一種超純水綜采設(shè)備的改造及應(yīng)用

范艷霞

(神東煤炭集團(tuán)設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 伊金霍洛旗 017200)

0 引言

目前礦井綜采設(shè)備液壓系統(tǒng)使用的介質(zhì)是5%的乳化液，液壓支架在高壓狀態(tài)下工作介質(zhì)通過安全閥或泄漏直接外排到空氣中，會(huì)造成環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，北方礦區(qū)平均噸煤破壞地下水資源約10 m3，其主要污染源為高水基乳化液。如果泵站和液壓支架介質(zhì)改為超純水，就可以徹底避免井下水污染，真正實(shí)現(xiàn)綠色開采，同時(shí)可以降低煤礦生產(chǎn)成本。因此需對(duì)綜采設(shè)備進(jìn)行超純水改造，主要涉及到超純水制備裝置的購(gòu)置和泵站、液壓支架的制造。

1 超純水的特點(diǎn)

超純水作為液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)介質(zhì)，具有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于水介質(zhì)和礦物油介質(zhì)之間理化性能存在巨大差異，和礦物質(zhì)液壓油相比，水具有粘度低、潤(rùn)滑性差、導(dǎo)電性強(qiáng)、汽化壓力高等特點(diǎn)，由于水介質(zhì)的特異性，使得超純水液壓傳動(dòng)技術(shù)在應(yīng)用過程中需解決潤(rùn)滑、磨損、腐蝕和氣蝕這幾方面問題。

2 超純水制備裝置

純水制備裝置是指用于工業(yè)生產(chǎn)用純水的純水制取裝置。純水設(shè)備采用的主要是反滲透膜技術(shù)。它的工作原理是對(duì)水施加一定的壓力，使水分子和離子態(tài)的礦物質(zhì)元素通過反滲透膜分開，溶解在水中的絕大部分無機(jī)鹽，包括重金屬、有機(jī)物以及細(xì)菌、病毒等無法透過反滲透膜，從而使?jié)B透過的純凈水和無法滲透過的濃縮水嚴(yán)格的分開。反滲透膜上的孔徑只有0.000 1 μm，而病毒的直徑一般有0.02～0.4 μm，普通細(xì)菌的直徑有0.4～1 μm。超純水設(shè)備是采用預(yù)處理、反滲透技術(shù)、混床、EDI裝置以及后級(jí)處理等方法，將水中的導(dǎo)電介質(zhì)幾乎完全去除，又將水中不離解的膠體物質(zhì)、氣體以及有機(jī)物均去除至很低程度的水處理設(shè)備。超純水的制備方法是將各種純化水的新技術(shù)結(jié)合起來生產(chǎn)出超純水的過程。

2.1 出水指標(biāo)

本套綜采設(shè)備超純水改造中，使用超純水制備裝置制水能力20 m3/h，電阻率15 MΩ·cm(25 ℃)，支架油缸內(nèi)水電阻率5 MΩ·cm(25 ℃)，出水精度<0.1 μm。

2.2 設(shè)備性能

超純水制備裝置由水箱、提升泵、機(jī)械過濾器、微濾過濾器、超濾過濾器、增壓泵、保安過濾器、一級(jí)高壓泵、一級(jí)反滲透系統(tǒng)、二級(jí)高壓泵、二級(jí)反滲透系統(tǒng)、EDI電去離子除鹽系統(tǒng)等裝置構(gòu)成，并將普通水經(jīng)過這些裝置生產(chǎn)出超純水。

純水制備裝置的控制系統(tǒng)帶有顯示器，可顯示純水處理工藝流程、液位、流量、溫度和電阻率等數(shù)據(jù)，根據(jù)參數(shù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警功能。同時(shí)具備水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)功能，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一級(jí)反滲透、二級(jí)反滲透、EDI電去離子、進(jìn)入泵站和液壓支架主回液管路的水質(zhì)指標(biāo)。水箱上安裝液位傳感器，在水位處于高位時(shí)自動(dòng)停機(jī)，水位處于低位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，一旦出現(xiàn)液壓支架爆管等故障時(shí)，水箱水位急劇下降，系統(tǒng)能自動(dòng)報(bào)警。每個(gè)板車單元之間的連接采用軟管連接。純水制備裝置能實(shí)現(xiàn)左右調(diào)向，滿足左右工作面配套的要求。設(shè)備有原水箱、中間水箱、EDI水箱的容積各5 m3，2個(gè)純水箱容積共13 m3，所有水箱、水泵、閥、過濾器、主管路元器件均使用304不銹鋼材質(zhì)。純水箱使用浮頂式密閉結(jié)構(gòu)，杜絕箱內(nèi)水與空氣接觸。控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)兩種控制方式，兩種控制方式可自由切換。當(dāng)切換到自動(dòng)控制時(shí)，整個(gè)制水過程無需人員參與，全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3 超純水泵站改造

