Home
BLIJF OP DE HOOGTE
Ontvang onze nieuwsbrief en digitale magazine
Uw adres wordt nooit aan derden doorgegeven.
Lees onze privacyverklaring.

       

ARTIKEL
Problemen bij Solids Processing (2)  Sterkte en stabiliteit als basis
Download dit artikel als pdf
Is uw adres bekend, dan wordt de pdf meteen geopend, anders krijgt u een link toegestuurd.
Ook ontvangt u onze volgende nieuwsbrief.

Problemen bij Solids Processing (2)

Sterkte en stabiliteit als basis

Stortgoed, droge stoffen, solids. Hoe je het ook noemt, de verwerking ervan zorgt al vele decennia voor problemen. Keer op keer blijkt in de praktijk dat processen minder efficiŽnt verlopen dan gepland. In twee artikelen gaan de auteurs in op de achtergronden daarvan. Er wordt een aantal problemen gesignaleerd en een oorzaak geduid. In dit tweede artikel komen problemen rond sterkte en stabiliteit van de installatie aan de orde. Als die niet voldoen, kan dat tot ernstige beschadiging en zelfs compleet falen van de installatie leiden.

Gerelateerde expertise

Stortgoed droge stoffen solids Hoe je het ook noemt de verwerking ervan zorgt al vele decennia voor problemen Keer op keer blijkt in de praktijk dat processen minder efficient verlopen dan gepland In twee artikelen gaan de auteurs in op de achtergronden daarvan Er wordt een aantal problemen gesignaleerd en een oorzaak geduid In dit tweede artikel komen problemen rond sterkte en stabiliteit van de installatie aan de orde Als die niet voldoen kan dat tot ernstige beschadiging en zelfs compleet falen van de installatie leiden Bovenkop Kop Bovenkop Kop STROMEN Ir Gerard Haaker en Ir Piet van der Kooi Problemen bij Solids Processing 2 Sterkte en stabiliteit als basis Stortgoed droge stoffen solids Hoe je het ook noemt de verwerking ervan zorgt al vele decennia voor problemen Keer op keer blijkt in de praktijk dat processen minder efficient verlopen dan gepland In twee artikelen gaan de auteurs in op de achtergronden daarvan Er wordt een aantal problemen gesignaleerd en een oorzaak geduid In dit tweede artikel komen problemen rond sterkte en stabiliteit van de installatie aan de orde Als die niet voldoen kan dat tot ernstige beschadiging en zelfs compleet falen van de installatie leiden Een aantal onderzoeken in de tachtiger en negentiger jaren maakten duidelijk dat bij processen die stortgoed verwerken enof produceren veel meer problemen optreden dan wanneer alleen gas of vloeistof wordt verwerkt In deze situatie blijkt ook weinig verbetering op te treden omdat door onvoldoende fundamentele research de kennis op dit vakgebied tot op heden achterblijft bij andere gebieden Hoewel er tegenwoordig een redelijk veilige norm is voor het voldoende sterk ontwerpen van silos treden helaas nog geregeld calamiteiten op Daarbij speelt de sterkte of stabiliteit van een silo of reactievat een grote rol Er zijn diverse redenen aan te wijzen die tot dit soort problemen leiden Een aantal van de meest voorkomende oorzaken van calamiteiten zullen we hier behandelen Stromingspatroon Een veel voorkomend probleem is het optredende stromingspatroon De belasting op wanden en conus verschilt duidelijk van die bij massa en kernstroming Wanneer het stromingspatroon in de praktijk dus anders verloopt dan waarvoor de silo was ontworpen liggen problemen op de loer Met name de hoge lokale belasting ter plaatse van de overgang van cilinder op conus die bij massastroming optreedt zal problemen kunnen geven wanneer een voor kernstroming ontworpen silo toch massastroming vertoont Ook problemen bij het optreden van ongelijkmatige belastingen op de cilinderwand tengevolge van een ex Solids Processing Nr 2 april 2010 54 55 Solids Processing Nr 2 april 2010 trillingen of zelfs zware stoten die vaak ook in een wat onregelmatiger patroon optreden worden meestal veroorzaakt doordat in het materiaal holle of met zeer verdund stortgoed gevulde ruimtes worden gevormd Deze ruimtes worden dan plotseling weer opgevuld door een van boven vallende stortgoedmassa waarbij een stoot kan optreden De zwaarte van de stoten wordt hierbij hoofdzakelijk bepaald door de hoeveelheid materiaal die bij het instorten