BREDEL软管泵在金川矿山充填中的工业试验

刘洲基

(金川集团有限公司二矿区, 甘肃金昌市 737100)

BREDEL软管泵在金川矿山充填中的工业试验

刘洲基

(金川集团有限公司二矿区, 甘肃金昌市 737100)

常用的渣浆泵在矿山充填水泥浆的输送过程中,解决不了密封带来的一系列问题;金川二矿区在膏体泵送系统中利用软管泵实现了水泥浆向搅拌槽的顺利输送,解决了密封和泄漏问题,彻底改变了多年来水泥浆输送对充填作业现场和金川矿区的环境污染现状。

软管泵;膏体充填;水泥浆输送;变频器控制;节能减排

0 前 言

金川集团公司二矿区膏体充填系统经过近10年的改造,目前生产能力已实现了达产。在充填系统改造中,取消了原有向井下直接输送水泥浆的PM泵,而在地表用渣浆泵将水泥浆泵送到搅拌槽。尽管减少了输送环节,但由于水泥浆固体颗粒物含量高、磨蚀性强,对渣浆泵的过流部件及密封部件磨损非常严重,输送效率降低,经常造成水泥浆大量泄漏,充填连续性变差。在水泥浆浓度高于50%时频繁出现无法泵送的情况,满足不了工艺要求。职工每班除对渣浆泵的密封件进行更换和维修外,还要及时清理泄漏的料浆(见图1),造成很大的浪费,既给环境带来严重污染,又给井下充填体质量带来了不利影响。

图1 渣浆泵泵送水泥浆时泵头泄漏状况

为提高充填过程中水泥浆泵送的工作效率、降低灰浆泄露损耗及延长渣浆泵的使用寿命,二矿区充填工区对水泥浆制备输送系统进行了研究改造,一定程度上缓解了水泥浆输送的部分困难,但并没有从根本上解决难题。

1 膏体充填系统渣浆泵输送存在的问题

1.1 水泥浆输送的基本要求

金川二矿区膏体充填系统经改造后,采用预制水泥浆并由渣浆泵向搅拌槽添加的工艺流程,其工艺参数要求为:输送管径Φ100mm,流量为20～30 m3/h,重量浓度为55%～70%;水泥浆在流动过程中不能发生沉降,流速必须大于临界流速;输送设备要保证对水泥浆的良好密封,且对小于10mm的极少数非溶水颗粒物具有可泵余量。

1.2 渣浆泵在水泥浆输送中暴露出的问题

由于渣浆泵主要靠叶轮旋转使出入口形成压差来输送水泥浆,其旋转叶轮与水泥浆直接接触,叶轮磨损非常快,磨损的叶轮一旦不及时更换,就会导致输送水泥浆流量与浓度均达不到要求;此外,由于泵的料腔与传动轴之间用盘根密封,当水泥浆渗入盘根凝固后,盘根与传动轴之间形成刚性摩擦,常常造成水泥浆外泄,也是水泥浆输送达不到要求的另一个原因;当极少数非溶水颗粒物进入泵料腔时,极易导致叶轮损坏,出口堵塞,形成断流,造成充填非正常停车。

2 新型软管泵的调研与实施

2007年6月,英国斯派莎克公司来金川公司做技术交流,主要介绍Bredel软管泵在冶金及矿山行业的应用。Bredel软管泵通过一对压辊沿着一根特制的橡胶管旋转,将胶管压扁,管子靠自身弹性在恢复原状的过程中产生真空将物料吸入管腔,然后,物料在压辊挤压下从管内排出。如此周而复始,物料不断地被吸入和排出。其最大的优势在于:特有的无密封结构,无任何泄露污染,采用先进的滚动技术,压辊不需要任何润滑,自吸能力强并具有自清能力,能正反吸料。Bredel软管泵结构见图2。

