一、存在问题
安阳钢厂用带式压滤机对高炉煤气循环洗涤水所产污泥进行脱水。由于机宽只有2m，且此循环水浓缩倍数较高，虽pH值在一范围内变化，时而呈酸性时而呈碱性，因此阀门开大污水溢溅到设备主支架和轴承内，都对这些部位造成严重腐蚀，即使水体有时呈中性，但因浓缩倍数高，析出的盐分以结垢方式贴附于其上，造成严重的垢下腐蚀，且轴承磨损加大；还由于絮凝剂浓度和污泥品质不稳定，导致处理效果有时不理想，部分污物透过滤网落入集水斗中，造成排水不畅和污泥外溢泄漏，所以，其进料管上安装过的旋塞阀、蝶阀和闸阀这三种手动阀门，均在小开度下工作。使用期间，频繁发生阀门堵塞现象，造成药剂等浪费和设备的无功磨损，阀门需经常操作调节，其寿命大大缩减，因此常被更换。
二、问题分析
1.污泥介质概况
高炉煤气循环洗涤水污物成分复杂，不溶解固形物含量高，浊度、色度高，经絮凝沉淀浓缩后，此种污泥黏度大，流动阻力大，常为黏塑性非牛顿流体。由于此种污泥的成分、含量和絮凝剂浓度均在变化，使得其黏性及相关参数也在改变，所以此种流体流动状态应属于非均匀且非恒定流。为了有助于理论分析，先将其视为均匀恒定流。
2.圆管内牛顿、黏塑性流体的流动及实际流速分布、流动特性
牛顿流体流动状态有层流和紊流两种。此性质对高含水率污泥也适用，实际中，流体在管或渠道内流动，层流、紊流均可能发生。其速度分布如图1所示。
从图1中可看出，层流状态下流体中心处即轴心流线上速度最大，越接近边壁速度越低；紊流状态下流体中心处即紊流核心区轴心流线上速度最大，且两种状态下边壁处速度均为零。黏性底层的速度分布由边壁向紊流核心区逐渐增大，在紊流核心区的边界处达到最大。黏塑性流体在管内流动时有一固体核心，在此核心内无相对运动，靠近边壁则有速度梯度，可视为黏塑性流体流动时的黏性底层。如图2所示。
3.对三种阀门堵塞原因的初步分析
由于各自的结构和流量特性不同，所以旋塞阀、蝶阀和闸阀在操作性、对流体的控制和过流性能等方面都各有所长。全开启度下，除蝶阀阻扰相对速度较大的主流区程度深，且过流断面被阀板分为形状均非圆形的两部分外，旋塞阀和闸阀理论认为都能使流体顺畅通过，流谱均匀平直无变化。但在小开度下，如图3所示，这三种阀的节流口结构形式虽不同，但均偏离原管路中心较远且其形状较原上游管路均匀流处过流断面形状改变过大，使得此段流谱弯曲波动、疏密程度改变剧烈又严重，流动均匀性遭到破坏，流速大小、方向及分布发生很大变化，这其中包括上游管路内均匀流的轴心流线也受很大程度干扰；加上节流口都对流体产生节流作用，致使流量减少，上游管路内均匀流的流速下降，且流体在通过节流口之前的急变流处压力先稍有上升，这使其流速稍有下降，但紧接着压力很快下降，流速很快上升，对于旋塞阀、闸阀（如图3a、图3b）而言此处有死水区和大团旋涡产生，死水区污物沉积，而旋涡外围封闭曲线的不规则，使得旋涡内微团线速度差异较大，速度小之处污物易发生沉积，当死水区和旋涡区沉积物足够大时，受实际流体较大波动的干扰和冲刷等因素的影响，会有大小不等、相对较密实的部分污泥块被冲掉并带到形状不很理想的节流口，易使其堵塞；对于蝶阀（如图3c）此时有部分绕流的特征，在阀板上游流线出现分岔点（即驻点），此点流速为零，污物在此处与阀板之间易于沉积，当沉积物体积足够大时，受实际流体较大波动的干扰和冲刷等因素的影响，可能会出现较大块或整块污泥团沿阀板斜面滑向相对靠下游且形状不很理想的一节流口，若这时此节流口被堵塞，流体只能从另一侧节流口通过，之后的堵塞过程基本类似于前两者。另外，即便是牛顿流体通过节流口时，由于节流口形状改变过大，不很理想，面积急剧变化，流通面积缩小，流速相对升高，压力相对下降，易产生阻塞流。所以实际情况便是这三种阀门频繁堵塞。
三、类似泄空（或称放空）模拟试验
1.试验前情况概述
由于所在工作地点通过实际生产已确认旋塞阀和蝶阀用于污泥调节不合适，目前只用闸阀，所以此试验只是通过类似的方法定性模拟闸阀和污泥阀泄空时的过流情况。因经济、居住条件及其他因素有限，所以此试验在家中进行。
2.试验器具、理论依据概述、测试方法过程及结果
实际生产中，污泥经楼顶浓缩罐从底端出口排出，其排泥管与压滤机进料管均为DN120无缝钢管，调节阀安在立管上，与浓缩罐底端出口高差为4.2m。本试验采用三截两端平齐，无毛刺，长度为492±1mm，ø50mm×2mm白色PVC管，实测外径51mm，壁厚2mm；一端黏接一透明内壁光滑平直无褶皱内径52mm，外径53mm塑料管；将底端用透明塑料板粘牢，并在其上不同位置开不同形状的小过流口，这是为了模拟阀门在小开度下工作时的过流情况。所得试验用平直管总长为572±1mm。污泥介质以当地素土均按自然堆积状态下以不同土水体积比例混合制成；其中，以土∶水约为（1.5～1.8）∶1所混合的很稠的具有明显黏塑性流体待征的污泥介质为模拟高炉全开污泥量很大的情况，以土∶水约为1∶（5～4）所混合的较稀的仍保有牛顿流体特性的污泥介质为模拟高炉全检修污泥量极少的情况。混合时拣出其中粒径相对较大的石块，只留一部分小砂粒，以此来模拟实际中由于结垢或较硬积泥块对过流的影响。
