橡膠補償器在雙泵單管輸送系統中的應用及改進

任小明

（金堆城鉬業汝陽有限責任公司，河南汝陽 471231）

0 引言

大型選礦企業日處理礦量26 000 t，采用分段浮選法選鉬，浮鉬尾礦綜合回收鐵精礦，年產鉬精礦1.8萬噸，鐵精礦15萬噸。廠房按照地形坡度階梯式布置，礦漿輸送以自流為主，工藝泵及管道布置采用并聯式雙泵單管輸送系統。輸送系統在泵的運行和檢修中存在缺點，優化和改進管道連接方式。

1 存在問題

并聯式雙泵單管輸送系統是將2臺礦漿輸送泵并聯于2根輸送管道上，通過管道閥門的開閉和兩臺泵的開停實現礦漿輸送泵的倒換，2互為備用設備（圖1）。該輸送系統在選礦工藝中應用較為普遍，2優點是投資少，施工量小，管道利用率高。但在泵的運行和檢修過程中存在較嚴重的問題。

圖1 并聯式雙泵單管輸送系統

（1）2臺礦漿輸送泵輸送管道的并聯部分均安裝有橡膠補償器，作用是作為管道柔性連接，消除設備振動傳遞，降低渣漿泵過流件更換的檢修難度。由于原礦礦漿中的固體顆粒粗大，棱角尖銳，礦漿壓力大，流速快，對橡膠補償器造成較為嚴重的磨損，橡膠補償器的使用壽命（500～700）h，并且進料管和輸送管道上的橡膠補償器磨損程度不同，頻繁交替破損，對生產工藝的連續運行造成不良影響。

（2）渣漿泵進量管設置于泵池穿墻管之中，管道之間采用填料密封，在渣漿泵過流件更換時，需要松開管道填料密封，將進料管退回一定距離，將橡膠補償器拆除留出檢修空間。檢修過程較為復雜，并且填料密封處易出現滲漏，渣漿泵進料管連接見圖2。

圖2 渣漿泵進料管連接示意

2 原因分析

并聯式雙泵單管輸送系統中，渣漿泵的進料管道和輸送管道均采用橡膠補償器作為管道柔性連接，橡膠補償器是由內膠層、增強層有多層刮膠錦綸簾子布、外膠層復合的橡膠管組成。介質材質有天然膠、丁苯膠、丁基膠、丁腈膠、硅橡膠、氟橡膠等，具有耐熱、耐酸、堿、耐腐蝕、耐磨、耐油等功能，廣泛用于化工、建筑、給水、排水、石油、輕重工業等行業。橡膠補償器為標準管件，橡膠部件的厚度一般較小，由于其結構形式決定橡膠部件與被輸送物料的接觸面積較大，直接承受著物料的沖擊、磨損和一定壓力，加之被輸送礦漿的顆粒度及漿體所含油藥等因素的影響，橡膠補償器在礦漿輸送時，使用壽命大為縮短，其并不完全適用于選礦行業礦漿輸送的需求，需要在管道柔性連接方面做出進一步的改進和優化（圖3）。

3 改進方案

經市場調研，目前市場上管道柔性連接件和柔性連接方式較多，但對于同時具備耐磨損、耐油蝕、使用壽命長、經濟性高等特點的柔性連接件非常稀缺。公司技術人員根據礦液體送時的流體特性，利用現有備件材料對渣漿泵進料管道和輸送管道的柔性連接進行改進。

圖3 原橡膠補償器磨損

3.1 流體流動特性

管道流體在輸送過程中，當流通截面發生變化時，內部射流的形態、壓力、流速均會發生一定變化。

（1）當流通面積由大變小時，流體在順壓強梯度下流動，收縮部分不會發生明顯的阻力損失。由于流體有慣性，流道將繼續收縮后又擴大，流體在逆壓強梯度下流動，并產生邊界層分離和旋渦，產生機械能損失，流速和流通截面成反比，流速增大，壓強降低（圖4）。

（2）當流通截面由小變大時，由于流股離開壁面形成射流注入擴大的界面內，然后才擴張到充滿整個截面，流道突然擴大，下游壓強上升，流體在逆壓強梯度下流動，射流與壁面間出現邊界層分離，產生旋渦，機械能損失，速度和流通截面成反比，流速降低，壓強升高（圖5）。

（3）當流體經過狹小的流通截面進入突然擴大的封閉空間時，密閉空間內的流體與外部流體保持動態流動平衡，有一部分流體通過狹小流通截面流入和排出，流體進入密閉空間，流體在局部區域形成循環流動，且流速遠低于管道流體的流速，在流通截面突然擴大的密閉空間內有局部的流體處于靜止狀態；流體經過狹小的流通截面和突然擴大的封閉空間時，均產生旋渦，造成內部摩擦，機械能的降低；流體經過狹小的流通截面是壓強降低，進入突然擴大的封閉空間后壓強提高，但補償器內部壓強與管道流體的壓強保持動態平衡（如圖6）。

