pehmeitä. Materiaalit, jotka tylstävät veitsen, ovat kovia. Materiaalit, joita ei voi naarmuttaa ollenkaan, ovat erittäin kovia ja vaativat erikoislaitteita niiden poistamiseen.
Kovat materiaalit vaativat usein vesisuihkun ensisijaisena poistomenetelmänä. Vesisuihku leikkaa kovien kerrostumien läpi ilman mekaanisten murtumien kulumista. Veden paine on sovitettava materiaalin kovuuteen. Liiallinen paine voi vaurioittaa pehmeämpiä materiaaleja.
Virtaustoiminto ja puristuvuus
Virtausfunktio on materiaaliin kohdistuvan jännityksen ja sen virtauskyvyn välinen suhde. Se on täydellisin virtauskäyttäytymisen karakterisointi, mutta se vaatii laboratoriotestejä määrittääkseen tarkasti.
Käytännön syistä kokoonpuristuvuus toimii virtausfunktion välityspalvelimena. Kokoonpuristuvuus on tilavuuden pienenemistä, joka tapahtuu, kun materiaalia painetaan. Korkean kokoonpuristuvuuden omaavat materiaalit ovat tyypillisesti vaikeita valua, koska hiukkaset tiivistyvät tiukasti.
Yksinkertainen kokoonpuristuvuustesti sisältää materiaalinäytteen asettamisen asteikolla varustettuun sylinteriin, tunnetun painon käyttämisen ja tilavuuden pienenemisen mittaamisen. Tilavuuden vähennys prosentteina alkuperäisestä tilavuudesta on puristuvuus. Materiaaleja, joiden kokoonpuristuvuus on yli 30 prosenttia, pidetään erittäin kokoonpuristuvina ja vaikeasti virtaavina.
Erittäin puristuvat materiaalit vaativat huolellista huomiota siilon suunnitteluun ja puhdistustiheyteen. Ne ovat alttiita tiivistymään varastoinnin aikana ja saattavat vaatia useammin puhdistusta kuin vähemmän kokoonpuristuvia materiaaleja. Virtauksen apuvälineet, kuten ilmatykit tai fluidisaattorit, ovat usein hyödyllisiä kokoonpuristuville materiaaleille.
Lämpötilaherkkyys
Lämpötila vaikuttaa sekä materiaalin ominaisuuksiin että puhdistusprosessiin. Joitakin materiaaleja on helpompi käsitellä kuumennettaessa. Toisista tulee vaikeampia.
Lämmön vaikutuksesta pehmenevät materiaalit, kuten tietyt hartsit tai asfaltit, voivat olla vaikeampia puhdistaa kuumennettaessa, koska niistä tulee tahmeampia. Lämmön vaikutuksesta laajenevat materiaalit voivat muuttua vähemmän tiiviiksi ja virrata helpommin. Lämpötilan vaikutus on materiaalikohtainen ja se on määritettävä jokaisessa tilanteessa.
Myös lämpötila vaikuttaa turvallisuuteen. Kuumia materiaaleja, kuten voimalaitosten lentotuhkaa, sisältävät siilot aiheuttavat lämpöriskejä työntekijöille ja laitteille. Kuumien siilojen puhdistaminen vaatii lisävarotoimia.
Lämpötilaherkkyyden käytännön seuraus on, että puhdistusstrategia saattaa joutua vaihtelemaan lämpötilan mukaan. Ympäristön lämpötilassa toimiva menetelmä voi epäonnistua korotetussa lämpötilassa. Lämpötilaherkkiä materiaaleja käsittelevien tilojen tulee ottaa lämpötila huomioon puhdistussuunnittelussaan.
Kemialliset ominaisuudet
Materiaalin kemialliset ominaisuudet vaikuttavat sekä sen virtauskäyttäytymiseen että puhdistustoimintojen turvallisuuteen.
Veden kanssa reagoivat materiaalit, kuten sementti, kalkki tai jotkut kemialliset katalyytit, muuttuvat vaikeammiksi puhdistaa, kun niihin joutuu kosteutta. Vesisuihku, joka on tehokas monille materiaaleille, ei sovellu näille materiaaleille. Mekaaninen poisto on suositeltava menetelmä.