is betrokken en de heersende stortgoeddruk Meestal nemen de stoten af naarmate de silo minder inhoud bevat en de druk dus lager ligt Het inbouwen van een of meer tusssenconussen in de cilinder kan hier al een drukoplossing bieden om zo de sterkte van trillingen en stoten sterk te verminderen Maatregelen om ook de hoeveelheid vallend materiaal die de schoksterkte beinvloeden te verminderen vereisen meestal ingrijpender maatregelen In het algemeen ondervinden de sterkte en stabiliteit van een silo niet direct hinder van trillingen en lichte stoten Wel kunnen er problemen optreden met regelapparatuur en kan het personeel dat in de directe omgeving van de silo moet werken behoorlijk geirriteerd raken Bij zwaardere schokken en zeker als dit op instortende gewelven gaat lijken zal het nodig zijn om tijdig maatregelen te treffen Samenloop Vaak vindt het bezwijken van een silo ook plaats doordat een aantal op tredende aantasting door chemische inwerking op de wand kan de slijtage versterken Een bekend voorbeeld van slijtage is het aantasten van de wanden van silos voor ruwe kool in eern zuur milieu Voorbeelden tonen aan dat wanddiktes van 12mm staal in tien jaren plaatselijk tot minder dan 6mm kunnen afsluiten Dat ondermijnt natuurlijk de sterkte van de silo Het voorspellen van slijtage op basis van proeven is helaas nauwelijks mogelijk Slijtagetesters blijken niet in staat om de situaties in de silo qua druk snelheid en tijd goed na te bootsen Wat rest is een kwalitatieve indicatie of bij een bepaalde stortgoedwand combinatie slijtage op zal treden Bij een verwachte slijtage gebaseerd op ervaring verdient het aanbeveling de silowand regelmatig op de kritieke plaatsen te testen Trillingen en stoten Het optreden van trillingen en stoten is een veel voorkomend probleem bij siloopslag Dit loopt van het optreden van zeer lichte trillingen die voelbaar en hoorbaar zijn aan de wand de silo zingt bijvoorbeeld bij mais tot aan zware stoten die in het gehele silogebouw en soms zelfs tot honderden meters in de omgeving voelbaar zijn De bestrijding van dit soort problemen ligt niet zo eenvoudig als meerdere oorzaken voorhanden zijn Denk aan stickslipstroming langs de wand of in het materiaal zelf waarbij meestal continue lichte trillingen optreden Ernstiger de conus zal slijtage van de wand op kunnen treden Bij deze stroming zal het wrijvingsvermogen dat omgezet kan worden in een eventuele slijtage worden bepaald door de glijsnelheid van het stortgoed de druk tussen stortgoed en wand en de wandwrijvingscoefficient In fguur 1 is een beeld gegeven van de combinatie van druk en snelheid voor twee willekeurig gekozen silos met massastroming Het blijkt dat er in de figuur twee duidelijke zones bestaan De horizontale zone geeft de cilinder en het bovendeel van de hopper weer waarin de drukken toenemen van nul tot de hoge piekdrukken bij de cilinder conusovergang en de snelheden laag zijn en ongeveer constant De verticale zone geeft de situatie in het onderdeel van de conus weer waar de drukken veel lager zijn maar de snelheden duidelijk toenemen Op basis hiervan kan voor massastroomsilos een mogelijk slijtagepatroon worden aangegeven In figuur 2 is het relatieve slijtagepatroon voor een axiaalsymmetrische respectievelijk een vlakke stroming weergegeven De slijtagewaarde W ter plaatse van de overgang is voor beide situaties gelijk en hier gemakshalve gelijk gesteld aan 1 In de figuur is te zien dat in het axiaalsymmetrische geval ronde of vierkante conus maximale slijtage zal optreden bij de overgang van de cilinder op de trechter vanwege de hoge piekdrukken en onderin de conus vanwege de hoge snelheden In het geval van vlakke stroming wigvormige conus zal de hoogste slijtage bij de overgang plaatsvinden omdat door de wigvorm de snelheden in de conus minder snel toenemen De waarden in de figuur zeggen op zich niets over werkelijk optredende slijtage in de praktijk Ze geven slechts de plekken aan waar men op slijtage verdacht moet zijn Of er werkelijk slijtage op zal treden hangt af van factoren als hardheid en abrasiviteit van het stortgoed en slijtvastheid van de wand In de