圖4 流體進入狹小流通截面

3.2 渣漿泵輸送管道柔性連接的改進

橡膠補償器為標準管件，設計耐壓強度能夠滿足多數工況條件下的應用。但是，在礦漿輸送時，由于橡膠部件直接承受著物料的沖擊、磨損，使用壽命大為縮短，通過提高橡膠件的厚度和改善橡膠耐磨性能的做法可行性較差，根據流體由狹小流通截面進入突然擴大的流通截面時流速顯著降低，易于形成旋渦，避免礦漿的對管道的直接沖擊，大幅度降低管件磨損的特性，技術人員對橡膠補償器做如下改進:

選用比礦漿管道大1個規格的橡膠補償器，能夠將礦漿管道插入到橡膠補償器內部。并在兩根礦漿管道上分別焊接法蘭，該法蘭能夠與橡膠補償器上的法蘭配對使用，法蘭之間的距離比橡膠補償器軸向尺寸小（1～3）mm，在各部件組裝好后，橡膠補償器處于自然狀態，管道端面間距為（1～3）mm。橡膠補償器改進后狀況見圖7。在礦漿輸送時，一部分礦漿經過管道端面的狹小間隙進入橡膠補償器內部后流體速度銳減，并在多處形成旋渦，旋渦之間發生摩擦和能量轉換，礦漿不能直接沖擊磨損補償器的橡膠件，礦漿磨損的危害大為削弱，僅補償器內部流體壓強與管道流體壓強保持動態平衡。

圖6 流體進入擴大密閉空間

圖7 橡膠補償器改進后的外觀和內部

改進之后，橡膠補償器僅承受管道礦漿的動態壓力和極其微弱的磨損，耐用度提高。安裝時對徑向、軸向和角度的要求相對較低，具有較好的減震和補償作用，渣漿泵過流件更換檢修時非常方便。但橡膠補償器拆裝難度并未改善，只適合永久安裝在渣漿泵的出料管道上，進料管道上并不適合安裝。

渣漿泵過流件更換時，需要將進料管部分拆除，留出檢修空間，但橡膠補償器的拆除有難度，影響檢修效率。對比篩選，選用耐磨原理相似、安裝便捷的卡箍式柔性管道接頭。該柔性連接是由卡箍、密封圈、連接螺栓和管道鋼帶組成，“C”密封圈在礦漿進入之后，反作用于膠圈的密封唇上達到自密封作用，壓力越大密封效果越好，負壓密封性也可到0.08 MPa；卡箍、密封圈、管道鋼帶為全圓周緊固，管端拉力強大，可達到4.2 MPa。接管處允許有（1～6）mm間隙，可有效隔斷噪音及震動的傳播，在熱脹冷縮時管道不受影響，并允許有≤3.5°轉角。卡箍式柔性管道接頭僅由4根螺栓緊固，拆除密封圈以后，兩邊管道完全分離不存在內應力，安裝在泵池穿墻管內的進料管和填料部分都無需調整，拆除簡單，和橡膠補償器的拆裝相比較，可節約（60～70）%的檢修時間。但是，卡箍式柔性管道接頭對所連接的管道徑向找正要求較高，減震效果也不是非常理想。

改進后的橡膠補償器與卡箍式柔性管道接頭相比，耐磨性突出，減震消音及安裝精度方面橡膠補償器具有優勢，拆裝難易度方面卡箍式柔性管道接頭更為簡便，以上特點決定其適用于輸送管道的不同部位。

4 改進效果

2013年4月，公司在1組并聯式雙泵單管輸送系統上對泵的輸送管道和進料管道進行柔性連接改造，已運行6年時間，運行狀態非常穩定，沒有出現過柔性連接橡膠件磨漏現象，經檢查橡膠件的磨損量非常微小，預計使用壽命可達到10年以上。輸送管道的柔性連接改造后，基本達到免維護狀態，降低檢修工作量和材料消耗。進料管的柔性連接改造后，每次可節約1.5 h的檢修時間，降低檢修難度，提高檢修效率。本次改造之后，并聯式雙泵單管輸送系統運行更加穩定，檢修更加便捷高效，達到預期的效果。

5 結語

經過近6年的實踐驗證，并聯式雙泵單管輸送系統礦漿管道柔性連接的改造，的確能夠解決橡膠補償器耐磨性差的問題，消除了橡膠補償器故障頻發對生產工作正常開展的不利影響，改善了設備運行的穩定性，提高檢修效率，降低檢修人員勞動強度，對提高企業設備管理水平有較好的積極意義。