关于磁翻板液位计长距离输送应用与实践

概述

贾家堡尾矿输送系统采用了近几年国内较为xianjin的“高浓度”、“长距离”、“单条输送管线”、仅设置一级输送泵站的输送方式，尾矿浆的输送浓度由传统的20%左右提高到40%以上，减少了输送过程中夹带的清水，大大降低了输送能耗和运行成本，是国内目前zui长的一条尾矿输送管线。该输送系统克服了输送介质粒度不均匀，输送管线途经高山、峡谷、河流等不利因素，在近三年的运行过程中，系统运行稳定，作业率达到98%以上。输送系统在运行过程中，未出现管线爆裂，淤堵等严重事故，通过准确、严密的操作，可以实现高效、稳定运行，该系统的投入，为贾家堡铁矿的节能降耗，建设绿色矿山奠定了可靠的基础。

磁翻板液位计输送系统工艺概况：

1)输送铁尾矿量大约在275~295万t/年；

2)固体尾矿堆密度2.6t/m3；

3)尾矿输送浓度38～44%；

4)首端起始点标高120m；

5)南芬卧龙沟尾矿库排放点标高336m；

6)管道输送长度26500m；

7)正常运行的输送流速1.35~1.82m/s；

8)正常运行的输送流量598~798m3/h；

9)管道输送全程时间大约为4.2h。

1管线的选择及运行情况

选矿产生的低浓度尾矿浆，先经两台高效浓密机浓缩处理后，符合输送工艺要求的高浓度尾矿浆xianjin入尾矿输送泵站的储浆槽，再经尾矿输送隔膜泵加压，通过一条外径D426钢紧衬超高分子聚乙烯复合耐磨管，输送到26.5公里以外的卧龙沟尾矿库。整个输送系统不设置备用管线，兼顾环保因素，除输送泵站首端设置临时尾矿堆存池外，输送管线区间内不再设置事故池。尾矿输送系统采用一级泵站的输送方式，输送至本钢南芬选矿厂卧龙沟尾矿库库区内侧。为适应北方气候条件，尾矿管线全线采用地下埋设，地埋深度平均在1.5m左右。输送管线运行两年后，对末端管材壁厚进行检测，普通螺旋焊管仅磨损0.3mm。输送实践表明：输送系统按照设计的流量、流速运行，矿浆对管线的磨损很小，正常运行尾矿输送管线可服务30年以上，无需更换输送管线。磁翻板液位计粒度组成及各粒级分布情况如表1。

由表1可知：该矿样-200目粒级81.74%，属于粒度较细的矿样，比较适宜长距离输送。

2尾矿隔渣筛的设计及应用情况

尾矿粒度变化范围较大，在选矿生产过程中因磨矿选别系统的设备故障或生产事故造成大颗粒矿块进入尾矿的机会较多，因而在尾矿长距离输送系统前端设置隔渣装置就显得非常必要。贾家堡铁矿在高效浓密机的给矿口上部设置3台平面自卸筛，筛孔尺寸3mm，并设置粗粒接料装置，平面自卸筛的筛上物料在筛子运行过程中，筛上粗颗粒矿块等杂物会自动导入筛子末端的筛上物接料槽中，通过接料槽落到下面的输送皮带运输机上，通过皮带运输机收集到矿渣箱内，然后用汽车运至排放场，而平面自卸筛的筛下合格粒级物料，则自流到浓密机的矿浆分配池。平面自卸筛型号为：USL3.6×6.0，单台功率30kw，配3台，2用1备。贾家堡铁矿平面筛的给矿浓度在6%~8%之间，尾矿浆在给到筛面后，绝大部分尾矿浆依靠自流即进入到筛下，加上上部的磨矿选别系统生产运行稳定，正常生产过程中尾矿中的大颗粒矿块、杂物不多，因此生产中三台平面筛全部给矿，但筛子不需要长时间开动运行，根据生产统计情况，每班（12h）平面筛累计开动运行时间不超过2小时。