純水高壓泵站，主要由純水高壓泵、主箱、輔箱、供液站、高壓反沖洗過濾站、回液反沖洗過濾站、進(jìn)水過濾站、控制系統(tǒng)、泵站至工作面供回液管路等裝置組成。

本套純水泵站是在大修泵站的基礎(chǔ)上制造。由于超純水存在粘度低、潤(rùn)滑性差和易造成元件腐蝕等缺點(diǎn)，因此泵站制造涉及到泵頭組件、盤根密封、接頭及其他部件的改造。

泵頭組件的泵頭殼體、高低壓泵頭連接片、襯套、彈簧和吸排閥芯全部選用1Cr17Ni2不銹鋼材質(zhì)，盤根密封選用帶有一定自潤(rùn)滑性的SLPU材質(zhì)。接頭使用鍍鋅鎳合金材料。泵站高壓過濾器、儲(chǔ)能器、增壓泵及其他系統(tǒng)部件，根據(jù)噴霧泵站大修檢修歷史記錄情況，滿足超純水介質(zhì)的使用要求，不進(jìn)行改造。

3.1 純水高壓泵

高壓泵型號(hào)BRW630/37.5，電機(jī)功率500 kW，絕緣等級(jí)F級(jí)，電機(jī)外殼的防護(hù)等級(jí)IP55，電機(jī)轉(zhuǎn)速1 485 r/min。潤(rùn)滑方式所有運(yùn)動(dòng)部件強(qiáng)迫潤(rùn)滑，陶瓷柱塞，曲軸箱分體式設(shè)計(jì)，潤(rùn)滑油冷卻為外置水冷，卸載閥卸載有電動(dòng)和機(jī)械2種方式。采用五柱塞泵結(jié)構(gòu)，全系統(tǒng)為三泵兩箱。

純水泵站采用變頻控制技術(shù)，配置3臺(tái)變頻電機(jī)和1臺(tái)變頻器，變頻器和電機(jī)為分體式，電纜為屏蔽電纜，流量在160～630 L/min范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。變頻器故障時(shí)，無需更改電纜線路連接，可通過手動(dòng)或自動(dòng)切換為工頻狀態(tài)工作。變頻電機(jī)冷卻方式風(fēng)冷。水箱和泵可安裝在平板車上移動(dòng)運(yùn)輸。每臺(tái)泵的控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為獨(dú)立方式，并實(shí)現(xiàn)集中控制，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作模式。純水泵具有故障診斷、自動(dòng)進(jìn)水、自動(dòng)卸載、水箱高低水位、超溫、管路失壓、增壓泵進(jìn)出口壓力檢測(cè)、潤(rùn)滑油壓力和油位及油溫等保護(hù)功能，可顯示壓力、流量、水位、溫度等數(shù)據(jù)。同時(shí)能將顯示數(shù)據(jù)通過其它設(shè)備上傳到地面控制中心并顯示，可傳輸給第3方使用。泵具備運(yùn)行小時(shí)記錄功能，無故障運(yùn)行時(shí)間不小于80%。純水泵站能實(shí)現(xiàn)左右調(diào)向，滿足左右工作面配套的要求。所有單元左右方向均可安裝電纜架，便于順槽電纜、管線能通過純水泵站列車，并不與純水泵站系統(tǒng)干涉。泵站控制系統(tǒng)須具有遠(yuǎn)程控制接口，方便與綜采自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。

3.2 主箱TMXR630/70和輔箱TMXRF630/70

水箱材質(zhì)為不銹鋼304，底板厚度6 m，側(cè)板厚度6 mm，內(nèi)部具有磁過濾器、2～3道隔板，有效容積8 000 L，泵吸液膠管φ102，卸載回液膠管φ102，增壓泵功率5.5 kW，液位傳感器安裝在液箱兩側(cè)，距箱底40 mm，左右兩側(cè)留600 mm門式可旋轉(zhuǎn)圓形檢修口，具有雙向預(yù)壓水箱空氣過濾器。泵布置在液箱的同一側(cè)，具有自動(dòng)補(bǔ)水功能。主水箱和輔箱要求使用浮頂密封方式，實(shí)現(xiàn)純水與空氣隔絕。能夠根據(jù)液面高度控制前級(jí)純水制備裝置。吸液管、卸載管、高壓管、蝶閥使用316不銹鋼材質(zhì)。純水進(jìn)入主水箱之前增加一級(jí)過濾，精度10 μm。