praktijk blijkt toch wel geregeld slijtage op te treden vooral bij harde materialen als zand kiezel en steenkool Ook mogelijk gelijk opHoge belastingen Beschadigingen treden ook vaak op bij onderschatte belastingen op inbouwelementen inserts ter bevordering van de stroming Voorbeelden genoeg van een verbogen middenkolom of zelfs helemaal afgescheurd door een eenzijdige of ongelijkmatige belasting Ook ingebouwde conussen worden weleens zodanig belast dat de ondersteuning het begeeft Vaak raakt hierbij niet alleen het inbouwelement beschadigd maar treedt ook schade aan de silowanden of de conus op Bij het toepassen van inserts om het stromingspatroon te verbeteren moet rekening worden gehouden met een verandering in de wandbelastingen Met name wanneer door de insert kernstroming overgaat in massastroming worden de wanden terplaatse van de inbouwconus of op de overgang cilinderconus door een piekspanning belast waar een kernstroomsilo niet voor is ontworpen Behalve een voldoende sterke en juist ondersteunde insert moet dus tevens waar nodig een plaatselijke versterking van de silo plaatsvinden Slijtage en corrosie Door het stromen van het materiaal langs de wanden van de cilinder en centrisch stroomkanaal zijn niet ondenkbaar Bijvoorbeeld bij een sleufvormige opening waaronder een schroeffeeder met constante spoed is geplaatst die in feite alleen materiaal onttrekt aan het begin van de schroef in plaats van over de volle sleuflengte Ook bij toepassing van meervoudige hoppers waarvan er soms maar een in werking is kan een excentrisch stroomkanaal ontstaan Een dergelijk kanaal leidt tot een ongelijkmatige belasting van de cilinderwand waarbij buigende momenten optreden Speciaal bij ronde silos waar dit soort belasting soms over het hoofd wordt gezien kan dit tot beschadigingen leiden Bij vierkante of rechthoekige silos worden de wanden sowieso op buiging belast en berekend zodat hier het probleem bij excentrische kanaalvorming minder groot is Gewelf of schachtvorming Soms blijken hogerop in de cilinder bij sterk cohesieve materialen min of meer stabiele gewelven of schachten te ontstaan Die kunnen bij het instorten tot aanzienlijke schade of zelfs het bezwijken van silos leiden Het is zaak om wanneer er risico bestaat dat dit soort stabiele hangups worden gevormd dit tijdig te signaleren zodat geen materiaal onder het gewelf wordt weggetrokken Een niveaumeter lijkt bij het onttrekken van materiaal uit de silo onontbeerlijk zodat dat daadwerkelijk vaststaat dat het niveau ook daalt Bij gewelven van onderaf proberen de zaak weer aan de gang te krijgen leidde in het verleden meer dan eens tot siloschade maar soms ook tot slachtoffers Het is in een dergelijk geval beter om het gewelf van de zijkanten te benaderen of eventueel de silo van bovenaf te lossen g wanddruk kPa glijsnelheid cms 20 15 10 5 0 50 0 100 150 200 n 3D 0 02 04 06 08 10 12 w 1 2 axial symmetric flow plane flow D D Figuur 1 Drukken en snelheden bij de wand van twee typische massastroomsilos Figuur 2 Beeld van het relatieve slijtagepatroon van de wanden van massastroomsilos met een axiaalsymmetrisch respectievelijk vlak stromingsprofiel Dit artikel is afkomstig uit Solids ProcessingBenelux wwwsolidsprocessingnl Vezor Media Sterkte en stabiliteit als basis STROMEN zichzelf niet desastreuse situaties gelijktijdig optreden In figuur 3 een silo die compleet omviel Het betreft hier een tot aan de grond doorlopende aluminium cilinder waarin een conus is afgehangen Het deel van de cilinder direct onder de conus is hier het zwaarst belaste deel van de silo Toen een aantal ongunstige zaken samen kwamen zoals een wat scheve belasting vanuit het stortgoed een hoge windbelasting en waarschijnlijk een kleine vervorming in de cilinderwand gebeurde het De belasting plooide de wand direct onder de conusinbouw en zorgde er voor dat de cilinder scheef zakte Vervolgens viel de hele silo om Versteviging en verstijving van het onderste deel van de cilinder voorkwam bij de andere silos dezelfde problemen Figuur 4 geeft een forse beschadiging aan bij een wand van een betonnen silo waarin sojaschroot was opgeslagen Door de