长距离输送系统中加装隔渣筛，能够有效控制矿浆中的大颗粒尺寸(超过3mm的固体含量)是保证管道内矿浆均质流特征的关键。对于非均质流矿浆，在管道的顶部和底部将有一个明显的浓度梯度，对管道底部的磨损会超过允许的范围。另外由于采用隔膜泵作为长距离输送主泵，必须保证进入隔膜泵的浆体不能含有粗大颗粒等矿块、杂物，如果大颗粒矿块等杂物给入隔膜泵，将严重影响隔膜泵进、出单向阀门的使用寿命，影响隔膜泵运行作业率。同时如果出现大量粗颗粒矿块等杂物混入输送矿浆的情况，就严重破坏了输送矿浆的粒度组成，按照正常的输送流速输送，粗颗粒矿块在输送过程中会在输送管道中沉降，在管线U型管段低洼处堆积，严重时将导致尾矿输送管路堵塞，那对输送管路将是致命的伤害。一个是堵塞位置难以确定，另一个管线分解疏通，施工工程量大，耗时多，将给矿山生产和环保带来很大的影响。因此尾矿输送系统生产安全运行，对隔渣筛筛面的检查和维护就显得尤为重要，这也是尾矿长距离输送生产管理的关键部分。

3浓密机配置及浓密机自循环系统

尾矿长距离输送系统要求尾矿的输送矿浆浓度必须控制在一定范围内，即38%～44%之间，根据磁翻板液位计粒度组成，贾矿的尾矿输送浓度不能低于36%。贾矿设计安装了两台HRCΦ30高效浓密机，每台浓密机配置2台渣浆泵，1用1备，总共配置4台渣浆泵。正常生产条件下，浓密机能够为尾矿输送系统提供合格浓度尾矿浆，但如果出现磨选系统给料出现问题，或磨选车间全系统停车的后期及磨选系统转车的初期，浓密机的尾矿浓度达不到输送工艺要求，浓度不合格的尾矿浆只能排放到事故池中，造成环境污染。贾矿生产、设备技术人员对浓密机底流排矿管进行改造，增设浓密机内循环系统，即将底流泵排矿管增设切换阀门，将不符合输送工艺要求的低浓度尾矿浆重新给入到浓密机上部的给矿方箱中，让尾矿浆在浓密机系统内自循环，只有在尾矿浓度达到输送工艺要求后再向尾矿输送搅拌储浆槽输送，大幅度减少了尾矿外排对矿区环境造成的污染。

4首端尾矿搅拌储浆槽设计与应用

贾家堡铁矿选矿车间设计了两个磨选生产系列，在首端泵站设置搅拌槽即能够调整、平衡尾矿产量的波动，同时也能够弥补磨选系统单系列生产时产生的尾矿量不足，满足不了尾矿输送系统的工艺要求的问题。搅拌储浆槽在输送系统中起到实现尾矿批量输送和尾矿调质、调浆的关键作用。同时尾矿储浆槽也能够起到在尾矿输送系统出现短时间的设备故障检修时，上部工序磨矿选别系统能够正常生产，提高磨选系统的作业率。贾家堡铁矿原设计在尾矿输送泵站外建设φ=16m、H=16m搅拌储浆槽2座。由于投资等原因，实际仅建设了一座￠=12m、H=12m搅拌储浆槽，有效贮存时间2.5h。单台搅拌槽配套搅拌电机功率N=132kW，搅拌器转速实现变频控制。搅拌储浆槽内安装雷达式液位计，并可发出高低液位报警信号，运行参数可进入尾矿输送主泵站SCADA系统，便于尾矿输送主控操作员管理。

近三年的生产实践表明，一座搅拌槽勉强满足尾矿输送系统的要求，磁翻板液位计搅拌储浆槽没有备用系统，给设备检修和维护带来很多不便，也影响尾矿输送系统的安全及稳定性，对于长距离尾矿输送系统，配备两座尾矿搅拌储浆槽更合理。

