淺談渣漿泵串聯(lián)在尾礦輸送的選型及應(yīng)用

侯鵬

福建兆翔臨港置業(yè)有限公司（361000）

淺談渣漿泵串聯(lián)在尾礦輸送的選型及應(yīng)用

侯鵬

福建兆翔臨港置業(yè)有限公司（361000）

尾礦輸送是金屬礦山選礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其輸送設(shè)備選型是否合理，關(guān)系到選礦廠的生產(chǎn)運(yùn)行、設(shè)備維護(hù)和輸送成本。合理選型、科學(xué)管理可使尾礦輸送系統(tǒng)穩(wěn)定高效地運(yùn)行，這里結(jié)合工程實(shí)例，介紹了渣漿泵串聯(lián)在尾礦輸送中的選型計(jì)算及實(shí)際應(yīng)用情況。

渣漿泵串聯(lián)；尾礦輸送；選型及應(yīng)用

渣漿泵作為漿體輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煤炭、電力、金屬礦山等行業(yè)。由于使用工況條件惡劣，渣漿泵的使用壽命普遍較短，故渣漿泵的設(shè)計(jì)、制造要求也越來越嚴(yán)格。如果設(shè)計(jì)、選型計(jì)算不當(dāng)，渣漿泵則無法正常使用。當(dāng)單級(jí)渣漿泵無法滿足設(shè)計(jì)揚(yáng)程要求時(shí)，可采用渣漿泵串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。

1 工程概況

某礦山尾礦輸送干礦量424 t/d，輸送濃度40%，尾礦密度3 t/m3，輸送距離約483 m（輸送起點(diǎn)和終點(diǎn)的水平距離426 m，幾何高差34 m）。

1.1 流量的計(jì)算

礦漿流量計(jì)算按如下公式計(jì)算：

經(jīng)過計(jì)算得知本工程計(jì)算流量為32.38 m3/h，在計(jì)算管徑時(shí)波動(dòng)系數(shù)取大值1.1，波動(dòng)后的礦漿設(shè)計(jì)流量為36.26 m3/h。

1.2 漿體管路水頭損失計(jì)算水力坡降的確定按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Ι為輸送礦漿的水力坡降，m水柱/m；γk為礦漿比重；Ι0為輸送與礦漿流速相等的清水的水力坡降，m水柱/m。

分別對(duì)設(shè)計(jì)和計(jì)算流量進(jìn)行管道摩阻損失計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

1.3 臨界流速的確定

臨界流速的確定是尾礦輸送設(shè)備選型計(jì)算中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。流速過低會(huì)造成管道堵塞，流速過高則會(huì)造成管道摩擦阻力增大，管道使用壽命減短，從而使設(shè)備、管道投資、運(yùn)行費(fèi)用和能耗過高。影響臨界流速的因素很多，很難找到一個(gè)適合于各種礦石性質(zhì)、濃度、粒度等的計(jì)算公式。對(duì)于短距離管道輸送的臨界流速一般采取以下幾種公式。

1）杜拉德公式

當(dāng)管徑小于200 mm時(shí)，可用杜拉德公式計(jì)算。

礦漿的臨界流速：

式中：VL為礦漿臨界流速，m/s；D為管道內(nèi)徑，m；g為重力加速度，g=9.81m/s2;ρ0為礦石密度，t/m3；FL為與粒徑、濃度等有關(guān)的速度系數(shù)，根據(jù)礦石的中值粒徑d50，和礦漿中固體體積濃度Cv在下圖中查得。

P1——液體或載體密度，t/m3；按下式計(jì)算：

G100為粒徑小于100 μM的礦石重量，t/m3；Q100為粒徑小于100 μM的礦石重量，t/m3；GW為水的重量，t/h3；QW為水的體積，m3/h。

2）凱夫公式

當(dāng)管徑大于200 mm時(shí)，應(yīng)用凱夫公式計(jì)算。

兩種公式計(jì)算結(jié)果必須使實(shí)際流速V大于臨界流速VL。本工程由于管徑小于200 mm，故采用杜拉德公式進(jìn)行計(jì)算臨界流速，臨界流速為1.27 m/s。

1.4 渣漿泵揚(yáng)程的確定

計(jì)算出沿程管路損失后，根據(jù)給定的幾何高差，可用下式進(jìn)行計(jì)算：

表1 管道摩阻計(jì)算結(jié)果

K為富裕（備用）系數(shù)，對(duì)于ZJ系列渣漿泵一般取1.05～1.08即可，原則是短距離取大值，長距離取小值。

需注意的是：輸送漿體與輸送清水的管路損失并不相同，兩者存在一定的差異。在相同流量和轉(zhuǎn)速下，泵輸送漿體的揚(yáng)程（HM）和輸送清水時(shí)揚(yáng)程（H）之比，用HR表示，效率之比用ER表示。

輸送漿體時(shí)的HR和ER，按HR和ER曲線圖查得，也可由下式計(jì)算：

離心式渣漿泵揚(yáng)送礦漿時(shí)的揚(yáng)量、揚(yáng)程和效率均隨礦漿濃度的變化而變化。當(dāng)使用離心式渣漿泵揚(yáng)送高濃度礦漿或泵轉(zhuǎn)數(shù)較低時(shí)，其揚(yáng)量、揚(yáng)程及效率均應(yīng)通過試驗(yàn)確定。在一般情況下，揚(yáng)送礦漿的揚(yáng)程變化不予考慮,計(jì)算揚(yáng)程可按如下公式確定。

