黃璐璐

廈門鷺通勤水務工程有限公司（361000）

寒冷地區(qū)長距離尾礦壓力輸送的設計及應用

黃璐璐

廈門鷺通勤水務工程有限公司（361000）

結(jié)合工程實例，介紹了寒冷地區(qū)長距離尾礦輸送的設計、設備選型及實際應用情況，闡述了寒冷地區(qū)長距離尾礦壓力輸送的設計要點。

長距離尾礦輸送；壓力輸送；寒冷地區(qū)

近年來,礦山運行多年后尾礦庫庫容不夠,新建礦山附近本找不到合適地點，需在較遠的地方建尾礦庫。長距離尾礦輸送對設計計算、管道及設備選型、運行管理均是極大的挑戰(zhàn)。高濃度、高揚程、長距離尾礦輸送將成為尾礦輸送的發(fā)展趨勢。

1 工程概況

某鉛鋅礦山位于新疆維吾爾自治區(qū)的西南部，礦山生產(chǎn)規(guī)模為5 000 t/d。選礦廠距離尾礦庫約7 864 m，選礦廠與尾礦庫輸送高差約100 m，選礦廠與中途高點輸送高差約155 m，輸送介質(zhì)為鉛鋅礦尾礦，輸送濃度約45%，輸送干量4 751.52 t，輸送尾礦真密度2.71 t/m3。

尾礦在選廠濃密至45%后泵送至尾礦庫。起點標高為2 092 m，終點標高為2 190 m，輸送中途有高點標高2 245 m，兩處低點，輸送途中經(jīng)過管橋一座。

尾礦輸送系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 尾礦輸送系統(tǒng)示意圖

2 尾礦輸送系統(tǒng)設計

2.1 輸送水力計算

礦漿波動系數(shù)取1.1,按最不利情況即最大流量計算輸送設備和管道管徑，進行輸送水力計算[1]，計算結(jié)果見表1和表2。

驗證結(jié)果得知，尾礦輸送的高點揚程在尾礦泵設計揚程之內(nèi)。

2.2 臨界流速的確定

臨界流速為尾礦輸送的基本流速，是整個尾礦輸送系統(tǒng)選型的基本依據(jù)。當管路內(nèi)徑≤200 mm時常用杜拉德公式計算：

說明：FL——與粒徑、濃度有關的速度系數(shù)，可查取。g——重力加速度m/s2，一般取9.81 m/s2。S——固體物真比重t/m3。S1——載體物真比重，一般用水做載體時，可近似看作S1=1；但當粒徑在0.1 mm以下的固體物重量與總固體物重量之比Kd0.1較大時，應將其計算在內(nèi)。d50——中值粒徑um。CV——漿體的體積濃度（%）。

本工程的管徑大于200 mm，計算得到臨界流速為1.6 m/s。為防止尾礦固體顆粒在輸送管道中停滯堵塞管道，一般取VP=(1.15～1.3)VL，當VP過高時會加劇輸送泵和輸送管道的磨損。

2.3 輸送泵的選擇

高壓長距離尾礦輸送多用隔膜泵、活塞泵及柱塞泵。但隔膜泵的隔膜強度不夠，只能用到20～30 kg/cm2，造價也最高。活塞泵因為是把礦漿直接吸入氣缸，因此，活塞、汽缸磨損較快，雖然也有特殊合金制的活塞、汽缸，但使用時間不長，效率較低。柱塞泵同活塞泵一樣也有礦漿磨損的問題，但采取在密封套進行注水,不像活塞泵那樣磨損得厲害，一般在輸送礦漿方面作為超高壓泵而使用[2]。

表1 尾礦輸送水力計算結(jié)果一

表2 尾礦輸送水力計算結(jié)果二（驗證高點）

本工程經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，從礦山初期投資成本、設備運營費用、運行安全可靠、設備檢修周期等方面綜合考慮，選用3臺活塞漿體泵，兩用一備，泵流量為175 m3/h，揚程為640 m，每臺電機功率400 kW。