图2 软管泵结构示意

2.1 Bredel软管泵输送水泥浆可行性技术测试

为了验证Bredel软管泵在金川二矿区泵送充填系统中输送水泥浆的可行性,集团公司成立了科技攻关小组,用一台SPX100软管泵替换原渣浆泵,于2009年7月16日进入二矿区充填工区现场进行测试。SPX100软管泵功率为15kW,可稳定输送60%以上浓度的浆料,流量可达36m3/h。

要使软管泵运行满足充填工况,必须在可泵性、密封性、高浓度条件下的流量、压力和连续性以及使用寿命等方面均达到要求。

2.1.1 可泵性测试

可泵性主要是满足将水和水泥浆利用现场输送管路(长为32m、高差为3.5m、管径为Φ100mm)输送到搅拌槽的能力。2009年7月15日上午9时,利用搅拌桶设定相同体积(5.7m3)的清水,且保持渣浆泵正常洗管时电机调频18Hz的情况下,通过对比两泵输水时间测算出泵送清水能力,泵送清水主要是为了满足冲洗管道的要求,测试结果见表1。

通过测试确认,软管泵在42Hz条件下,输送同等体积清水的时间明显少于渣浆泵。

表1 渣浆泵及软管泵输送清水测试结果

7月19日上午11时,安排了第二次测试,主要是对两种泵在输送水和水泥浆(模拟实际运行情况)方面的可泵性对比。通过现场和控制室同时记录运行数据并进行比对,测试数据见表2。

表2 渣浆泵及软管泵输送清水及水泥浆测试结果

输送水泥浆时间相差14s,但多输送水泥0.1 t,可见软管泵对清水与水泥浆均具有可泵性。

2.1.2 密封性测试

密封性能要求泵体在输送水泥浆的过程中,必须保证充填系统连续充填800m3而水泥浆不发生泄露,同时密封件不损毁。用两种泵持续进行充填,水泥浆泄露量测试情况见表3。

表3 渣浆泵及软管泵输送水泥浆连续充填测试结果

软管泵不泄露的最主要原因是其结构设计使输送介质直接进入橡胶软管,通过压辊挤压胶管进行,避免了介质与传动部分的直接接触(软管泵不需要在传动部位加装介质密封件)。因此,软管泵从结构上解决了输送水泥浆的密封问题。

2.1.3 高浓度条件下的流量与压力和连续性测试

按照充填工区的充填任务量,泵每天运行时间约为12～20h。根据充填的需要对充填过程中每小时的水泥量及水量进行统计,每小时各物料添加量见表4。

表4 正常充填时水泥量及水量

根据计算,可得出水泥浆流量常规运行时为28.4m3/h,最大流量为33m3/h,压力小于1.6 MPa。图3为SXP100软管泵泵压和流量理论曲线。从曲线中可以看出其能满足要求,但为了验证其参数,进行了充填实测。通过实测可知软管泵的输送流量、浓度以及连续性均可满足现场充填要求。

图3 BredelSPX100软管泵压力、流量性能曲线

2.1.4 软管使用寿命测试

根据厂家提供的经验计算方法,规定最大入口测算加速损失参数不超过30,利用公式

计算压损,结合现场推算出其使用寿命(软管的使用寿命)。

式中:K——常数,取0.16;

Pi——加速损失参数;

L——入口管路实际长度,m;

F——流量,L/h;

N——转速,r/min;

ρ——密度,kg/L;

D——吸入端管径,mm。

例如:一台SPX80在制作水基涂料的过程中输送一种天然原料,磨蚀性非常强,转速为38rpm,排出端管路长度有80m。2002年10月安装,第一次更换软管在2003年11月,客户估计实际运行时间在3000～4000h。

目前二矿区充填工区用的水泥浆输送泵pi值达42.8{计算公式为(0.16×1.5×33000×30×2.2)/10000}。照这个值计算,软管寿命缩短到1200多小时。如将入口管径改为150mm,这个值可以降低到19,软管运行时间将达到3000～3500h(为此,已将入口管径改为Φ150mm),这样二矿区全年只用两条这样的软管就足够了。

