渣漿泵和隔膜泵技術特點及適用性分析

陳琴瑞，劉金勇

(1.中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038； 2.德興銅礦，江西 德興 334224)

渣漿泵和隔膜泵技術特點及適用性分析

陳琴瑞1，劉金勇2

(1.中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038； 2.德興銅礦，江西 德興 334224)

渣漿泵和隔膜泵是漿體管道輸送最常用的設備。本文簡述了渣漿泵及隔膜泵的技術特點，并對兩種泵型進行了技術對比，結合相關工程經驗、技術經濟、運行管理等方面，分析了其適用工況。

渣漿泵； 隔膜泵； 技術特點； 適用工況

1 前言

泵壓輸送是漿體管道輸送的主要方式，而輸送泵是該工藝的關鍵設備，是泵送系統的核心。泵送設備的技術參數、性能選擇、匹配使用及運行狀況是否穩定是至關重要的問題，直接關系到輸送工藝的成敗[1～2]。目前，應用于漿體管道輸送的最常用泵型為渣漿泵及隔膜泵。

2 渣漿泵

2.1 工作原理及特點

渣漿泵是離心泵的一種，其工作原理是依靠葉輪的高速旋轉使漿體獲得較大的動能，并依靠流道出口的蝸殼斷面變化使漿體的動能轉化為壓力能，漿體在葉輪中的流動主要是受到離心力的作用。

渣漿泵的特點是結構簡單、適應漿體的粒徑、流量范圍較大，單臺泵流量可達每小時數千立方米。其主要局限為效率略低，揚程一般在百米以下，但一次性投資較低。

2.2 影響渣漿泵效率的因素

影響渣漿泵效率的因素主要有渣漿泵的結構特點、輸送漿體性質、運行磨損等。

(1)由于渣漿泵的結構特點，在進行能量轉換的過程中，泵內產生機械損失、容積損失和水力損失。泵的總效率為機械效率、容積效率和水力效率的乘積[3]。

(2)輸送漿體的性質主要體現為漿體的粘度，隨著粘度的增加，泵的流量和揚程降低較緩慢，而效率的下降則較快[4]。粘度對泵的性能有顯著影響，見表1。

(3)運行磨損主要體現為葉輪的磨損。葉輪磨損后，渣漿泵流量、揚程及效率均降低。為匹配漿體流量及泵出口壓力，需要提高電機轉速，增大電機功率。當葉輪磨損至一定程度，若繼續使用，造成運行成本較高時，則需進行更換。

表1 粘度對渣漿泵性能影響

3 隔膜泵

3.1 工作原理及特點

隔膜泵是在柱塞泵原理基礎上利用隔膜將柱塞與料漿分離。其動力端為電機通過減速機驅動曲柄滑塊機構，帶動活塞往復運動。活塞借助油介質使橡膠隔膜凹凸運動，隔膜室腔內容積周期變化，完成料漿輸送。由于隔膜將料漿與油介質分割開來，活塞、缸套、活塞桿等運動部件不與料漿直接接觸，避免了料漿中的固體顆粒對其的磨損，保證了這些運動部件的使用壽命，同時可以保證隔膜泵較高的連續運轉率和較低的運行成本。

隔膜泵可獲得很高的壓力，高達20MPa以上，同時隔膜泵的效率很高，達90%以上。其主要局限為單臺泵的流量低，輸送介質的粒度要求嚴格，一次性投資較高。

3.2 技術參數

隔膜泵的技術參數主要包括流量、壓力、連續運轉率及易損件壽命[5]。

(1)隔膜泵的平均輸出流量與排出壓力無關，其決定于泵的活塞直徑、活塞行程、活塞每分鐘的往復次數(沖次)。

(2)隔膜泵壓力包括吸入過程壓力和排出過程壓力。

在吸入過程中，要求隔膜室內隔膜表面的壓力必須大于所輸送礦漿的飽和蒸汽壓力，否則造成礦漿汽化，造成隔膜與礦漿脫流，引起撞擊、噪音、振動及容積效率下降，還可造成隔膜異常變形，進而引起隔膜壽命降低，嚴重的造成隔膜瞬間破裂。隔膜泵對最小吸入壓力有嚴格的要求，對于泵送不同的介質及工況，最小允許吸入壓力也是不同的。

隔膜泵的吸入、排出壓力與流量無關，其值取決于泵內、外管路的負載特性。泵在實際運行中，其吸入壓力大于最小允許的吸入壓力，排出壓力小于最高允許的排出壓力，泵才能正常運行。

