淺談渣漿泵串聯在尾礦輸送的選型及應用

侯鵬

福建兆翔臨港置業有限公司（361000）

淺談渣漿泵串聯在尾礦輸送的選型及應用

侯鵬

福建兆翔臨港置業有限公司（361000）

尾礦輸送是金屬礦山選礦生產的重要環節，其輸送設備選型是否合理，關系到選礦廠的生產運行、設備維護和輸送成本。合理選型、科學管理可使尾礦輸送系統穩定高效地運行，這里結合工程實例，介紹了渣漿泵串聯在尾礦輸送中的選型計算及實際應用情況。

渣漿泵串聯；尾礦輸送；選型及應用

渣漿泵作為漿體輸送設備，廣泛應用于煤炭、電力、金屬礦山等行業。由于使用工況條件惡劣，渣漿泵的使用壽命普遍較短，故渣漿泵的設計、制造要求也越來越嚴格。如果設計、選型計算不當，渣漿泵則無法正常使用。當單級渣漿泵無法滿足設計揚程要求時，可采用渣漿泵串聯實現。

1 工程概況

某礦山尾礦輸送干礦量424 t/d，輸送濃度40%，尾礦密度3 t/m3，輸送距離約483 m（輸送起點和終點的水平距離426 m，幾何高差34 m）。

1.1 流量的計算

礦漿流量計算按如下公式計算：

經過計算得知本工程計算流量為32.38 m3/h，在計算管徑時波動系數取大值1.1，波動后的礦漿設計流量為36.26 m3/h。

1.2 漿體管路水頭損失計算水力坡降的確定按如下公式進行計算：

式中：Ι為輸送礦漿的水力坡降，m水柱/m；γk為礦漿比重；Ι0為輸送與礦漿流速相等的清水的水力坡降，m水柱/m。

分別對設計和計算流量進行管道摩阻損失計算，計算結果見表1。

1.3 臨界流速的確定

臨界流速的確定是尾礦輸送設備選型計算中的關鍵環節。流速過低會造成管道堵塞，流速過高則會造成管道摩擦阻力增大，管道使用壽命減短，從而使設備、管道投資、運行費用和能耗過高。影響臨界流速的因素很多，很難找到一個適合于各種礦石性質、濃度、粒度等的計算公式。對于短距離管道輸送的臨界流速一般采取以下幾種公式。

1）杜拉德公式

當管徑小于200 mm時，可用杜拉德公式計算。

礦漿的臨界流速：

式中：VL為礦漿臨界流速，m/s；D為管道內徑，m；g為重力加速度，g=9.81m/s2;ρ0為礦石密度，t/m3；FL為與粒徑、濃度等有關的速度系數，根據礦石的中值粒徑d50，和礦漿中固體體積濃度Cv在下圖中查得。

P1——液體或載體密度，t/m3；按下式計算：

G100為粒徑小于100 μM的礦石重量，t/m3；Q100為粒徑小于100 μM的礦石重量，t/m3；GW為水的重量，t/h3；QW為水的體積，m3/h。

2）凱夫公式

當管徑大于200 mm時，應用凱夫公式計算。

兩種公式計算結果必須使實際流速V大于臨界流速VL。本工程由于管徑小于200 mm，故采用杜拉德公式進行計算臨界流速，臨界流速為1.27 m/s。

1.4 渣漿泵揚程的確定

計算出沿程管路損失后，根據給定的幾何高差，可用下式進行計算：

表1 管道摩阻計算結果

K為富裕（備用）系數，對于ZJ系列渣漿泵一般取1.05～1.08即可，原則是短距離取大值，長距離取小值。

需注意的是：輸送漿體與輸送清水的管路損失并不相同，兩者存在一定的差異。在相同流量和轉速下，泵輸送漿體的揚程（HM）和輸送清水時揚程（H）之比，用HR表示，效率之比用ER表示。