2.4 管材的選擇

尾礦輸送介質(zhì)特性和輸送工藝要求各不相同，管道材質(zhì)應根據(jù)工程實際情況進行選擇。本工程屬于高揚程、長距離尾礦輸送，出于輸送安全環(huán)保、節(jié)能減排、降本增效的要求考慮，經(jīng)過比選，最終確定使用耐磨、耐壓、抗腐蝕性能強的陶瓷鋼鐵復合管，管道規(guī)格為D273 mm×11 mm×4.5 mm，鋼管壁厚11 mm，陶瓷壁厚4.5 mm。

2.5 管道的敷設

管道敷設方式分為地面敷設與地下埋設兩種方式。本工程雖處于寒冷冰凍地區(qū)，但根據(jù)當?shù)氐V山實際運行經(jīng)驗，尾礦輸送不需埋地敷設，地面敷設礦漿不結(jié)凍，管道也不凍壞，輸送可順利運行。故為了減少工程造價，便于施工、操作、檢查、維修，選擇地面敷設方式，局部采用管橋架設。

由于管道承受的內(nèi)壓力大，在管道轉(zhuǎn)角處均設置鎮(zhèn)墩，直線管段每隔一段距離均設置滑動導向支座。

2.6 管道低點事故排放池

當尾礦輸送系統(tǒng)發(fā)生局部故障、非計劃性停運、換泵、溢流等情況時。為防止事故尾礦四處漫流造成環(huán)境污染，一般設事故池容納事故排礦。

本工程的尾礦輸送途中有兩處最低點，在這兩處最低點均設置事故放礦閥及事故池。事故池需容納前段管道沖洗放礦時，按容納前段管道的全部容積另加10分鐘的礦漿流量。

2.7 管道附件

1）伸縮器

本工程處于寒冷地區(qū)，根據(jù)當?shù)氐臏夭钭兓考肮懿牡木€性膨脹系數(shù)在管線上適當位置按技術(shù)要求安裝伸縮器，以防止冬季拉斷輸送尾礦管道。

2）排氣裝置

在管線的最高點設置排氣閥，用于排出管道內(nèi)聚集的氣體。本工程在輸送途中有兩處高點，這兩處高點均設置排氣閥。

2.8 管道保溫

增大礦漿流速可提高尾礦輸送系統(tǒng)的抗凍能力。流速在1.5 m/s以上時，礦漿管道多不會產(chǎn)生凍結(jié)。

保證及時放空管道內(nèi)的礦漿和積水，并保證放空礦漿時有一定的流速。

管道敷設應避免凹型管段，如避免不了，應在凹型管段的最低點設置可迅速開啟的放礦閥。采取以上措施在多數(shù)情況下可有效防止管道凍結(jié)，而不需采取保溫措施。

本工程根據(jù)當?shù)赝愋偷V山實踐運行經(jīng)驗，不需對管道進行保溫。

3 結(jié)論

這里結(jié)合工程實例，對寒冷地區(qū)長距離尾礦壓力輸送的設計和應用進行了分析和介紹，得到以下結(jié)論：

據(jù)礦山實際投入效果看，活塞漿體泵適用于高濃度、高揚程、長距離的尾礦輸送用。陶瓷鋼鐵復合管由于耐壓、耐磨、抗腐蝕性能強，在高壓力、高揚程的長距離尾礦輸送中優(yōu)勢明顯。尾礦輸送布線時需考慮轉(zhuǎn)角的角度不宜過大，沿途須設置鎮(zhèn)墩、滑動支墩等。尾礦輸送管道應設置伸縮器以及低點放礦閥、事故池和高點排氣閥等裝置，能夠保證長距離壓力輸送管道正常安全使用。寒冷地區(qū)應根據(jù)當?shù)仡愃频V山的實踐經(jīng)驗或者大量輸送礦漿凍結(jié)試驗來確定是否需要對管道進行保溫。

[1]李宏偉.長距離高壓尾礦輸送管線工程控制技術(shù)[J].礦業(yè)工程,2009,7(6)：65-67.

[2]尾礦設施設計參考資料編寫組.尾礦設施設計參考資料[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1978.