Ne všechny sypké materiály se ze sila odstraňují stejně obtížně. Některé vytékají s minimálním zásahem. Jiné vyžadují dny kladiva, řezání a hloubení. Pochopení, proč se materiály liší v obtížnosti čištění, je prvním krokem k navržení účinných strategií čištění a výběru vhodných intervenčních metod.
Tento článek poskytuje praktickou referenční příručku k vlastnostem materiálů, které určují obtížnost čištění. Vysvětluje, jak každá vlastnost ovlivňuje akumulační chování a požadavky na čištění. Nabízí jednoduché testy, které mohou inženýři závodu provádět k charakterizaci jejich materiálů. A poskytuje návod, jak sladit metody čištění s vlastnostmi materiálu.
Velikost a distribuce částic
Velikost částic je nejviditelnější vlastností materiálu a má přímý vliv na obtížnost čištění.
Hrubé materiály s částicemi většími než asi pět milimetrů se obecně snadněji čistí než jemné materiály. Částice mají menší povrch na jednotku hmotnosti, což znamená menší plochu dostupnou pro adhezní síly. Je také méně pravděpodobné, že vytvoří soudržné oblouky. Mechanické oblouky se mohou objevit, když se do sebe velké částice zapletou, ale ty se obvykle snáze zlomí než soudržné oblouky u jemných materiálů.
Jemné materiály s částicemi menšími než sto mikronů se čistí podstatně obtížněji. Velký povrch na jednotku hmotnosti umožňuje vznik silných van der Waalsových sil a elektrostatických přitažlivostí. Jemné materiály se pod tlakem zpevní a časem získávají pevnost. Tvoří husté, tvrdé usazeniny, které odolávají mechanickému narušení.
Důležitá je také distribuce velikosti částic, nejen průměrná velikost. Materiály se širokou distribucí velikosti, což znamená směs velkých a malých částic, se často obtížněji čistí než materiály s úzkou distribucí. Malé částice vyplňují prostory mezi velkými částicemi a vytvářejí hustý obal, který je vysoce soudržný.
Praktické hodnocení velikosti částic nevyžaduje laboratorní vybavení. Užitečná data poskytuje jednoduchá sítová analýza pomocí standardních sít. Pro většinu inženýrů závodu je relevantní rozdíl v tom, zda je materiál dostatečně hrubý, aby s ním bylo možné manipulovat jednoduchými nástroji, nebo dostatečně jemný, aby vyžadoval poháněné zařízení nebo vodní tryskání.
Obsah vlhkosti
Vlhkost je nejdůležitějším faktorem obtížnosti čištění u většiny sypkých materiálů. Materiál, který je suchý a volně splývavý, se může při zvýšení vlhkosti stát lepivým a nepohyblivým.
Vliv vlhkosti závisí na materiálu. U mnoha prášků existuje kritický obsah vlhkosti, nad kterým se tok stává nespolehlivým. Pod touto úrovní se materiál chová jako volně tekoucí pevná látka. Nad ním materiál vyvíjí soudržnou pevnost, která se zvyšuje s vlhkostí. Kritická úroveň vlhkosti se velmi liší. Cement může vykazovat účinky při úrovních vlhkosti již od jednoho procenta. Jiné materiály mohou tolerovat deset procent nebo více, než se stanou problematickými.
Vlhkost ovlivňuje čištění také druhotně. Když se přidá voda za účelem odstranění ucpání, ať už tryskáním vody nebo kondenzací, může to způsobit ztvrdnutí nebo ztuhnutí zbývajícího materiálu. Cement a vápno jsou klasickými příklady, kdy přidání vody problém spíše zhoršuje než zlepšuje.
Měření vlhkosti vyžaduje jednoduché zařízení. Kvantitativní údaje může poskytnout vlhkoměr nebo laboratorní pec. Dokonce i kvalitativní posouzení, jako je zmáčknutí hrsti materiálu a sledování, zda drží pohromadě, poskytuje užitečné informace pro rozhodování o strategii čištění.
U zařízení, která manipulují s materiály citlivými na vlhkost, je kontrola vlhkosti často účinnější než řízení čištění. Vylepšené utěsnění střechy, lepší těsnění vstupu a výstupu a upravený vzduch mohou snížit pronikání vlhkosti a snížit frekvenci čištění.