輸送漿體時的HR和ER，按HR和ER曲線圖查得，也可由下式計算：

離心式渣漿泵揚送礦漿時的揚量、揚程和效率均隨礦漿濃度的變化而變化。當使用離心式渣漿泵揚送高濃度礦漿或泵轉數較低時，其揚量、揚程及效率均應通過試驗確定。在一般情況下，揚送礦漿的揚程變化不予考慮,計算揚程可按如下公式確定。

Hk為渣漿泵揚送礦漿時的計算揚程，m水柱；Hs為渣漿泵揚送清水時的揚程，m水柱；γk為礦漿比重；KH為揚程降低率，可按KH=1-0.25P計算；P為礦漿重量濃度；kM為葉輪磨損后揚程折減系數，在一般情況下，建議對于兩側封閉式的8以上的襯膠葉輪kM取0.95，其他葉輪kM取0.80～0.95。

本工程的揚程計算結果見表2。

表2 渣漿泵揚程計算結果

由于渣漿泵高揚程下磨損較大，揚程選型不宜過高，本工程選型單臺渣漿泵計算揚程約61 m，單臺泵無法滿足揚程要求，故考慮兩臺泵串聯。

1.5 配套電機功率的計算

泵送礦漿時的軸功率，根據給定的Qm、H、D（r），當采用直接傳動時可按如下步驟進行計算： 1）計算泵軸功率Pm按下式進行計算：

式中：PM為泵送礦漿時的軸功率，kW；HM為礦漿揚程，m；H為清水揚程，m；QM為礦漿流量，L/s；PP為礦漿密度，t/m3;ηm為泵送礦漿時的效率，%；η為泵送清水時的效率，%。

本工程軸功率經計算得41.23 kW。

2）計算電機功率N

當泵軸功率計算后，考慮泵啟動和流量波動等因素，在選擇標準電動機時，應有一定的功率富裕系數K。一般取功率富裕系數K=1.1.～1.2，大功率取小值，小功率取大值。

電機功率N按下式進行計算：

式中：N為電動機功率，kW；K為功率富裕系數；PM為泵送礦漿時的軸功率，kW；ηo為傳動效率，皮帶傳動時ηo=0.95，直接傳動時ηo=1.0。

3）選取配套電機功率N

根據上述計算功率數值，結合電動機標準功率數值，選取配套電機功率N同時確定電動機具體型號。

1.6 軸封形式的選擇

渣漿泵的軸封形式根據不同工況條件進行選擇。軸封形式主要有三種，分別為填料密封、副葉輪密封和機械密封。三種密封形式各有優缺點。

本工程從經濟技術綜合方面考慮，選擇填料密封。填料密封是較為普遍的一種密封，是通過注入軸封水的形式,不斷在填料里面注入一定壓力水，一防止泵體漿體外泄，對于不適于用副葉輪軸封的多級串聯泵，采用填料軸封。填料軸封結構簡單，維修方便，價格便宜。

1.7 渣漿泵的選型

經過以上計算步驟，最終選定在泵房中配置4臺渣漿泵，分兩個系列，一個系列工作，一個系列備用，每個系列均為兩臺同型號規格泵串聯。渣漿泵型號為50/40B-AH，單臺泵流量約為32.4 m3/h，揚程約為55 m，電機功率45 kW，輸送管采用D108× 7×3陶瓷鋼鐵復合管一條，管道流速約1.48 m/s，輸送距離約0.46 km。為防止管道檢修和輸送堵管事故影響礦山生產，設置DN100無縫鋼管一條作為尾礦輸送備用管，輸送管道采用沿地面管墩敷設方式。

2 結論

這里結合具體工程實例，闡明了渣漿泵的選型設計過程。為保證選型合理，首先應根據所輸送礦漿的性質（物料粒度、密度、礦漿濃度、硬度、黏度和礦漿的磨蝕性等）來確定渣漿泵的類型，然后根據所需輸送的礦漿量、揚程和管道的阻力損失具體選定渣漿泵規格。在實際工作中需要認真搜集、整理數據,需要按漿體實際情況合理選取公式進行計算。

[1]《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.