長距離鐵精礦輸送管道系統的運行調試

薛天鑄，李 軍，孟麗芳

（1.美國管道系統工程（包頭）有限公司，北京100125；2.包頭鋼鐵（集團）有限公司給水廠，內蒙古 包頭014010）

0 前 言

包頭鋼鐵（集團）有限公司（簡稱包鋼）白云鐵精礦管道系統，是從包頭市白云礦區把鐵精礦通過1條外徑為355.6mm無內襯鋼管管道輸送到位于包頭市包鋼原料廠。管道系統包括：①1座加壓泵站；②2座壓力檢測站；③礦山附近的1臺φ45m濃縮機；④3臺φ16m×16m礦漿攪拌槽（礦漿泵站2臺，終端1臺）；⑤1條全長142.89 km，外徑為355.6mm的HFW埋地管道；⑥包鋼終端消能孔板站以及其他輔助設施。

管道系統控制通過PLC內部軟件來完成，HMI（human-machine interface，an operator control console）內部軟件允許人機交互。每一個站點有各自的PLC并且能夠在SCADA（supervisory control and data acquisition）系統通訊失效后繼續控制和操作本站的設備。PLC按照控制的需要進行數據交換。例如，礦漿泵站在批量輸送水期間需要了解83.5 km高點的壓力，防止加速流。每一臺主泵裝備有本地的控制面板，包括 PLC和HMI。在泵站內部的PLC對所有泵的預啟動、啟動、停止和操作程序進行固化。泵站之間和終端通訊系統由美國管道系統工程（包頭）有限公司（簡稱PSI）進行設計，系統包括聲音和數據傳輸。管道系統設計年輸送能力為550萬t，輸送礦漿質量濃度為62%～68%，2009年11月28日開始進行調試，2010年1月3日開始輸送第1批礦漿，投入生產后越野鐵精礦管線運行良好。

越野鐵精礦管線母材采用包鋼CSP 1750緊湊型軋機生產，鋼級為X65，管道鋼管執行API SPEC 5L 44版PSL2規范。為滿足極端環境的低溫要求，對埋地管道采用的HFW鋼管韌性進行了補充規定。補充規定要求采用全尺寸試樣，在-20℃進行夏比沖擊試驗，具體規定見表1。

其中，寶雞住金石油鋼管有限公司生產的HFW鋼管，按照規定進行-20℃全尺寸試樣的夏比沖擊試驗，管母夏比沖擊功平均值達到了254 J，焊縫和HAZ平均值達到了256 J，體現出了HFW鋼管優異的工藝性能。

表1 埋地管道采用的HFW鋼管韌性規定

1 礦漿管道輸送水測試

白云鐵精礦礦漿HFW管道長度為129.02 km，管道平均內徑342.8mm。2009年12月29日,礦漿管道系統按照設計流量輸送水，目的是進行主管道的粗糙度測試，用于計算主管道絕對粗糙度水粘度為1Pa·s。當主管道的粗糙度大于0.0508mm（0.002 in），則表明主管道產生了結垢。白云鐵精礦管道不同管段粗糙度的測試數據見表2。

表2 白云鐵精礦管道不同管段粗糙度的測試結果

2 HFW主管道第1批礦漿輸送

第1批礦漿在輸送過程中，2010年1月3日21：21時，由于瞬間低電壓使主泵轉速信號丟失，造成3臺主泵停車，21：28時關閉絮凝車間的磨損閥。經過電氣工程師分析，認為是西礦總降壓站電壓波動造成的。22：07時打開絮凝車間的磨損閥，22：28時主管道泵再次運轉正常。

第1批礦漿的輸送參數見表3，停車再啟動成功后的輸送參數見表4。

表3 白云礦漿HFW管道系統第1批礦漿輸送參數

表4 白云礦漿HFW管道系統輸送第1批礦漿停車再啟動成功后輸送參數

3 HFW主管道第2批礦漿輸送

由于在試車過程中選礦生產不出足夠的礦漿，在2010年1月6日輸送第2批礦漿的過程中，業主要求帶漿停車4 h進行再啟動的測試。礦漿管道系統于當日10：38時進行了停車，在14：46時打開消能孔板站的磨損閥門FV-5110結束，總共停車248min。

2010年1月6日打開消能孔板站的FV-5006和FV-5110，在14：47時開啟主泵，在14：58時3臺主泵達到正常轉速的58%，共耗時11min。HFW管道系統輸送第2批礦漿停車再啟動成功后輸送參數見表5。

表5 白云礦漿HFW管道系統輸送第2批礦漿停車再啟動成功后輸送參數

4 HFW主管道滿管道帶漿再啟動性能測試

2010年8月21日，征得業主同意后，在滿足大于臨界流速的情況下，適當降低了泵速（僅小時量從合同值687.5 t/h降低到630.95 t/h，但是整條管道可以充滿礦漿），完全滿足合同中的關于滿負荷帶漿停車再啟動測試的要求。

2010年8月21日18：03，礦漿泵站開始輸送礦漿；2010年8月22日18：58時由于電壓過高造成主管道泵停車，與業主商量決定不再輸送礦漿，開始關閉閥門，管道共存放約15 630.7 t干礦量。白云礦漿滿管道帶漿停車8 h再啟動輸送參數見表6。

表6 白云礦漿滿管道帶漿停車8 h再啟動輸送參數

整條管道系統在2010年8月22日18：58時充滿礦漿后停車，停車時間500min，在2010年8月23日3：18時進行成功再啟動，共耗時97min。礦漿泵站到消能孔板站之間管道停車再啟動輸送參數見表7。

表7 礦漿泵站到消能孔板站之間管道停車再啟動輸送參數

5 包鋼西礦氣候情況及防凍措施

包鋼西礦礦漿管道系統現場的氣象條件見表8，從包頭市至白云礦區沿線最大凍深和標準凍深見表9。

表8 包鋼西礦礦漿管道系統現場的氣象條件

按照ASME B31.11 1134.6節的要求來選擇管道埋深，整條管道應該埋設在凍土層以下以避免凍結。由于包鋼鐵精礦HFW管道系統在試車期間正是一年最冷的氣候條件，為了保證管道系統能夠順利調試，而不會凍結各個工藝管道。PSI對各個系統如精礦濃縮機底流泵系統、石灰乳系統、礦漿攪拌槽系統、主泵房系統以及消能孔板站和綜合料場閥門站等均制定了相應的防凍措施。

表9 包頭市至白云礦區沿線最大凍深和標準凍深

采取上述措施后，包鋼鐵精礦管道系統在冬季生產過程中沒有由于工藝管道凍結造成生產停止，整個系統完全適應極端寒冷氣候的生產。

6 結 論

目前，包鋼鐵礦精礦HFW管道輸送濃度一直保持在65%，已成功運行3年以上，輸送礦漿流量為 540 m3/h，精礦粉輸送能力 687.5 t/h（干礦），年輸送能力達到300萬t，并且已成功進行了多次帶漿停車再啟動的實踐，為今后的生產提供了寶貴的經驗。

長距離越野礦漿HFW管道輸送方式完全可以在極寒冷氣候的地區推廣應用，管道運輸物料技術符合當今推行的清潔生產，該管道無污染，無泄露，礦粉無損耗，易于控制生產組織，容易操作維護，符合社會和公眾對環境的要求，也為包鋼的可持續發展提供了有力的支持，同時也為我國發展長距離漿體HFW管道輸送提供理論基礎和運行實踐，作為對現有運輸體系的補充，有重要的現實意義。

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