(3)連續運轉率是隔膜泵最主要的參數。隔膜泵易損件的壽命主要指隔膜、過流件中的閥橡膠及其他金屬閥件的壽命，這些參數是隔膜泵的關鍵參數，直接影響泵的連續運轉率。

4 兩種泵型適用性分析

4.1 技術特點對比

渣漿泵及隔膜泵的技術特點對比見表2。

表2 渣漿泵及隔膜泵技術特點對比

4.2 適用工況分析

合理選擇輸送泵型是保證整個輸送工藝系統可靠、經濟運行的關鍵，應具體考慮如下因素：①輸送介質的密度、粒度、濃度、溫度、磨蝕性；②泵的技術特點、效率；③泵型對管理運行工況變化的適用性；④安全可靠性；⑤運行的經濟性。

根據渣漿泵、隔膜泵的工作原理、技術特點、設備性能，以及在工程設計中經驗，其初步選型可大致如下。

(1)對于低濃度、大流量、低壓力(一般小于2.5MPa)工況，選擇多級渣漿泵串聯更為合理。

(2)對于高濃度、高壓力(一般大于5MPa)工況，則選擇多臺隔膜泵并聯更為合理。

(3)對于大流量、中等壓力(2.5～5MPa)工況，則需要從技術經濟方面進行綜合比較以選擇合適泵型。

4.3 案例分析

某國外項目，設計漿體流量3 400m3/h，輸送濃度60%，漿體容重1.592t/m3，服務年限25年，輸送壓力逐年增加，最終泵出口壓力為4MPa。

該案例有以下特點。①輸送濃度60%，為高濃度漿體，選擇隔膜泵更為合適；但此濃度下漿體的粘度為0.018Pa·s(相當于SUS為90)，對渣漿泵流量、揚程、功率影響都較小。②泵出口最終壓力為4MPa，為中等壓力，渣漿泵與隔膜泵均適用。泵出口壓力逐年增加，選擇渣漿泵可減少基建投資，但運營成本高，而隔膜泵則基建投資大，運營成本低。

由此，需從技術經濟方面進行綜合分析，各方案簡述如下。

(1)渣漿泵方案：需設置兩個泵站。基建期在廠區設一級泵站，泵站內設渣漿泵(Q=1 700m3/h，h=60m，N=630kW)12臺，每3臺串聯為一組，兩組工作，兩組備用；第三年建成二級接力泵站，泵站內設渣漿泵(Q=1 700m3/h，h=60m，N=630kW)12臺，每3臺串聯為一組，兩組工作，兩組備用。

(2)隔膜泵方案：基建期在廠區設置一個尾礦輸送泵站，泵站內設隔膜泵(Q=700m3/h，P=5MPa，N=1 400kW)6臺，5用1備。

對各方案進行詳細配置，包括廠房、配套設備、管道、閥門等，并綜合考慮運營成本等，其技術經濟指標對比見表3。

從表3可以看出：①渣漿泵方案和隔膜泵方案在技術上均是可行的；②渣漿泵方案的優點是基建投資小，且可以分期投入；缺點是運行成本高。串聯級數多，容易發生故障，人員及維護成本高。隔膜泵方案的優點是運行成本低、效率高；缺點是基建投資過大；③綜合來說，渣漿泵方案技術經濟指標更好。

5 結語

表3 技術經濟指標對比

渣漿泵和隔膜泵是漿體管道輸送的核心設備，其結構特點、技術參數等決定了其適用工況。在選型時要認真分析輸送介質的物理特性、輸送工況，結合設備的技術特點，綜合考慮基建投資、運營成本、運行管理等方面進行技術經濟比較，以選擇安全可靠、經濟較優的泵型。

[1] 王紹周，等.粒狀物料的漿體管道輸送[M].北京：海洋出版社，1998.

[2] 吳愛祥，王洪江.金屬礦膏體充填理論與技術[M].北京：科學出版社，2015.

[3] 吳 波.渣漿泵輸送系統效率分析及節能措施[J].金屬礦山，2003，(9)：37-39.

[4] 嚴大凡.輸油管道設計與管理[M].北京：石油工業出版社，1986.

[5] 中國有色(沈陽)泵業有限公司.水煤漿輸送用隔膜泵及其應用[A].“十二五”我國煤化工行業發展及節能減排技術論壇文集[C].2010:182-187.

Technical characteristics and suitability analysis of slurry pump and diaphragm pump

Slurry pump and diaphragm pump are the most commonly used equipment for slurry pipeline transportation. In this paper, the technical characteristics of the two types of pumps are briefly described and the technical comparison is carried out. Combined with relevant engineering experience, technical economy and operation management, the applicable conditions are analyzed.

slurry pump; diaphragm pump; technical characteristics; applicable condition

1672-609X(2017)05-0051-03

TD522

B

2017-07-26

陳琴瑞(1985-)，男，河北保定人，碩士，工程師，從事尾礦庫設計及相關研究工作。