選煤廠渣漿泵機封供水系統的優化升級

翟中朝

(西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦選煤廠， 山西 興縣 033602)

1概 況

斜溝煤礦選煤廠屬礦井型選煤廠，年處理原煤15.0 Mt，主要入洗8號、13號煤。采用全重介分選工藝，1.5～0.2 mm粗煤泥采用TCS智能分選機分選；-0.2 mm粒級的煤泥不分選，其中粗煤泥采用濃縮-沉降過濾離心機脫水回收，細煤泥采用濃縮-壓濾脫水回收。主要產品為煉焦精煤、洗混煤。全廠共有渣漿泵180臺，采用雙端面機械密封型渣漿泵34臺，其中壓濾機入料泵12臺、濾液泵8臺、煤泥水泵6臺、旋流器溢流泵8臺。34臺泵中有4種型號，壓濾入料泵型號100ZJA-I-A50，流量180 m3/h，揚程80 m；濾液泵型號200ZJA-I-A60，流量550 m3/h，揚程20 m；煤泥水泵型號300ZJ-I-A70，流量1 600 m3/h，揚程32 m；旋流器溢流泵300ZJ-I-A56，流量1 050 m3/h，揚程38 m.

2 機封供水系統存在問題

1) 渣漿泵機型密封要求使用的是無污染清潔工業用水，但因礦區水源供應不足，該廠機封供水全部采用沉淀后的中水，水質不達標。

2) 廠內機械密封、盤根兩種密封型式的渣漿泵共用一套供水管網，管線長、分支多，供水壓力波動大。

3) 蓄水箱內水處理主要是采用抬高水泵進口管路和定期清理的方法，效率低、效果差，使用時沉積物上浮造成二次污染。

4) 使用機械密封的34臺渣漿泵中，型號為100ZJA-I-A50的壓濾入料泵供水壓力不足，更換頻率最高。

5) 渣漿泵、沉降離心機這兩類設備的用水沒有進行整合利用，造成清潔水的浪費。

6) 渣漿泵機封沖洗水泵至用水終端之間有多個手動控制閥門，因設備數量較多，常出現閥門漏開情況，造成機封燒毀。

3 現場使用狀況的研究分析

3.1 機械密封使用壽命分析

該廠渣漿泵輸送介質為煤泥水，濃度200～400 g/L，參照JB/T 4127.1—1999《機械密封技術條件》、JB/T 8723—2008《機械密封》，機械密封的使用期應不低于1年，且按照目前制造條件，機械密封使用壽命應達到25 000 h，正常使用壽命應在2年。但該廠34臺渣漿泵機械密封平均使用壽命不足3個月，部分機械密封更換后7天就會出現漏水現象。現場通過批量更換、局部使用優質水試驗、同工況對比、質量檢查、選型調研等方式進行對比驗證，確定機械密封壽命短的主要原因集中在水質和壓力上。

3.2 機械密封類型及沖洗水壓力、流量計算

1) 該廠34臺渣漿泵全部使用的是雙端面機械密封，且屬于外裝式機械密封，雙端面機械密封通過向密封腔內注入高于介質壓力0.05～0.15 MPa的外供封液起“堵封”和潤滑密封端面的作用。34臺使用機械密封的渣漿泵，同時安裝有副葉輪，按照廠家設計說明，沖洗水壓力按照P′=(P進+P出)/2進行計算，就可以達到介質不外漏。沖洗水流量Q′為泵流量Q的0.1%-1%，泵輸送量較大時取小值，流量較小時取大值，但最小沖洗水水量應不低于1 m3/h，計算結果見表1.

表1 機械密封沖洗水壓力及流量計算表

2) 從表1中可以看出，型號為100ZJA-I-A50的壓濾機入料泵的介質壓力達到0.75 MPa，按雙端面機械密封對沖洗水壓力要求，沖洗水壓力最小應為0.8 MPa，按照渣漿泵廠家設計要求，沖洗水最小壓力應達到0.405 MPa.現場試用的水泵揚程為50 m，且管路分支多，壓濾損耗較大，到達該泵機械密封時沖洗水壓力為0.3 MPa，小于設計要求的最小壓力，造成介質外漏，損壞機械密封。

3) 機械密封沖洗水壓力P′的最小值按照設計說明從表1中計取，最大值按照雙端面機械密封使用要求，以不大于介質壓力0.15 MPa進行計取。其最終參考取值按保證介質不外漏的條件計取，即稍大于最小值。沖洗水流量最小不小于1 m3/h，表1中Q′較大時，按照小值計取，雙端面機械密封沖洗水流量約為0.5 L/s. 統籌考慮沖洗水泵選型、管網布置、管損等情況，可取P′和Q′標準參考值，見表2.