Syövyttävät materiaalit vaativat erityiskäsittelyä. Happamat tai emäksiset materiaalit voivat vahingoittaa laitteita ja vahingoittaa työntekijöitä. Syövyttävien materiaalien puhdistusvälineiden on oltava yhteensopivia materiaaleja, ja ne voivat vaatia erityisiä puhdistustoimenpiteitä.
Myrkylliset tai vaaralliset materiaalit vaativat tiukkoja turvallisuustoimenpiteitä. Puhdistusmenetelmän tulee estää pölyn muodostuminen ja altistuminen. Kauko-ohjattavat laitteet ovat usein suositeltavia vaarallisille materiaaleille henkilökunnan altistumisen minimoimiseksi.
Materiaalin kemiallisten ominaisuuksien ymmärtäminen on välttämätöntä turvallisten puhdistusmenetelmien valinnassa. Käyttöturvallisuustiedote sisältää nämä tiedot, ja se tulee tarkistaa ennen puhdistusta.
Käytännön arviointimenetelmät
Laitosinsinöörit voivat arvioida materiaalinsa käyttämällä yksinkertaisia, edullisia menetelmiä, jotka tarjoavat hyödyllistä tietoa puhdistussuunnittelussa.
Kourallinen testi on yksinkertaisin arvio. Ota kourallinen materiaalia ja purista sitä. Jos se hajoaa vapautettaessa, sillä on alhainen koheesio. Jos se pysyy kokkarina, sillä on korkea koheesio. Kourallinen testi osoittaa myös kosteuspitoisuuden. Jos materiaali jättää kosteutta käteen, se on märkä.
Paalutesti antaa lepokulmatiedot. Kaada materiaali tasaiselle pinnalle ja mittaa pinon kulma. Matala kulma osoittaa hyvää virtausta. Suuri kulma osoittaa huonoa virtausta.
Naarmutesti osoittaa kovuuden. Yritä naarmuttaa materiaalia taskuveitsellä. Jos se naarmuuntuu helposti, se on pehmeä. Jos se kestää naarmuuntumista, se on kova. Jos sitä ei voi naarmuttaa, se on erittäin kovaa.
Vesitesti osoittaa herkkyyden kosteudelle. Lisää näytteeseen pieni määrä vettä. Jos materiaali kovettuu tai kovettuu, vesisuihku ei ole tarkoituksenmukaista. Jos materiaali jää löysäksi, vesisuihku voi olla tehokasta.
Tasoitustesti osoittaa puristettavuuden. Täytä kirkas säiliö materiaalilla, paina ja mittaa tilavuuden väheneminen. Suuri tilavuuden vähennys osoittaa suurta puristuvuutta ja virtauksen vaikeutta.
Nämä testit eivät ole tarkkoja. Ne eivät korvaa laboratoriotutkimuksia. Mutta ne tarjoavat hyödyllisiä ohjeita puhdistusmenetelmien valinnassa, ja ne ovat saatavilla ilmaiseksi.
Ominaisuuksien yhdistäminen puhdistusmenetelmiin
Alla olevat ohjeet tarjoavat puitteet sovittaa materiaaliominaisuudet yhteen puhdistusmenetelmiin.
Kuivat, vähän koheesiopitoiset materiaalit, joissa on suuria hiukkasia ja vähän kosteutta, ovat helpoimmin puhdistettavia. Tärinä tai lyönti riittää yleensä. Jos puhdistusta ollenkaan tarvitaan, se voidaan tehdä yksinkertaisilla työkaluilla.
Kuivat, hienot materiaalit, joissa on alhainen kosteus, mutta pienet hiukkaset voivat silti olla hankalia koheesiovoimien vuoksi. Ilmatykit tai fluidisaattorit ovat usein tehokkaita. Kauko-ohjattavia laitteita voidaan tarvita pinttyneiden tukosten varalta.
Kosteat materiaalit, joiden kosteuspitoisuus on korkea, on vaikea puhdistaa mekaanisesti, koska materiaali tarttuu työkaluihin ja laitteisiin. Vesisuihkutus voi olla tehokasta, mutta vain, jos materiaali ei reagoi veden kanssa. Vesiherkille materiaaleille vaaditaan mekaaninen poisto huolellisella kosteuden hallinnassa.