2.2 实施结果

从以上测试得出的数据结果分析:软管泵能够满足二矿区膏体充填水和水泥浆的输送要求,且有足够的调节量。输送水时,软管泵的输送量略高于渣浆泵的输送量;输送水泥浆时,软管泵的输送量略低于渣浆泵的输送量。

软管泵在调频达到95%,水泥浆浓度为51%时,每小时输送水泥量可达到48t;渣浆泵在调频达到100%,水泥浆浓度小于50%时,每小时输送水泥量可达到33t。对两种泵输送更高浓度水泥浆运行情况进行比较,浓度越高,软管泵的输送优势体现得较明显,渣浆泵则显得不太适应。

渣浆泵由于水泥浆对叶轮有冲蚀和磨损,加上浓度的变化,流量往往不稳定,需要时时调节运行频率;软管泵输送流量连续且稳定,在稳定运行时不需调频。从2009年7月20日到7月26日的运行中,软管泵已体现出其优势,输送量稳定,不用拆洗清扫,无泄漏,输送等量水泥所需水量小于渣浆泵,每小时输送30～40t水泥仅需配8～12t水;输送灰浆浓度稳定在68%～75%之间;与原有自动变频控制系统兼容,可根据搅拌槽中灰浆液位高低自动调节流量。

2.3 运行建议

由于软管泵与渣浆泵的工作原理不同,其工艺要求也不同,使用软管泵进行充填作业时,需注意以下几点:

(1)渣浆泵正常使用频率为18Hz(最高60 Hz),软管泵选型时建议的使用频率为40Hz(流量26m3/h)～60Hz(流量36m3/h)之间。

(2)渣浆泵由于其自身特性,限制了其输送更高浓度灰浆的能力,而软管泵可以输送浓度70%或更高的灰浆,建议在输送水泥浆时提高水泥的浓度,提高其输送效率,既可节约用水,又有利于提高充填料浆的浓度。

(3)软管泵的保养。必须在使用后进行冲洗,避免泵内管道结块,造成堵管或下次运行时挤伤软管。软管在失效之前将会有明显的流量衰减,当发现在其他工艺条件没有改变的情况下,软管泵的流量远低于平时,即可判定软管即将失效,此时需要更换软管。

(4)良好的进料系统及排出系统可以延长软管泵软管的使用寿命。实际运行中,建议软管泵进口管路管径加大到Φ150mm或Φ200mm,出口管路如有可能改造,可改为Φ150mm管径。

(5)软管是软管泵唯一的易损件,润滑剂可重复使用,更换时请注意保持润滑剂清洁。

3 效果与效益分析

按年充填20万m3计算,软管泵使用寿命为20年,而渣浆泵一台泵只能用2年;软管泵配件年使用2件,而渣浆泵配件年使用量达4件;软管泵无泄漏,而渣浆泵年泄露量达600m3以上。其具体费用比较见表5。

表5 两种泵年充填20万m3时的对比

(1)SPX100软管泵同等流量下可节能50%。

(2)软管泵每转输送量一致,计量精度达1±1%;可以通过变频器控制其流量,使下一步工艺中充填料浆的配比更准确。

(3)软管是软管泵唯一的易损件,维修维护仅需更换软管,且更换软管耗时少,停工期缩短至0.5 h,避免了设备停工生产线无法运行造成损失。

软管泵是目前国际上比较流行的无接触、防腐、防毒且计量精确的新型功能泵。应用于金川二矿区膏体泵送充填系统输送水泥浆,并已发挥出独特的优势,除大大降低职工维护量外,其无泄漏的特点解决了多年来充填作业现场的环境污染问题,彻底改变了泄露外排这一状况,实现了膏体充填水泥浆的零泄漏,避免了灰浆的浪费,符合国家节能减排的方针和要求。

2010-04-23)

刘洲基(1973-),男,工程师,从事采矿技术、矿山充填技术研究,Email:zhouji20078888@163.com。