stroming van het materiaal langs de wand bleek in de loop der tijd de wandwrijvingscoefficient sterk te zijn afgenomen Daarmee werden de drukken in de silo dus ook navenant hoger Bovendien veroorzaakte een slecht aangepaste schroeffeeder A een talud in het stortgoed bij het onttrekken van materiaal Daar kan dus net zoals bij de overgang cilinderconus bij een massastroomsilo een piekspanning op de wand ontstaan Dit bleek ook ongeveer de plek te zijn waar de wand was bezweken Stofexplosies Tenslotte leiden stofexplosies vaak tot grote schade aan silos en andere installaties Helaas blijken de risicos op dit soort calamiteiten nog vaak te worden onderschat Het lekken van brandbare vloeistoffen of gas resulteert altijd direct in alarmfase rood Maar stof wordt vaak alleen als lastig beschouwd Het probleem bij stofexplosies is het feit dat een eerste explosie ergens anders weer stof doet opwervelen waardoor nieuwe explosies ontstaan Die kunnen zich zo door een hele installatie voortzetten met alle gevolgen van dien De Amerikaanse Chemical Safety Board CSB onderzocht in 2008 over een periode van circa 25 jaar 281 branden en explosies veroorzaakt door stof Hierbij vielen 119 dodelijke slachtoffers en raakten 718 personen ernstig gewond Er trad voor miljarden aan economische schade op meerdere fabrieken werden geheel verwoest Het gevaar en het voorkomen van stofexplosies komen in een volgend artikel aan de orde Verder onderzoek en ontwikkeling De in de praktijk regelmatig terugkerende problemen geven voeding aan de gedachte dat er nog wel het een en ander schort aan de ontwikkeling van het vakgebied solids processing Dit wil niet zeggen dat er geen vernieuwingen of verbeteringen plaatsvinden maar deze zijn toch in hoofdzaak meer toepassingsgericht en gebaseerd op bestaande of ten dele gemodificeerde kennis Dat deel van de ontwikkeling is nuttig en zinvol en komt met veel inzet en vindingrijkheid van zowel bouwers als gebruikers van de apparatuur tot stand Maar waar het aan ontbreekt is een fundamenteel inzicht in het gedrag van stortgoederen in hun grote verscheidenheid en veel voorkomende bedrijfsomstandigheden Op basis daarvan zou een duidelijke leidraad voor het ontwerpen bouwen en gebruiken van betrouwbare en renderende procesapparatuur moeten worden samengesteld Vanuit de hoek van de toegepaste fysica Universiteit Twente is onderzoek bekend naar het vloeistofachtig gedrag van stortgoed Hier wordt onder de noemer granulaire hydrodynamica gekeken naar overeenkomsten van bewegingen in aangetrilde korrelmassas en in vloeistoffen met hoopgevende resultaten Maar de beperking in de procesindustrie vormt dat lang niet altijd sprake zal zijn van aangetrilde of gefluidiseerde korrelmassas Misschien dat verdere ontwikkelingen op het gebied van computersimulaties als FEM of DEM uitkomst kunnen bieden Hoewel ook daar nog niet alle problemen uit de wereld zijn Met name het relatief beperkte maar in de tijd wel steeds toenemende aantal deeltjes in de berekeningen de noodzakelijkerwijze vereenvoudiging van de deeltjesvorm tot bolletjes schijfjes of cilindertjes en de verdere deeltjeseigenschappen die in het model kunnen worden meegenomen spelen hierbij een belangrijke rol Experimentele verificatie in hoeverre een dergelijk model de werkelijkheid nog weergeeft een keuze welke stortgoedeigenschappen zeker in het model moeten worden meegenomen en apparatuur waarmee deze eigenschappen adequaat kunnen worden gemeten zullen hierbij nodig zijn Kortom ons vakgebied kent nog een aantal zinvolle maar interessante uitdagingenn Figuur 3 Een aluminium silo die door het lokaal plooien van het onderste deel van de cilinderwand is omgevallen Solids Processing Nr 2 april 2010 56 Vezor Media wwwsolidsprocessingnl Solids ProcessingBenelux A Figuur 4 Beschadiging van een wand van een betonnen silo door een combinatie van een toenemend drukniveau en lokale piekspanningen
PROCES MEDIA
Solids Processing Fluids Processing MB Maintenance SchuettgutPortal
Ontvang onze nieuwsbrief
Nieuwsbrief archief
Volg ons
Linked
MAGAZINE
Abonneren
Service en contact
ContactDisclaimerPrivacyAdverterenInloggen controlpanel