Kovemmat materiaalit vaativat tehokkaita menetelmiä. Kauko-ohjattavat purkulaitteet, joissa on hydrauliset katkaisijat, ovat suositeltavin menetelmä. Vesisuihku korkealla paineella voi myös olla tehokasta. Käsinsyöttö käsityökaluilla ei sovellu karkaistuille materiaaleille.
Hankaavat materiaalit vaativat kestäviä laitteita. Murskainkärjet ja leikkuutyökalut kuluvat nopeasti. Laitteiden huolto on välttämätöntä. Vesisuihkutus, jossa ei ole materiaalin kanssa kosketuksissa olevia kulutusosia, voi olla parempi.
Vaaralliset materiaalit vaativat etämenetelmiä. Henkilöstön sisäänpääsyä tulee välttää. Kauko-ohjatut laitteet, joita huolletaan ja käytetään oikein, ovat vakiolähestymistapa.
Materiaaliarvioinnin käyttö ennaltaehkäisevässä suunnittelussa
Materiaalin arviointi ei ole kertaluonteista toimintaa. Materiaalin ominaisuudet muuttuvat hankinta-, käsittely- ja varastointiolosuhteiden mukaan. Säännöllinen arviointi varmistaa, että puhdistusmenetelmät pysyvät asianmukaisina.
Kun uusi materiaalilähde otetaan käyttöön, suorita tässä artikkelissa kuvatut yksinkertaiset testit. Vertaa tuloksia aikaisempiin materiaaleihin. Jos uusi materiaali on huomattavasti erilainen, säädä puhdistustiheyttä ja -menetelmiä.
Kun vuodenaikojen muutokset vaikuttavat kosteuspitoisuuteen, säädä puhdistusmenetelmiä. Kesällä kuivat materiaalit voivat olla märkiä talvella. Puhdistussuunnitelmassa tulee ottaa huomioon nämä vuodenaikojen vaihtelut.
Kun materiaalin säilytysaika muuttuu, arvioi sen ominaisuudet uudelleen. Pidempään varastoiduista materiaaleista voi tulla kovempaa ja vaikeampaa puhdistaa. Jos varastoinnin kesto pitenee, puhdistuksesta on ehkä tehtävä aggressiivisempaa.
Dokumentoi materiaaliarviointien tulokset. Pidä kirjaa kunkin siilon ja materiaalityypin materiaaliominaisuuksista. Käytä tätä tietuetta ohjaamaan puhdistuspäätöksiä ja tunnistamaan suuntauksia, jotka voivat viitata kehittyviin ongelmiin.
Johtopäätös
Materiaalin ominaisuudet määräävät puhdistusvaikeuden. Näiden ominaisuuksien ymmärtäminen antaa laitosinsinöörille mahdollisuuden valita sopivat puhdistusmenetelmät, arvioida puhdistusajan ja -kustannukset sekä suunnitella ennaltaehkäisevän huollon.
Tässä artikkelissa kuvatut yksinkertaiset arviointimenetelmät ovat kaikkien laitosinsinöörien käytettävissä ilman erikoislaitteita. Kourallinen testi, nukkatesti, naarmutesti, vesitesti ja painumatesti tarjoavat käytännön tietoa, joka ohjaa puhdistuspäätöksiä.
Useimpien materiaalien tärkein ominaisuus on kosteuspitoisuus. Kuivat materiaalit valuvat helpommin kuin märät materiaalit. Kosteuden hallinta on usein tehokkain ennaltaehkäisevä toimenpide. Materiaaleille, joita ei voida hallita kosteutta, on puhdistusmenetelmät valittava niiden muiden ominaisuuksien perusteella.
Partikkelikoko, koheesio, kovuus, kokoonpuristuvuus, lämpötilaherkkyys ja kemialliset ominaisuudet vaikuttavat kaikki puhdistusvaikeuteen. Puhdistustavan sovittaminen näihin ominaisuuksiin lisää onnistumisen todennäköisyyttä ja vähentää siivouksen aikaa ja kustannuksia.
Laitosinsinöörit, jotka ymmärtävät materiaalinsa, tekevät parempia puhdistuspäätöksiä. He siivoavat tarvittaessa, eivät kiinteän aikataulun mukaan. He valitsevat menetelmiä, jotka toimivat, eivät menetelmiä, jotka ovat käytettävissä. Ja ne estävät ongelmia ennakoimalla, kuinka materiaalin ominaisuudet vaikuttavat siilon suorituskykyyn.