Soudržnost a úhel náklonu
Soudržnost je vnitřní pevnost sypkého materiálu. Materiály s vysokou soudržností drží pohromadě a odolávají tečení. Materiály s nízkou soudržností snadno tečou.
Koheze často koreluje s velikostí částic a vlhkostí, ale jedná se o odlišnou vlastnost. Některé jemné suché materiály mají nízkou soudržnost a volně tečou. Jiné, i když jsou suché, mají vysokou soudržnost díky tvaru částic nebo elektrostatickým účinkům.
Sypný úhel je praktickým ukazatelem soudržnosti. Toto je maximální úhel, pod kterým lze stohovat hromadu materiálu, než se zhroutí. Materiály s nízkými sypnými úhly, menšími než třicet stupňů, mají nízkou soudržnost a snadno tečou. Materiály s vysokými sypnými úhly, přes čtyřicet pět stupňů, mají vysokou soudržnost a jsou obtížně tekuté.
Měření sypného úhlu vyžaduje jednoduché nasypání materiálu na rovnou plochu a změření úhlu výsledného kužele. Tento test lze provést s malým vzorkem v laboratoři závodu nebo dokonce v dílně údržby.
Materiály s vysokou soudržností vyžadují agresivnější metody čištění. Jednoduché vibrace nebo tyče nemusí být dostatečné. Mohou být nezbytné elektrické kladiva, tryskání vodou nebo dálkově ovládané demoliční zařízení. Materiály s nízkou kohezí lze často vyčistit vibracemi nebo tyčováním.
Tvrdost a brusnost
Tvrdost je odolnost materiálu vůči mechanickému narušení. Tvrdé materiály se těžko lámou. Měkké materiály se snadno rozbijí.
Tvrdost nabývá na významu, když se materiál zpevní do tvrdých usazenin. Cementové nánosy mohou dosáhnout tvrdosti srovnatelné s betonem. Některé chemické meziprodukty mohou tvořit extrémně tvrdé krusty, které odolávají mechanickým lámačkám.
Abrazivita souvisí s tvrdostí, ale týká se vlivu materiálu na zařízení. Abrazivní materiály opotřebovávají hroty kladiv, řezné nástroje a vložky sil. Vysoká abrazivita zvyšuje náklady na čištění a poškození sila.
Testování tvrdosti nevyžaduje speciální vybavení. Hrubý odhad může poskytnout jednoduchý test poškrábání, podobný testování minerální tvrdosti. Materiály, které lze poškrábat kapesním nožem, jsou měkké. Materiály, které otupují nůž, jsou tvrdé. Materiály, které nelze vůbec poškrábat, jsou velmi tvrdé a jejich odstranění bude vyžadovat speciální vybavení.
Tvrdé materiály často vyžadují otryskání vodou jako primární metodu odstraňování. Tryskání vodním paprskem prořízne tvrdé usazeniny bez opotřebení, kterému čelí mechanické kladiva. Tlak vody musí odpovídat tvrdosti materiálu. Měkčí materiály mohou být poškozeny nadměrným tlakem.
Funkce průtoku a stlačitelnost
Funkce toku je vztah mezi napětím aplikovaným na materiál a jeho schopností toku. Je to nejúplnější charakterizace chování proudění, ale k přesnému určení vyžaduje laboratorní testování.
Pro praktické účely stlačitelnost slouží jako proxy funkce toku. Stlačitelnost je zmenšení objemu, ke kterému dochází, když je materiál vystaven tlaku. Materiály s vysokou stlačitelností jsou obvykle obtížně tekoucí, protože částice se pevně konsolidují.
Jednoduchý test stlačitelnosti zahrnuje umístění vzorku materiálu do odměrného válce, aplikaci známé hmotnosti a měření zmenšení objemu. Snížení objemu jako procento původního objemu je stlačitelnost. Materiály se stlačitelností nad třicet procent jsou považovány za vysoce stlačitelné a obtížně tekoucí.
Vysoce stlačitelné materiály vyžadují pečlivou pozornost na konstrukci sila a frekvenci čištění. Jsou náchylné ke konsolidaci během skladování a mohou vyžadovat častější čištění než méně stlačitelné materiály. Pro stlačitelné materiály jsou často výhodné průtokové pomůcky, jako jsou vzduchová děla nebo fluidizéry.
