于洋

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031)

離心式礦漿泵串聯(lián)控制設(shè)計(jì)簡論

于洋

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031)

通過介紹離心式礦漿泵(以下簡稱礦漿泵)串聯(lián)控制系統(tǒng)，分析和討論了其系統(tǒng)的工作原理，結(jié)合工程實(shí)例，得出礦漿泵串聯(lián)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

離心式礦漿泵；串聯(lián)；調(diào)速

礦漿泵是一種輸送介質(zhì)為含有固體顆粒的漿體的水泵，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、煤炭、火力發(fā)電、化工、建材、環(huán)保等行業(yè)。根據(jù)礦漿輸送量及輸送距離的要求，礦漿泵串聯(lián)使用的場合日益增多，如何合理地使用礦漿泵串聯(lián)，從安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗的角度的看，都是有重要意義的。

1 礦漿泵串聯(lián)系統(tǒng)

采用管路輸送尾礦以及各種精礦等往往都需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送，輸送系統(tǒng)所需要的總揚(yáng)程，往往超過單級(jí)離心礦漿泵所能達(dá)到的最高揚(yáng)程，此時(shí)可以采用單級(jí)離心式礦漿泵串聯(lián)或者接力的方法來達(dá)到系統(tǒng)所需要的總揚(yáng)程。

1.1 礦漿泵串聯(lián)與接力的比較

當(dāng)采用礦漿泵接力時(shí)，分為中間設(shè)置給料池的礦漿泵接力（圖1）和直接在管路的某段上設(shè)置加壓用的礦漿泵（圖2）兩種方式。

圖1 設(shè)置給料池的接力布置方式

第一種方式的優(yōu)點(diǎn)：礦漿泵和管路的壓力都相對(duì)較低，成本也相應(yīng)較低。缺點(diǎn)是：泵與泵的磨損情況不同，導(dǎo)致每臺(tái)泵的特性曲線不同，將可能出現(xiàn)給料池漿體溢出的情況；需要建設(shè)多個(gè)泵站和給料池，各泵站的電源供給和控制裝置安裝及維修費(fèi)用大，操作人員多,總成本高。

圖2 直接在管路上加壓的布置方式

第二種方式為在正常穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，每臺(tái)泵的吸入揚(yáng)程都接近于大氣壓，排出揚(yáng)程約等于單級(jí)揚(yáng)程，這樣就可以采用承壓較低的泵殼和管路。優(yōu)缺點(diǎn)和第一種基本一致，但這種布置在泵的啟動(dòng)和突然停泵時(shí)容易產(chǎn)生水錘。

采用礦漿泵串聯(lián)時(shí)，往往是相同特征的礦漿泵串聯(lián)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是多臺(tái)水泵布置在一個(gè)泵站內(nèi)，設(shè)備的安裝、維修、操作管理方便，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，總的成本較低。缺點(diǎn)是管路的壓力相對(duì)較高，管路和閥門的成本相對(duì)也較高，系統(tǒng)的控制相對(duì)復(fù)雜。隨著高壓離心式礦漿泵許用壓力的提高，這種布置方式越來越廣泛地被采用。需要注意的是，選擇串聯(lián)泵臺(tái)數(shù)時(shí)，按單臺(tái)泵的最高揚(yáng)程來計(jì)算，泵的臺(tái)數(shù)雖然能夠減少，但這并不是最經(jīng)濟(jì)的。因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)速的提高，過流部件的壽命將成倍縮短，高揚(yáng)程意味著高轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)速將導(dǎo)致過流部件的快速磨損；因此在選擇串聯(lián)泵的單級(jí)揚(yáng)程時(shí)，應(yīng)按照最低周期壽命成本的原則，以達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效果。

1.2 串聯(lián)泵的調(diào)速

在遠(yuǎn)距離礦漿泵輸送中，考慮到實(shí)際工況的變化及選項(xiàng)計(jì)算的誤差等不確定因數(shù)，一般采用調(diào)速裝置。調(diào)速裝置布置在第一級(jí)泵或者最后一級(jí)泵，可根據(jù)具體的運(yùn)行工況條件而定。調(diào)速裝置放置在第一級(jí)泵時(shí)，優(yōu)點(diǎn)是可以使第一級(jí)泵避免因啟動(dòng)時(shí)管道阻力小、泵的流量過大而產(chǎn)生氣蝕和電機(jī)過載。第一級(jí)泵以調(diào)節(jié)流量的方式平穩(wěn)地啟動(dòng)，適用于需要頻繁啟動(dòng)的串聯(lián)泵組。調(diào)速裝置設(shè)置在末級(jí)泵，則便于系統(tǒng)運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)，可避免因工況的改變而影響系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)于運(yùn)行工況波動(dòng)比較大的情況，可優(yōu)先選擇這種方案。

