寒冷地區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）

寒冷地區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）

結合工程實例，介紹了寒冷地區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

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。高濃度、高揚程、長距離尾礦輸送將成為尾礦輸送的發展趨勢。

1 工程概況

某鉛鋅礦山位于新疆維吾爾自治區的西南部，礦山生產規模為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，輸送途中經過管橋一座。

尾礦輸送系統示意圖如圖1所示。

圖1 尾礦輸送系統示意圖

2 尾礦輸送系統設計

2.1 輸送水力計算

礦漿波動系數取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]，計算結果見表1和表2。

驗證結果得知，尾礦輸送的高點揚程在尾礦泵設計揚程之內。

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選型的基本依據。當管路內徑≤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，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。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果一

表2 尾礦輸送水力計算結果二（驗證高點）

本工程經過技術經濟比較，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

尾礦輸送介質特性和輸送工藝要求各不相同，管道材質應根據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，出于輸送安全環保、節能減排、降本增效的要求考慮，經過比選，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，但根據當地礦山實際運行經驗，尾礦輸送不需埋地敷設，地面敷設礦漿不結凍，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。

由于管道承受的內壓力大，在管道轉角處均設置鎮墩，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

當尾礦輸送系統發生局部故障、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，根據當地的溫差變化量及管材的線性膨脹系數在管線上適當位置按技術要求安裝伸縮器，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的抗凍能力。流速在1.5 m/s以上時，礦漿管道多不會產生凍結。

保證及時放空管道內的礦漿和積水，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情況下可有效防止管道凍結，而不需采取保溫措施。

本工程根據當地同類型礦山實踐運行經驗，不需對管道進行保溫。

3 結論

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

據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勢明顯。尾礦輸送布線時需考慮轉角的角度不宜過大，沿途須設置鎮墩、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。寒冷地區應根據當地類似礦山的實踐經驗或者大量輸送礦漿凍結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[J].礦業工程,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：冶金工業出版社，1978.