Teplotní citlivost
Teplota ovlivňuje jak vlastnosti materiálu, tak i proces čištění. S některými materiály se při zahřívání snáze manipuluje. Ostatní se stávají obtížnějšími.
Materiály, které teplem měknou, jako jsou některé pryskyřice nebo asfalty, se mohou při zahřátí obtížněji čistit, protože se stávají lepkavějšími. Materiály, které se teplem roztahují, mohou být méně husté a snadněji tečou. Vliv teploty je specifický pro materiál a musí být stanoven pro každou situaci.
Teplota také ovlivňuje bezpečnost. Sila, která obsahují horké materiály, jako je popílek z elektráren, představují tepelné nebezpečí pro pracovníky a zařízení. Čištění horkých sil vyžaduje další bezpečnostní opatření.
Praktickým důsledkem teplotní citlivosti je, že strategie čištění se může měnit s teplotou. Metoda, která funguje při okolní teplotě, může selhat při zvýšené teplotě. Zařízení, která manipulují s materiály citlivými na teplotu, by měla při plánování čištění zohledňovat teplotu.
Chemické vlastnosti
Chemické vlastnosti materiálu ovlivňují jak jeho tokové chování, tak bezpečnost čistících operací.
Materiály, které reagují s vodou, jako je cement, vápno nebo některé chemické katalyzátory, se obtížněji čistí, když se do nich dostane vlhkost. Vodní tryskání, které je účinné pro mnoho materiálů, je pro tyto materiály nevhodné. Preferovanou metodou je mechanické odstranění.
Materiály, které jsou korozivní, vyžadují speciální zacházení. Kyselé nebo zásadité materiály mohou poškodit zařízení a poškodit pracovníky. Čisticí zařízení používané pro korozivní materiály musí být vyrobeno z kompatibilních materiálů a může vyžadovat speciální čisticí postupy.
Materiály, které jsou toxické nebo nebezpečné, vyžadují přísné bezpečnostní postupy. Metoda čištění musí zabránit tvorbě prachu a expozici. Dálkově ovládané zařízení je často preferováno pro nebezpečné materiály, aby se minimalizovalo vystavení personálu.
Pochopení chemických vlastností materiálu je zásadní pro výběr bezpečných metod čištění. Bezpečnostní list materiálu poskytuje tyto informace a měl by být přezkoumán před jakýmkoli čištěním.
Praktické metody hodnocení
Inženýři závodu mohou posoudit své materiály pomocí jednoduchých, levných metod, které poskytují užitečné informace pro plánování čištění.
Test hrstičky je nejjednodušší hodnocení. Vezměte hrst materiálu a vymačkejte ho. Pokud se při uvolnění rozpadne, má nízkou soudržnost. Pokud drží pohromadě v hrudce, má vysokou soudržnost. Test hrsti také ukazuje obsah vlhkosti. Pokud materiál zanechá na ruce vlhkost, je mokrý.
Test hromady poskytuje údaje o úhlu uložení. Nasypte materiál na rovný povrch a změřte úhel vlasu. Nízký úhel znamená dobrý průtok. Vysoký úhel znamená špatný průtok.
Test vrypu ukazuje tvrdost. Zkuste materiál poškrábat kapesním nožem. Pokud se snadno poškrábe, je měkký. Pokud odolává poškrábání, je to těžké. Pokud se nedá poškrábat, je velmi tvrdý.
Vodní test ukazuje citlivost na vlhkost. Ke vzorku přidejte malé množství vody. Pokud materiál ztuhne nebo ztvrdne, není vhodné ostřikování vodou. Pokud materiál zůstane uvolněný, může být účinné ostřikování vodou.
Zkouška usazení ukazuje stlačitelnost. Naplňte průhlednou nádobu materiálem, použijte tlak a změřte snížení objemu. Velká redukce objemu ukazuje na vysokou stlačitelnost a obtížnost proudění.
Tyto testy nejsou přesné. Nenahrazují laboratorní vyšetření. Poskytují však užitečné rady pro výběr metody čištění a jsou k dispozici zdarma.
Přizpůsobení vlastností metodám čištění
Níže uvedené pokyny poskytují rámec pro přizpůsobení vlastností materiálů metodám čištění.