1.3 串聯(lián)泵的控制

串聯(lián)泵的輸送管線一般都比較長，在設(shè)計(jì)計(jì)算水泵的揚(yáng)程時(shí)，都是按管路內(nèi)充滿漿體來考慮的。但由于串聯(lián)泵使用在遠(yuǎn)距離輸送中，輸送的管路一開始都是空的，可以認(rèn)為阻力為零。若礦漿泵直接啟動(dòng)，必然會(huì)因?yàn)樽枇π《斐珊艽蟮乃矔r(shí)流量，引起泵的氣蝕和電機(jī)的超載。為解決上述問題，在輸送漿體前一般先輸送清水。輸送清水的啟動(dòng)方式由幾種：第一是在吸入系統(tǒng)的最高點(diǎn)用清水先灌滿整條管線，然后同時(shí)啟動(dòng)各級(jí)泵。這是最簡單最穩(wěn)定的啟動(dòng)方式，但受系統(tǒng)和地形條件的影響。第二是通過限定泵系統(tǒng)流量進(jìn)行清水灌注，然后結(jié)合閥門操作逐步啟動(dòng)礦漿泵。串聯(lián)泵關(guān)閉時(shí)同樣結(jié)合閥門逐步關(guān)閉，并逐步切換輸送漿體為輸送清水直至最后。離心式礦漿泵需要水封水時(shí)，其水量、水質(zhì)與水壓應(yīng)按設(shè)備要求確定。當(dāng)無具體資料時(shí)，水量可按礦漿流量的1%～2%計(jì)算，水質(zhì)應(yīng)滿足水中懸浮物含量小于或等于300 mg/L的要求，礦漿泵進(jìn)口處的水壓應(yīng)大于礦漿泵工作壓力50～200 kPa。水封水泵應(yīng)設(shè)有備用[1]。礦漿泵在使用前應(yīng)接通水封水管路，在停泵后還應(yīng)至少保持5 min時(shí)間以上的供水。

2 工程實(shí)例

某礦山項(xiàng)目，礦石經(jīng)破碎后,通過高壓輥磨、擦洗機(jī)(將顆粒沖開)和振動(dòng)篩分級(jí)為四個(gè)粒級(jí)的物料，+8 mm、-8+4 mm、-4+1 mm三個(gè)粒級(jí)給入跳汰機(jī)重選得到粗粒自然銅產(chǎn)品，-1 mm物料給入螺旋溜槽和搖床重選得到細(xì)粒自然銅產(chǎn)品。回收自然銅后的物料給入磨礦浮選回路，經(jīng)一次粗選、粗選粗精礦再磨后兩次精選得到銅精礦；選銅尾礦（銅精礦剩下的）經(jīng)一次粗選、兩次精選得到硫鈷精礦，浮選尾礦（相對(duì)于硫鈷精礦）磁選粗選，粗精礦再磨后經(jīng)三次磁選精選得到鐵精礦。精礦采用濃密、過濾二段脫水后進(jìn)入精礦庫，再經(jīng)公路、鐵路外運(yùn)；選別尾礦經(jīng)尾礦濃密機(jī)固液分離后，上部的澄清液溢流后回用,底部尾礦通過礦漿泵輸送至尾礦庫。干礦量為260 t/h，水泵水封水量為2 m3/h，礦漿密度1.53 t/m3，重量濃度為0.55，尾礦固體密度2.7 t/m3，幾何高差20 m，輸送距離6 500 m，中值粒徑為0.074 mm。流量波動(dòng)系數(shù)取1.1，局部損失系數(shù)取1.2，考慮葉輪磨損后揚(yáng)程降低的揚(yáng)程備用系數(shù)取1.06。設(shè)計(jì)采用礦漿泵三級(jí)串聯(lián)輸送，三用三備，礦漿泵均為同一個(gè)型號(hào)。考慮到實(shí)際運(yùn)行時(shí)工況的變化，設(shè)置調(diào)速裝置在末級(jí)泵，末級(jí)泵出口處閥門V3為可調(diào)節(jié)閥門。每臺(tái)水泵的流量為345 m3/h，揚(yáng)程為55 m,輸送管線管徑為DN300，并在給水管處連接一套工藝水沖洗系統(tǒng)。工藝流程見圖3。