表2 機械密封沖洗水壓力及流量計取范圍表

3.3 沖洗水泵適用性及供水系統分析

該廠主廠房一層區域有34臺機封類渣漿泵和56臺填料密封類渣漿泵，這兩種采用不同密封型渣漿泵的密封沖洗水共用同一臺沖洗水泵，水泵流量100 m3/h，揚程50 m. 從表1，2中可以看出，考慮管損，揚程50 m的泵經過管損后，壓力并不能滿足所有機封類渣漿泵的需求，尤其對于100ZJA-I-A50型號渣漿泵，其壓力過小。在渣漿泵軸密封的沖洗水管網及泵的選型布置上，應依據渣漿泵的出口壓力、沖洗水流量、渣漿泵空間布置、管路損耗等進行統一考慮，機械密封類渣漿泵應與填料密封類渣漿泵在沖洗水供應上保持獨立。

4 機封供水系統的優化與實踐

4.1 機封供水系統分離，新增沖洗水泵

該廠34臺機械密封類渣漿泵均分在主廠房一期、二期廠房，每期廠房17臺。將34臺機械密封類渣漿泵供水系統各自與原有供水系統分離，并新增2套沖洗水泵。流量選擇按17臺同時運行的最大工況考慮(單臺渣漿泵分支管路上不考慮安裝手動或自動控制閥門)，每期共需供水流量為40.8 m3/h，確定水泵的流量為50 m3/h. 水泵壓力按100ZJA-I-A50型沖洗水壓力0.45 MPa考慮，選取水泵揚程為60 m.

4.2 選取潔凈水源并循環回收，制作緩沖沉淀水箱

對礦區清水供給情況進行統計，單日可供水量約9 200 t，廠內單日中水補水量100～200 t. 主廠房一、二期各有17臺渣漿泵采用機械密封，每期單獨制作緩沖沉淀水箱。每期機械密封用水量約40.8 m3/h，17臺渣漿泵單日需供水量652.8 m3，系統補水量超出煤泥水系統負載，因此需對機封用水進行回收、沉淀、再利用。按照現場布置空間可制作12 m×2 m×2.2 m的水箱，并制作隔板，對回收水進行兩次沉淀，蓄水容積48 m3，單日循環13.6次。水箱分為3個空間，分別是回收收集箱(一次沉淀)、二次沉淀溢流箱、潔凈水箱，潔凈水箱上設補水管，根據水位自動補水。機封運行正常情況下，單日補水量小于2 t,每周對水箱進行置換2次，平均單日排入煤泥水系統的水約13.7 t，單日補水量及排水量遠小于礦區供水量和廠內補水量，因此可依據現場水質情況對水箱內的水進行多次置換，且可應對機封外漏后的水源多次置換和清潔的問題。

4.3 優化機封供水管路

主廠房每期17臺機械密封類渣漿泵采用獨立的供水系統后，泵出口主管分出兩趟，一趟管先經過100ZJA-I-A50型渣漿泵供0.45 MPa水壓，后至200ZJA-I-A60型渣漿泵供0.35 MPa水壓；另一趟管路直接向300ZJ-I-A70、300ZJ-I-A56型渣漿泵供0.3 MPa水壓。每種型號渣漿泵均有單獨的分支管路供機封沖洗水，分支管路上安裝流量調節器、壓力表、減壓閥、壓力傳感器等。沖洗水泵至每臺渣漿泵之間的管路上除流量調節、壓力調節、流量與壓力監測外，不再設置其他控制閥門，一次調節到位后，無論泵是否運行，機封沖洗水正常循環(除檢修或故障外)。這種情況會增加機封磨損，但生產實際中會避免因崗位誤操作、閥門故障、電氣故障等原因造成機封無水燒毀的情況發生。

4.4 水箱沉降區的水與沉降篩網沖洗水形成循環

沉降離心機篩網沖洗水水質要求不高，篩網沖洗水噴頭直徑4 mm，機封沖洗水箱沉淀區的水首先經過籃式過濾器，通過泵加壓后進行沉降篩網沖洗，并在水箱沉淀區增加一趟潔凈水補水管路。沉降篩網沖洗水每天消耗水量為30 m3，通過該方法，除每周定期進行2次水箱清理外，每天沉淀區的水都可以進行一次水質替換。

5 實施效果

該廠34臺渣漿泵機械密封供水系統進行優化升級后，機械密封運轉溫度正常，水箱內水溫一直保持在室溫，渣漿泵機械密封平均使用壽命從不到3個月提升至1.5年左右，尤其是12臺100ZJA-I-A50型渣漿泵機械密封使用壽命從平均不到1個月提升至1年左右，取得了明顯效果。

6 結 論

斜溝煤礦選煤廠34臺渣漿泵機械密封使用壽命短的原因主要集中在水質、水壓問題上。通過替換水源和選取合理的機封沖洗水壓力，使得渣漿泵機封使用壽命明顯增長。去除沖洗水分支管路上的手動或電動閥門，在操控上減去了崗位操作環節，避免了因漏開閥門造成機封燒毀的情況發生。此次對機封供水系統的優化升級，效果較好，彌補了初始管網設計施工的缺陷，具有一定的生產實用性，為該類型水泵的使用維護提供了新的方案。