Hk為渣漿泵揚(yáng)送礦漿時(shí)的計(jì)算揚(yáng)程，m水柱；Hs為渣漿泵揚(yáng)送清水時(shí)的揚(yáng)程，m水柱；γk為礦漿比重；KH為揚(yáng)程降低率，可按KH=1-0.25P計(jì)算；P為礦漿重量濃度；kM為葉輪磨損后揚(yáng)程折減系數(shù)，在一般情況下，建議對(duì)于兩側(cè)封閉式的8以上的襯膠葉輪kM取0.95，其他葉輪kM取0.80～0.95。

本工程的揚(yáng)程計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 渣漿泵揚(yáng)程計(jì)算結(jié)果

由于渣漿泵高揚(yáng)程下磨損較大，揚(yáng)程選型不宜過高，本工程選型單臺(tái)渣漿泵計(jì)算揚(yáng)程約61 m，單臺(tái)泵無法滿足揚(yáng)程要求，故考慮兩臺(tái)泵串聯(lián)。

1.5 配套電機(jī)功率的計(jì)算

泵送礦漿時(shí)的軸功率，根據(jù)給定的Qm、H、D（r），當(dāng)采用直接傳動(dòng)時(shí)可按如下步驟進(jìn)行計(jì)算： 1）計(jì)算泵軸功率Pm按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：PM為泵送礦漿時(shí)的軸功率，kW；HM為礦漿揚(yáng)程，m；H為清水揚(yáng)程，m；QM為礦漿流量，L/s；PP為礦漿密度，t/m3;ηm為泵送礦漿時(shí)的效率，%；η為泵送清水時(shí)的效率，%。

本工程軸功率經(jīng)計(jì)算得41.23 kW。

2）計(jì)算電機(jī)功率N

當(dāng)泵軸功率計(jì)算后，考慮泵啟動(dòng)和流量波動(dòng)等因素，在選擇標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)有一定的功率富裕系數(shù)K。一般取功率富裕系數(shù)K=1.1.～1.2，大功率取小值，小功率取大值。

電機(jī)功率N按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：N為電動(dòng)機(jī)功率，kW；K為功率富裕系數(shù)；PM為泵送礦漿時(shí)的軸功率，kW；ηo為傳動(dòng)效率，皮帶傳動(dòng)時(shí)ηo=0.95，直接傳動(dòng)時(shí)ηo=1.0。

3）選取配套電機(jī)功率N

根據(jù)上述計(jì)算功率數(shù)值，結(jié)合電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)功率數(shù)值，選取配套電機(jī)功率N同時(shí)確定電動(dòng)機(jī)具體型號(hào)。

1.6 軸封形式的選擇

渣漿泵的軸封形式根據(jù)不同工況條件進(jìn)行選擇。軸封形式主要有三種，分別為填料密封、副葉輪密封和機(jī)械密封。三種密封形式各有優(yōu)缺點(diǎn)。

本工程從經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合方面考慮，選擇填料密封。填料密封是較為普遍的一種密封，是通過注入軸封水的形式,不斷在填料里面注入一定壓力水，一防止泵體漿體外泄，對(duì)于不適于用副葉輪軸封的多級(jí)串聯(lián)泵，采用填料軸封。填料軸封結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，價(jià)格便宜。

1.7 渣漿泵的選型

經(jīng)過以上計(jì)算步驟，最終選定在泵房中配置4臺(tái)渣漿泵，分兩個(gè)系列，一個(gè)系列工作，一個(gè)系列備用，每個(gè)系列均為兩臺(tái)同型號(hào)規(guī)格泵串聯(lián)。渣漿泵型號(hào)為50/40B-AH，單臺(tái)泵流量約為32.4 m3/h，揚(yáng)程約為55 m，電機(jī)功率45 kW，輸送管采用D108× 7×3陶瓷鋼鐵復(fù)合管一條，管道流速約1.48 m/s，輸送距離約0.46 km。為防止管道檢修和輸送堵管事故影響礦山生產(chǎn)，設(shè)置DN100無縫鋼管一條作為尾礦輸送備用管，輸送管道采用沿地面管墩敷設(shè)方式。

2 結(jié)論

這里結(jié)合具體工程實(shí)例，闡明了渣漿泵的選型設(shè)計(jì)過程。為保證選型合理，首先應(yīng)根據(jù)所輸送礦漿的性質(zhì)（物料粒度、密度、礦漿濃度、硬度、黏度和礦漿的磨蝕性等）來確定渣漿泵的類型，然后根據(jù)所需輸送的礦漿量、揚(yáng)程和管道的阻力損失具體選定渣漿泵規(guī)格。在實(shí)際工作中需要認(rèn)真搜集、整理數(shù)據(jù),需要按漿體實(shí)際情況合理選取公式進(jìn)行計(jì)算。

[1]《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)參考資料》編寫組.尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)參考資料[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1978.