用管道水力输送法将黄河泥沙输到黄海

黄河泥沙资源属硅铝资源，成分主要是二氧化硅（SiO2），含量在70%左右，其它为氧化铝、氧化铁、氧化镁、氧化钾和稀有元素等矿物成分，单从成分来看，黄河泥沙就是一种宝贵的资源，可成为我国新型、稳定的可接替传统矿产的资源。随着国家生态建设的要求，特别是烧结粘土砖的禁用和禁止开山采石，以及各类原材料的紧缺，黄河泥沙可发利用的前景十分广阔，既符合国家的产业政策又可为黄河的泥沙减淤以及长治久安做出贡献。 黄河泥沙利用大致可分为直接利用和深加工利用两大类，除了已有的清淤固堤、淤临淤背、土壤改良、填海造地、湿地塑造等传统利用外，还可以用于建筑用砂、型砂、采空沉陷区恢复、制作泥沙砖、制作黄河防汛人工备方石、制作玻璃以及生产淤泥油井泥浆、水泥、多孔保温隔热材料、耐火材料等；同时也可对黄河泥沙进行深加工利用，如对黄河泥沙进行加工分离，或不同层次的加工处理，可生产出铝、铁、镁、钾等多种工业原料，进一步加工还可以生产各种工农业产品。

刘兆瑞表示，建筑用沙主要来自河道和山体，但这两种方式都会造成环境破坏，而且资源越来越少，迫切需要一种节能的新材料来代替。
回去后，刘兆瑞就带领团队着手研究。一般的河沙由三种石材构成，而黄河泥沙则包含19种石材，没法直接和水泥等建材混合使用，需加入其他配料。刘兆瑞说，为了让只能用来垫羊圈的黄河沙用到大楼上，他请教了高校的专家，到机构一次次做检测。“一开始也不懂，光实验就做了上百次。”
“那时心里没底，直打哆嗦。”刘兆瑞说，他将挣来的钱全用在这个项目上。一次检测费就得3000元，前后三年多为了研究新型沙子，他花掉80多万元，直到2007年才通过相关部门检测，2009年获得国家知识产权局颁发的发明专利证书。
成本低，一吨只要五六元还有两元补贴
“技术新，成本还得低才行。”刘兆瑞说，很多新技术非常好，但在市场上行不通，关键是能否进行量产，具备成本优势。他重新注册了德邦建材公司，小规模生产黄河沙，每天近20吨。 “传统的河沙70元一吨，黄河沙基本不花钱，成本优势很明显。”据介绍，他在生产中使用的黄河泥沙一吨成本只有五六元，由于间接帮助清淤，河道主管部门每吨还给两元的补贴，这样成本就更低了。
虽然后期要添加各种化工原料，但总成本还是比使用河沙要便宜。而且同等重量的材料可以涂抹的墙体面积更大，比传统材料要多出20平方米，这给建筑公司带来了很大好处，每吨能省下100多元建设费用。
“材料肯定要环保，但也要有色彩才行。”被全国高科技建筑建材产业化委员会授予“中国绿色建材产品”，刘兆瑞并不满足，他希望这些材料能直接用在室内墙面上，让墙壁有色彩。为此，他又研发出来黑、白两大类共九个产品。
如今，这些沙子已经用在了很多建筑上，济南军区总医院物业洗衣房、黄河大桥北坝下冯塘村建设的村官培训基地都使用了这种新材料，它开始走向市场。

黄河泥沙应用前景广泛，但由于价格太便宜，不适合长途运输，只能周边用。如果用本方案管道输送，就可把销售范围从黄河推广到淮河大地。

小浪底水库调水调沙是利用异重流，形成连续的泄流动力，冲刷水库淤沙。具体操作是：首先，上游的万家寨大坝开闸放水，水流奔涌而下，扰动三门峡库区淤积的泥沙；三门峡库区淤积泥沙被扰动后，便可以开闸排沙；紧接着小浪底库区淤积的泥沙也被汹涌的来水扰动了起来，此时，利用冲沙船高速射流，同步扰动加沙；最后，小浪底水库开闸放水调沙，清水和泥沙从上下两层放水孔同时下泄。
本方案的改动是：将冲沙船的多条高速射流细管集中在大坝下层放水孔内口附近扰动水库下层淤沙混悬为泥沙浆，然后打开大坝下层放水孔使泥沙浆下泄；放水孔外口与一管道连接，使泄出的泥沙浆进入管道向外输送排沙。待扰动起来的泥沙浆快泄完时，关闭放水孔（尽量不让上层清水泄出）。然后进一步将周围的泥沙扰动成泥沙浆，反复进行上述操作，直至大坝附近泥沙减少到一定程度为止。此为一**作。等以后库区泥沙又逐渐淤积到大坝附近时，再进行下一**作。

可先铺设管道全程的1/3（200公里），在管道末端或中途卸下泥沙浆，沉淀分离泥沙和水，泥沙用于制造建材，水可供工农业利用，全都可出售获利。盈利后就可再铺设以下2/3管道。利用管道水力输送法远距离输送泥沙浆要比汽车运输便宜得多。

