大型漿體輸送泵站設計運行總結

高 偉，李緒忠，陳 林

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

某礦漿管道輸送系統由1個加壓泵站、事故池、終端站和管線組成，泵站內設4臺額定壓力8.5MPa、額定流量685m3/h的隔膜泵，2臺離心式渣漿泵，2臺容積2000m3礦漿攪拌罐及其相應電氣控制設備，管道直徑530mm，長約30km，對該系統進行試運行重點是在滿足相關驗收規范標準的前提下考核離心泵、隔膜泵等設備單機的性能參數是否滿足設計、生產要求[1]。某礦漿管道輸送系統設計在試運行前，工藝、設備故障的應急預案處理更是關系到項目試運行的成敗的關鍵。本文針對可能出現的各類故障作出了分析總結，最終順利完成了試運行任務。

1 主泵的設計選型

選用4臺正排量活塞隔膜泵，采用調速電機驅動。正常情況下，3臺工作1臺備用，泵的工作能力為90%，4臺泵也可以同時并聯運行以減少部件的磨損，當其中的一臺需要維修時，它的轉速將不斷的減少而另外3臺泵的轉速將自動加速用于補償和保持到所設置的流量。在每臺泵的吸入端單獨連接沖洗水裝置，當泵需要維修時，沖洗水裝置可以將泵中的礦漿沖走。

2 喂料泵故障-泵站

當泵站一臺喂料泵跳停時，主泵會因入口壓力低跳停，并且自動發起主泵停車。操作員必須開啟備用喂料泵，接著重新啟動主泵。在運行期間，喂料泵可能會跳停。如果這是大環境造成的問題（如電力故障），所有泵站內的設備（包括主泵在內）都將停車。如果只是局部的問題（僅影響到喂料泵）造成，則需要采取緊急行動。如果在泵送水時喂料泵出故障離線，工藝水供水壓力可能足夠高可維持主泵入口適宜的流量。主泵入口壓力必須保持在450 kPa以上，否則將會停車。不論主泵是否跳停，管道操作員都必須分析喂料泵跳停的原因。如果原因不明顯，操作員應嘗試重新啟動喂料泵。假如重啟失敗，操作員必須按照規定的操作步驟切換到備用喂料泵。如果兩臺喂料泵都啟動不了，應立即切換到泵送水（如果不是正在輸送水）。可以通過打開沖洗水閥以及關閉相關的攪拌槽出口閥門來完成切換操作。對喂料泵問題進行調查的同時，應繼續泵送水。如果主泵跳停，在切換成輸水后應重新啟動它們。之后，在切換為礦漿前，必須啟動一臺喂料泵。

3 主泵故障

3.1 單臺泵故障

如果單臺泵出現故障，而其它泵仍在運轉，控制系統將自動提高運轉泵的轉速盡力維持流量，但是可能仍需要操作員開啟備用泵，以提供足夠的流量（如果不是四臺泵同時在運轉）。

3.2 自動模式

正常情況下是在自動模式下泵送物料。在該模式下，操作員選擇泵速或體積流量，SCADA系統將自動在操作員所選的設定值下監控和維持主泵運行。通常，四臺主泵有三臺泵在運行。這一節討論SCADA系統和操作員對單臺泵停車作出的反應。在自動模式下，SCADA系統會盡力維持一個穩定的、同操作員設定值相匹配的管道流量。泵速會自動調整以保持設定的流速。當四臺主泵中的一臺跳停離線后，SCADA系統會盡力提高剩余主泵的泵速來達到設定的流量。主泵的規格能滿足四臺泵同時運轉就能夠達到設計所要求的泵送速度以滿足管道1841m3/h的設計流量。在正常情況下，四臺泵以設計流量自動運行。因此，SCADA系統將緩慢提高尚在運行的主泵泵速到100%，達到685 m3/h的流量。備用泵必須在相對短的時間手動啟動，使管道流量回復到最小流量以上，確保安全運行。不能故意讓主泵超過100%的轉速運行。當操作員重新開啟跳停的泵或備用泵時，SCADA系統將在緩慢提高第四臺主泵泵速的同時，慢慢降低運行的那臺泵的轉速。系統將在操作員設定值下重新恢復運行。如果第二臺泵在第一臺泵跳停期間也停止了，那么所有主泵和喂料泵需要緊急停車，管道中的礦漿也需要放空至事故池。

3.3 手動模式

“連打”模式要求至少一臺泵處于自動模式。如果主泵在手動模式下運行，操作員必須設定四臺運轉泵的速度。如果一臺泵跳停，其余三臺泵繼續以操作員設定的速度運轉。泵的速度必須增加泵速，使管道在最小輸送流速以上運行。如果有兩臺泵或三臺泵在手動模式下運行，而處于手動模式的泵正好是那臺仍在運行的泵，那么第四臺泵需在5分鐘之內啟動，否則SCADA系統將自動將運行泵的泵速緩慢降到0。