圖3 工藝流程

2.1 串聯(lián)泵的性能曲線

串聯(lián)泵的性能曲線可由單級(jí)礦漿泵性能曲線疊加而得，具體見圖4。管路性能曲線與串聯(lián)泵性能曲線之交點(diǎn),即是串聯(lián)泵的工況點(diǎn)。

圖4 串聯(lián)泵Q-H曲線

2.2 水泵啟停流程

結(jié)合水泵制造商意見,確定水泵啟停的流程如下。

1）水泵啟動(dòng)流程。第1步,確保所有的閥門都是關(guān)閉的，然后開啟礦漿泵的水封水系統(tǒng)；第2步，打開閥門V2和V3（開啟程度20%）；第3步，打開閥門V4，確保水泵P1、P2、P3都裝滿水（時(shí)間為1～2 min）；第4步，關(guān)閉閥門V4，打開閥門V1；第5步，啟動(dòng)水泵P3，全速運(yùn)行5s后降速至40%；第6步，3 min后將閥門V3的開啟程度調(diào)節(jié)為50%；第7步，3min后開啟水泵P1；第8步，3 min后將閥門V3的開啟程度調(diào)節(jié)為75%；第9步，1 min后開啟水泵P2；第10步，將閥門V3的開啟程度調(diào)節(jié)為100%，然后通過調(diào)節(jié)水泵P3直至設(shè)計(jì)工況。上述過程大約需要10～15 min。

2）水泵關(guān)閉流程。第1步,水泵P3降速至40%后，打開閥門V4；第2步，關(guān)閉水泵P2，第3步，關(guān)閉閥門V1；第4步，將閥門V3的開啟程度減小至50%，并維持運(yùn)行5 min，以確保水泵內(nèi)的剩余礦漿都被沖洗干凈；第5步，關(guān)閉水泵P1和閥門V3，1 min后關(guān)閉水泵P3；第6步，關(guān)閉閥門V4；第7步，關(guān)閉水封水系統(tǒng)。

2.3 水泵水封水系統(tǒng)

礦漿泵采用填料密封的軸封形式,軸封水壓等于泵出口壓力加35 kPa,設(shè)置兩套水封水供水管路（每套互為備用）,通過設(shè)置減壓閥組的形式滿足各級(jí)礦漿泵水封水壓力的要求。

3 討論及建議

1）不允許在出口閥門全開的情況下同時(shí)停止各級(jí)礦漿泵，否則容易形成水錘，從而對(duì)礦漿泵或者管件造成損傷。

2）串聯(lián)運(yùn)行的礦漿泵，各泵的設(shè)計(jì)流量應(yīng)接近，盡量使各泵均能在高效區(qū)工作；若兩臺(tái)礦漿泵性能相差過大，應(yīng)校驗(yàn)小泵運(yùn)行時(shí)是否有過載的危險(xiǎn)。建議采用同型號(hào)的礦漿泵串聯(lián)使用。

3）每臺(tái)礦漿泵的出口應(yīng)直接對(duì)應(yīng)次級(jí)礦漿泵的進(jìn)口，管路應(yīng)盡量簡短，以減少管道的支撐和抑制軸向負(fù)荷,并可考慮設(shè)置放空閥。

4）選擇變頻調(diào)速時(shí)，變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速50%，最好處于75%～100%，并應(yīng)結(jié)合實(shí)際經(jīng)計(jì)算確定。

5）由于管道之間的軸向負(fù)荷比較高，應(yīng)設(shè)置專門的連接管件（如伸縮節(jié)等），以減少軸向負(fù)荷的傳遞。

[1] GB50863-2013,尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

Brief Introduction on Design of Series Control for Centrifugal Slurry Pump

YU Yang
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

This paper makes an introduction on series control system of centrifugal slurry pump (hereinafter referred to as slurry pump),analyzes and discusses working principle of this system,and lists the precautions of slurry pump in series in combination with engineering practices.

centrifugal slurry pump;in series;speed control

TH311

B

1004-4345(2015)05-0049-03

2015-05-12

于洋（1985—），男，工程師，主要從事給排水設(shè)計(jì)工作。