美国运送煤浆的管道水力输送系统从亚利桑那州东北部的黑迈嶐（Black Mess Arigona）露天煤矿输送到内华达州的姆哈夫火力电厂，年输送量4500千吨，长440公里，管道口径18英寸，1970年投入使用。该管线由始端的制浆厂途经4个泵站、管线和终端脱水场，浆体的输送浓度为49.5%，每小时可输送599吨煤浆。1993年的运送费用是每吨英里0.0176美元。
　　煤浆矿浆的管道水力输送最吸引人的因素是效率高，运费低，操作简单，易于实现全自动化，对于环境产生最低限度的影响。

　　1979年投入运营的埃特西管道水力输煤站，管径0.965米，长1640公里，年输送能力2500万吨。如果本方案的管道水力输泥管道内径2米（管径比上例大1倍，管口面积增大4倍），长632公里（输送路程只为上例的0.385），估计年输送能力可增加4倍，达1亿吨。近年来黄河下游输沙量锐减（2000~2015年年均输沙量仅为0.64亿吨）。所以，用一条内径2米的管道，不但可把小浪底水库一年新淤泥沙输送到黄海，而且还可把以前淤积泥沙运走一部分；这样每年都能减少小浪底水库的泥沙，理论上最终可将水库淤积泥沙全部运走。

　　靠自然河流来水输沙，平均输送每吨泥沙需要121立方米水；实施科学的调水调沙，平均输送每吨泥沙需要63立方米水。如果用管道水力输沙，每吨沙只需要1~2立方米水，而且用的水可以分离回收，不会浪费。

内径2米PCCP管，每公里约245万元，632公里，15.5亿元。

小浪底水电站有三条排沙洞（即上述的放水孔），洞长1100米，洞口径6.5米。设计高水位275米。当水位大于220米时，由出口闸室控制流速不大于15米/秒。所以，连在排沙洞出口的PCCP管口径应在6.5米左右，以便与出口对接或插在出口内。

黄河泥沙输送用耐磨管道研讨会会议纪要
中信微合金化技术中心介绍了纳米强化技术在钢板强化中的应用及对该项目的设想。参会人员就各方提出的观点进行了充分讨论，提出了相关建议，形成会议纪要如下：
管道应用指标是黄河水和沙颗粒在0.25-0.005毫米采用长距离高压泵输送。高压10- 25兆帕）、高浓度≥50%,流速在每秒1.5-2.0-2.5米情况下输送。保证使用寿命在10年和20年安全运行的前提下。性价比最优基础上来确定研究方向。
1、 会议建议由北京交通大学、南京钢铁公司、番禺珠江钢管公司、攀枝花贝氏体耐磨管道公司、四川大学、钢铁研究总院、中信集团微合金化技术中心7家单位组成黄河泥沙输送用管道研发团队。
2、 钢管材料的成分性能设计试验由攀枝花贝氏体耐磨管道有限公司、北京交通大学、四川大学、钢铁研究总院、中信集团微合金化技术中心组成研究小组负责，立即着手进行研究工作。初步确定以管线钢、低碳马氏体钢、低碳贝氏体钢或水电用耐磨钢合金为基础上先进行试验。
3、 钢管用板材生产由南京钢铁集团有限公司研发，制管由番禺珠江钢管有限公司负责研发，
4、 管道与管道的焊接和施工方面的事宜由攀枝花贝氏体耐磨管道有限公司与四川大学联合负责。
5、 根据需要，清华大学和北京交通大学联合牵头组织相关与黄河委、国土部、中国矿业大学和设计院进行对接，争取在14年6月份出产品，12月份前应用试验运行。
黄河泥沙输送用耐磨管道研讨会议组
2013年12月12日

《人民黄河》 2016年02期 高含沙水流远距离管道输送技术试验研究
端木礼明 吕文堂 王刚 【摘要】：在小浪底库区内开展了抽沙试验工程布置、抽沙平台和输沙管线固定与移动、水下抽沙方法技术研究，探讨了水沙等因素对管道摩阻和输沙能力的影响，提出了管道输沙的技术参数。试验结果表明：1、设计的抽沙试验总体布置方案能够满足运行需要；2、现场试验管道内泥沙未发生淤积，均为悬移运动；3、费祥俊模型的坡降计算值与实测值较为相近，其次为杜兰德模型；4、流速为1.50~2.08 m/s、含沙量为950 kg/m3、中值粒径为0.040 9~0.061 2 mm时，管道排沙效果最佳；5、高含沙水流远距离管道输送在试验设备和操作技术方面是可行的。【作者单位】 河南黄河河务局;河南黄河勘测设计研究院。

　　疏浚抽沙管道，目前用超高分子量聚乙烯管是最耐磨的。超高分子量聚乙烯管具有高耐磨性。耐磨程度是钢管的4-8倍。抽沙用可用8-15年。重量轻只有同规格钢管的八分之一，安装运输方便，节约工地搬运开工时间。并且强度高，柔韧性好，有弹性，在水中能弯曲，陆地凹凸面在30度以内的区域，可以通过管材自身的柔韧性自行调节，管与管之间可以直接连接，在水中不受风浪影响。