4 主泵過壓

有4種獨立的方法可保護主泵過壓。

（1）出口壓力控制優先可令泵速降低，以避免高壓。

（2）主泵電機在高-高壓力下將由泵站PLC停止，所有站內主泵都將停止，自動發起緊急停車。

（3）如果其它保護全部失靈，那么主泵內部的安全閥門將提供出口壓力保護。盡管這時電機和泵都在轉動，但是泵將停止排料。根據泵速計算得出的流量仍然保持，但是流量表的讀數會顯著降低。這種情況將觸發緊急停車程序。

（4）通過降低轉速將VFD的扭矩設置在限制點。

5 電源失效

泵站和終端都與輸電網連接。由于每臺設備都是獨立供電，所有設施同時斷電的可能性很小。

下面章節討論了管道沿線不同位置停電帶來的影響。

5.1 泵站

泵站發生電力故障會使泵站內所有設備跳停。SCADA系統備有UPS，（如果需要）管道操作員可通過遠程控制使管道系統停車。管道操作員在采取行動前應判斷電力故障的程度。可能是因為電源波動導致停電，這種故障會很快得到糾正，使泵站設備迅速重啟。在這種情況下，不應讓管道系統停車，并且應盡快恢復泵站的運行。如果斷電預計超過5分鐘，管道就該停車。注意，泵站的儀表與UPS系統相連，如果問題未能及時得以糾正，管道低流量將引發管道系統5分鐘后自動停車。萬一長期停電，沒有緊急供電系統可用。注意，如果長時間停車（超過15分鐘），所有泵站設備應進行沖洗，以避免重啟困難。

5.2 壓力監測站停電

中間壓力監測站暫時停電不需要讓管道系統停車，但是，如果這時正在輸送批量水，如果壓力監測站斷電，則不能監控加速流。批量位置可以用管道顧問系統跟蹤，以及必要時使用或取消使用消能孔板。

5.3 終端停電

如果終端站停電，管道能夠繼續運行。應該密切跟蹤管道中沖洗水批量位置。終端儀表都由UPS供電。萬一停電，UPS可以作為備用電源使儀表繼續工作。站內閥門會保持在“停電前的位置”，需要手動操作。所有的泵都會停車直到恢復供電。

6 長時間停車

設計安裝的管道在短期停車（不超過4小時）后不會有重啟困難。通常是通過限制管道的安裝坡度而實現的。當礦漿在管道中停止流動時，礦漿顆粒一般會就地沉降，而不會向低點聚集而導致堵管的可能性。更長時間的停車也是可行的。很多商業運行管道都能實現帶漿停車24小時而不會有重啟困難，甚至有的管道在帶漿停車長達72小時后仍然能夠重啟。在管道調試期間的測試將確定管道停車和再啟動的一些特性。這些信息將與其它管道的運行數據進行比較，用于估計本管道的安全停車時間。管道帶漿停車不應屬于正常操作的一部分（即作為一種控制輸送量的手段）。如果需要帶漿停車（緊急操作的結果），則必須盡量縮短停車時間。避免管道在輸送同一批礦漿時停車2次，是非常重要的。因為管道經歷一次停車，礦漿漿的均質特性就損失一部分，第二次停車就會更加嚴重，于是增加了堵管的可能或者造成再啟動困難。如果停車時間超過4小時，管道應該以最大或者接近最大輸送能力運行，以替換管道停車時滯留其中的物料。流速增加會增強紊流，從而促使固體顆粒重新懸浮起來。應監控管道沿線的壓力下降情況，并與歷史數據對比，確保管道中沉降的固體顆粒已被沖出管道。在運行過程中長期停車時必須放空管道。

7 通訊失效

如果所有的通訊失效，所有系統會保持失效前的狀態，泵送不會中斷。如果是系統范圍內的通訊失效，有經驗的操作員會根據通過地面通訊從泵站接收到的指示對泵站和終端進行就地操作。

7.1 光纖電纜割斷

從泵站到終端沿管線作業帶（與管道相同的管溝）均安裝了光纖通訊電纜。雖然電纜做了標記，并且會受到管道的保護，但是仍有可能因為斷層位移、滑坡、第三方開挖以及其它事件而被切斷。在正常運行條件下，泵站的PLC向操作員發送指令并且接收從壓力監測站和終端傳回的工藝數據。這些信號都是通過光纖電纜傳輸的。如果電纜被切割，有可能所以芯都被切斷，于是其下游的所有站點都不能和泵站的PLC進行通訊。如果光纖被切斷，其下游的所有站點在SCADA系統上都將變黑。然后SCADA系統將通過電話聯絡獲取這些站點的數據。由于斷點下游的光纖是完整的，斷點后面所有站點的數據可以通過終端PLC和備用系統實現與泵站的PLC之間的傳輸。對于管道操作員來說，從光纖向備用通訊系統的過渡應該是不留痕跡的—因為操作程序沒有任何變化。SCADA系統將發出警報，警告電話系統已用于特定的站點，由此可識別光纜被切斷的可能位置。管道應該在沒有明顯改變的情況下繼續運行。

7.2 站點故障

如果由于某種原因，泵站和終端站的連接被切斷，終端站的SCADA系統會自動使閥門停留在通訊中斷之前的最后位置。如果需要管道停車，則終端站閥門必須手動操作。

光纖連接的地方應設置固定器。

8 結語

編制完備的試運行應急預案并進行總結，對漿體長輸管道一次投料試運行成功有十分重要的意義。