Nejsnáze se čistí suché materiály s nízkou soudržností s velkými částicemi a nízkou vlhkostí. Vibrace nebo prut je obvykle dostačující. Pokud je čištění vůbec potřeba, lze jej provést pomocí jednoduchých nástrojů.
Suché jemné materiály s nízkou vlhkostí, ale malými částicemi mohou být stále obtížné kvůli kohezním silám. Vzduchová děla nebo fluidizéry jsou často účinné. V případě odolných blokád může být zapotřebí zařízení s dálkovým ovládáním.
Mokré materiály s vysokým obsahem vlhkosti se obtížně mechanicky čistí, protože materiál ulpívá na nářadí a zařízení. Otryskávání vodou může být účinné, ale pouze v případě, že materiál nereaguje s vodou. U materiálů citlivých na vodu je nutné mechanické odstranění s pečlivou kontrolou vlhkosti.
Kalené materiály s vysokou tvrdostí vyžadují výkonné metody. Dálkově ovládané demoliční zařízení s hydraulickými kladivy je preferovanou metodou. Účinné může být také ostřikování vodou pod vysokým tlakem. Ruční zadávání ručním nářadím není vhodné pro kalené materiály.
Abrazivní materiály vyžadují odolné vybavení. Hroty kladiv a řezné nástroje se rychle opotřebovávají. Údržba zařízení je nezbytná. Může být preferováno otryskávání vodou, které nemá žádné opotřebitelné díly v kontaktu s materiálem.
Nebezpečné materiály vyžadují vzdálené metody. Je třeba se vyvarovat vstupu personálu. Dálkově ovládané zařízení, řádně udržované a provozované, je standardním přístupem.
Použití hodnocení materiálu v preventivním plánování
Hodnocení materiálu není jednorázová činnost. Vlastnosti materiálu se mění s podmínkami získávání, zpracování a skladování. Pravidelné hodnocení zajišťuje, že metody čištění zůstávají vhodné.
Když je zaveden nový zdroj materiálu, proveďte jednoduché testy popsané v tomto článku. Porovnejte výsledky s předchozími materiály. Pokud je nový materiál výrazně odlišný, upravte frekvenci a metody čištění.
Když sezónní změny ovlivňují obsah vlhkosti, upravte postupy čištění. Materiály, které jsou v létě suché, mohou být v zimě mokré. Plán čištění by měl zohledňovat tyto sezónní výkyvy.
Když se změní doba skladování materiálu, přehodnoťte jeho vlastnosti. Materiály skladované déle mohou být tvrdší a obtížněji se čistí. Pokud se doba skladování prodlužuje, může být nutné čištění zvýšit agresivitu.
Zdokumentujte výsledky posouzení materiálů. Udržujte záznam o materiálových vlastnostech pro každé silo a každý typ materiálu. Tento záznam použijte jako vodítko při rozhodování o čištění a k identifikaci trendů, které mohou naznačovat rozvíjející se problémy.
Závěr
Vlastnosti materiálu určují obtížnost čištění. Pochopení těchto vlastností umožňuje inženýrům závodu vybrat vhodné metody čištění, odhadnout dobu čištění a náklady na čištění a plánovat preventivní údržbu.
Jednoduché metody hodnocení popsané v tomto článku jsou dostupné všem inženýrům závodu bez speciálního vybavení. Test hrsti, test vlasu, test poškrábání, test vodou a test usazení poskytují praktické informace, které vedou při rozhodování o čištění.
Nejdůležitější vlastností většiny materiálů je vlhkost. Suché materiály tečou snadněji než mokré materiály. Kontrola vlhkosti je často nejúčinnějším preventivním opatřením. U materiálů, které nelze regulovat vlhkostí, je třeba zvolit metody čištění na základě jejich dalších vlastností.
Velikost částic, soudržnost, tvrdost, stlačitelnost, teplotní citlivost a chemické vlastnosti ovlivňují obtížnost čištění. Přizpůsobení způsobu čištění těmto vlastnostem zvyšuje pravděpodobnost úspěchu a snižuje čas a náklady na čištění.
Inženýři závodu, kteří rozumí svým materiálům, činí lepší rozhodnutí o čištění. Čistí, když je potřeba, ne podle pevného plánu. Vybírají metody, které fungují, ne metody, které jsou k dispozici. A předcházejí problémům tím, že předvídají, jak vlastnosti materiálu ovlivní výkon sila.