5输送系统中的隔膜泵喂料系统

作为长距离输送设备，隔膜泵要求必须有一定的给料压力，才能保证隔膜泵正常运行。隔膜泵给料方式大体有两种，一种是静压式给料，即保证隔膜泵达到0.3Mpa左右的喂料压力，建一座25米高以上的喂料塔，浓缩后的尾矿浆通过渣浆泵输送到喂料塔上部的矿浆池，在通过管路给到隔膜泵的给矿段，形成入料压力，该系统的特点是隔膜泵入料压力稳定，缺点是基建投资过大。另一种普遍使用的方式是动压给料，尾矿浆用喂料泵加压，隔膜泵的喂料压力是靠改变泵的运行频率来调整，贾家堡铁矿输送系统采用的是动压式给料，在尾矿主泵站喂料室内设喂料泵2台(1工1备)。搅拌槽的尾矿浆经喂料泵加压后通过2条D426×16无缝钢管(1工1备)，将矿浆送至隔膜泵的入口给矿管中，喂料泵采用变频电机驱动，通过尾矿输送系统的控制程序，可实现隔膜泵入口压力稳定，并随着隔膜泵的输送流量自动调节。

6输送主泵站的配置及运行情况

根据磁翻板液位计输送系统的设计要求，主输送设备选择DGMB300/8.0三缸单作用隔膜泵4台(3台工作、1台备用)，单泵zui大流量Q=300m3/h、zui大排出压力P=8.0MPa、配套电机功率N=800kW/690V。磁翻板液位计输送主泵实际工作压力在3.0~5.0MPa之间，输送流量680m3/h，正常生产运行三台，一台备用，个别情况有两台隔膜泵出现问题，运行两台，流量控制在550m3/h，输送系统也能够满足生产需要，但低流量，低流速运行，对管线底部磨损增加，除特殊情况，不建议长时间两台泵运行。贾家堡铁矿近三年的生产运行实践表明，国产隔膜泵与进口设备相比，无论在售后服务，还是备品备件的成本上，都有很大的优势。并且该泵的效率较高，可达92%，技术成熟，运行稳定、可靠。输送泵站内主管路上的高压阀门及各台隔膜泵的进出口阀门，包括喂料泵的进出口阀门，都采用的是液压阀门，由与液压阀门配套的液压油站支持。液压阀门的开启或关闭主要由尾矿输送系统的主控管理员控制，按输送流程步骤实现远程操作，也可实现机旁手动操作，阀门的开启及关闭在主控操作电脑界面上都有显示，自动化程度高，安全可靠。

7尾矿管线加速流分析与控制措施

7.1加速流产生的条件及其危害

当管道敷设的坡度大于水力摩阻损失的坡度且下游管道末端具有余压时，管道内会产生浆体的加速流动，而使管道成不满流。在批量输送时或清水冲洗管道过程中，在倒V型地形下游在浆体密度与水的密度差影响下也会发生加速流。加速流产生的原因是由于多余能量的存在，通过浆体加速流动消除这些多余的能量，浆体不满管流速可大大超过正常满管流速，增加了管道的磨蚀，另外不满流还可能在管道zui高处形成真空负压，造成弥合水击，管道压力升高甚至管线破裂。

7.2判断输送系统是否有加速流

在管线设计中需绘制管线纵剖面线和水力坡度线，见图7，假定在设计流速设计浓度下，管道水力坡降为im(浆柱表示)，则按阻力坡降计算的的扬程为H0，则：

按H0扬程绘制的水力坡度线与管线相交(见图7)，在zui高点B之下，即表示泵在H0扬程下运行，不能把浆体输送过zui高点B，B称为翻越点，如果要翻越泵的扬程必须加大致Ha，在加大扬程的同时在翻越点B后，就会有多余压头。如果多余的能量没有被消除，在峰点B至D点管段内就会产生加速流。

7.3实际输送办法以及控制措施

磁翻板液位计输送管线经过的地形较为复杂，需跨越两座高山，为了达到管线设计坡度要求，同时也为了消除加速流对尾矿管线的影响，沿途开凿了两条隧道。第一条隧道长730m，第二条隧道长1465m。同时为了确保管线运行安全，彻底消除加速流对管线的影响，设计上又在末端阀门站安装消除矿浆加速流的装置，贾矿消除加速流采用的是在U型弯管内安装消能孔板。尾矿输送主控操作员根