3.3 蓄能裝置BZCNQ126/37

額定壓力37.5 MPa，蓄能器容量為63 L，2個(gè)。材質(zhì)30CrMo鍍鋅鎳合金，高壓進(jìn)液口DN32G，系統(tǒng)壓力傳感器0～60MPa，大容積蓄能器可消除液壓系統(tǒng)的壓力脈沖，系統(tǒng)壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且有壓力卸載保護(hù)功能。

3.4 連接管路及接頭

鋼管管路、接頭、法蘭材質(zhì)為316不銹鋼。膠管扣壓接頭要求選用鍛造件，接頭表面鍍鋅鎳合金處理，液管接頭須為卡箍式。

3.5 純水泵站控制系統(tǒng)

使用KXH12礦用本質(zhì)安全型控制箱，額定電壓DC12V。

3.6 高壓反沖洗過濾站

高壓反沖洗過濾站TMGLZW(2500/37.5/25)D，其高壓過濾精度25 μm，流量2 000 L/min，高壓額定壓力37.5 MPa，出廠時(shí)阻力損失為0.3～0.5 MPa，當(dāng)阻力損失大于3 MPa時(shí)應(yīng)進(jìn)行反沖洗，高壓進(jìn)液口接管尺寸DN50SS，高壓出液口接管尺寸65SSKV，排污管接管尺寸DN25，輸入電壓27VAC，輸出電壓12VDC，控制方式為壓差控制/時(shí)間控制/壓差-時(shí)間控制。

3.7 回液反沖洗過濾站

回液反沖洗過濾站TMGLZHF(3000/2.5/50)，其公稱壓力2.5 MPa，額定流量3 000 L/min，過濾精度50 μm，進(jìn)液口尺寸75SSKV，出液口尺寸75SSKV，排液口尺寸DN25。

4 超純水液壓支架改造

液壓支架改造主要針對(duì)液壓系統(tǒng)做材質(zhì)更換和工藝處理，結(jié)構(gòu)件變形的做校正或焊接修復(fù)。

立柱活塞桿采用激光熔覆，活塞桿彎曲直線度≤0.1%，熔覆材質(zhì)為不銹鋼熔覆，厚度為0.5～0.6 mm，熔覆層硬度≥45HRC，熔后表面粗糙度≤Ra0.4。

缸筒內(nèi)孔進(jìn)行熔覆銅合金工藝，熔覆材質(zhì)為銅合金，缸筒變形量<1 mm，無裂紋，內(nèi)孔圓度、圓柱度均小于公稱尺寸的0.2%，熔覆厚度0.8～1.0 mm，熔覆層硬度≥180HB，熔后表面粗糙度≤0.4 μm。立柱導(dǎo)向套、缸筒外側(cè)的聯(lián)接塊、進(jìn)液管和上腔進(jìn)液接頭座使用新件，采用QPQ防腐工藝，缸筒外表面進(jìn)行除銹噴漆。

其余小油缸的活塞桿直徑>120 mm的激光熔敷，直徑<120 mm的鹽浴處理。導(dǎo)向套使用材質(zhì)為1Cr17Ni2不銹鋼，通過表面處理提高硬度和耐磨性。

目前液壓支架使用所有的主閥和輔閥材質(zhì)均為不銹鋼材質(zhì)1Cr17Ni2，能滿足超純水介質(zhì)使用要求，密封均采用耐水解自潤(rùn)滑聚氨酯材質(zhì)。管接頭和架間分配器材質(zhì)為不銹鋼14Cr17Ni2，膠管扣壓接頭20CrMo，U型卡材質(zhì)是3Cr13不銹鋼，固定螺栓不低于A2-80級(jí)不銹鋼。

另外，配套使用第1-53套JOY 7LS6C/LWS740型采煤機(jī)，第1-52套天明3×1 000 kW變頻三機(jī)和第1-24套3臺(tái)噴霧泵，均滿足使用要求。

5 結(jié)語(yǔ)

超純水綜采設(shè)備的改造應(yīng)用，包括對(duì)純水制造裝備的升級(jí)改造、泵站改造、液壓支架改造，雖然增加了初期的生產(chǎn)成本，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看減少了乳化液的使用，減少井下危險(xiǎn)廢棄物污染，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，節(jié)約大修成本。