长距离铁精矿输送管道系统的运行调试

薛天铸，李 军，孟丽芳

（1.美国管道系统工程（包头）有限公司，北京100125；2.包头钢铁（集团）有限公司给水厂，内蒙古 包头014010）

0 前 言

包头钢铁（集团）有限公司（简称包钢）白云铁精矿管道系统，是从包头市白云矿区把铁精矿通过1条外径为355.6mm无内衬钢管管道输送到位于包头市包钢原料厂。管道系统包括：①1座加压泵站；②2座压力检测站；③矿山附近的1台φ45m浓缩机；④3台φ16m×16m矿浆搅拌槽（矿浆泵站2台，终端1台）；⑤1条全长142.89 km，外径为355.6mm的HFW埋地管道；⑥包钢终端消能孔板站以及其他辅助设施。

管道系统控制通过PLC内部软件来完成，HMI（human-machine interface，an operator control console）内部软件允许人机交互。每一个站点有各自的PLC并且能够在SCADA（supervisory control and data acquisition）系统通讯失效后继续控制和操作本站的设备。PLC按照控制的需要进行数据交换。例如，矿浆泵站在批量输送水期间需要了解83.5 km高点的压力，防止加速流。每一台主泵装备有本地的控制面板，包括 PLC和HMI。在泵站内部的PLC对所有泵的预启动、启动、停止和操作程序进行固化。泵站之间和终端通讯系统由美国管道系统工程（包头）有限公司（简称PSI）进行设计，系统包括声音和数据传输。管道系统设计年输送能力为550万t，输送矿浆质量浓度为62%～68%，2009年11月28日开始进行调试，2010年1月3日开始输送第1批矿浆，投入生产后越野铁精矿管线运行良好。

越野铁精矿管线母材采用包钢CSP 1750紧凑型轧机生产，钢级为X65，管道钢管执行API SPEC 5L 44版PSL2规范。为满足极端环境的低温要求，对埋地管道采用的HFW钢管韧性进行了补充规定。补充规定要求采用全尺寸试样，在-20℃进行夏比冲击试验，具体规定见表1。

其中，宝鸡住金石油钢管有限公司生产的HFW钢管，按照规定进行-20℃全尺寸试样的夏比冲击试验，管母夏比冲击功平均值达到了254 J，焊缝和HAZ平均值达到了256 J，体现出了HFW钢管优异的工艺性能。

表1 埋地管道采用的HFW钢管韧性规定

1 矿浆管道输送水测试

白云铁精矿矿浆HFW管道长度为129.02 km，管道平均内径342.8mm。2009年12月29日,矿浆管道系统按照设计流量输送水，目的是进行主管道的粗糙度测试，用于计算主管道绝对粗糙度水粘度为1Pa·s。当主管道的粗糙度大于0.0508mm（0.002 in），则表明主管道产生了结垢。白云铁精矿管道不同管段粗糙度的测试数据见表2。

表2 白云铁精矿管道不同管段粗糙度的测试结果

2 HFW主管道第1批矿浆输送

第1批矿浆在输送过程中，2010年1月3日21：21时，由于瞬间低电压使主泵转速信号丢失，造成3台主泵停车，21：28时关闭絮凝车间的磨损阀。经过电气工程师分析，认为是西矿总降压站电压波动造成的。22：07时打开絮凝车间的磨损阀，22：28时主管道泵再次运转正常。

第1批矿浆的输送参数见表3，停车再启动成功后的输送参数见表4。

表3 白云矿浆HFW管道系统第1批矿浆输送参数

表4 白云矿浆HFW管道系统输送第1批矿浆停车再启动成功后输送参数

3 HFW主管道第2批矿浆输送

由于在试车过程中选矿生产不出足够的矿浆，在2010年1月6日输送第2批矿浆的过程中，业主要求带浆停车4 h进行再启动的测试。矿浆管道系统于当日10：38时进行了停车，在14：46时打开消能孔板站的磨损阀门FV-5110结束，总共停车248min。

2010年1月6日打开消能孔板站的FV-5006和FV-5110，在14：47时开启主泵，在14：58时3台主泵达到正常转速的58%，共耗时11min。HFW管道系统输送第2批矿浆停车再启动成功后输送参数见表5。

表5 白云矿浆HFW管道系统输送第2批矿浆停车再启动成功后输送参数

4 HFW主管道满管道带浆再启动性能测试

2010年8月21日，征得业主同意后，在满足大于临界流速的情况下，适当降低了泵速（仅小时量从合同值687.5 t/h降低到630.95 t/h，但是整条管道可以充满矿浆），完全满足合同中的关于满负荷带浆停车再启动测试的要求。

2010年8月21日18：03，矿浆泵站开始输送矿浆；2010年8月22日18：58时由于电压过高造成主管道泵停车，与业主商量决定不再输送矿浆，开始关闭阀门，管道共存放约15 630.7 t干矿量。白云矿浆满管道带浆停车8 h再启动输送参数见表6。

表6 白云矿浆满管道带浆停车8 h再启动输送参数

整条管道系统在2010年8月22日18：58时充满矿浆后停车，停车时间500min，在2010年8月23日3：18时进行成功再启动，共耗时97min。矿浆泵站到消能孔板站之间管道停车再启动输送参数见表7。

表7 矿浆泵站到消能孔板站之间管道停车再启动输送参数

5 包钢西矿气候情况及防冻措施

包钢西矿矿浆管道系统现场的气象条件见表8，从包头市至白云矿区沿线最大冻深和标准冻深见表9。

表8 包钢西矿矿浆管道系统现场的气象条件

按照ASME B31.11 1134.6节的要求来选择管道埋深，整条管道应该埋设在冻土层以下以避免冻结。由于包钢铁精矿HFW管道系统在试车期间正是一年最冷的气候条件，为了保证管道系统能够顺利调试，而不会冻结各个工艺管道。PSI对各个系统如精矿浓缩机底流泵系统、石灰乳系统、矿浆搅拌槽系统、主泵房系统以及消能孔板站和综合料场阀门站等均制定了相应的防冻措施。

表9 包头市至白云矿区沿线最大冻深和标准冻深

采取上述措施后，包钢铁精矿管道系统在冬季生产过程中没有由于工艺管道冻结造成生产停止，整个系统完全适应极端寒冷气候的生产。

6 结 论

目前，包钢铁矿精矿HFW管道输送浓度一直保持在65%，已成功运行3年以上，输送矿浆流量为 540 m3/h，精矿粉输送能力 687.5 t/h（干矿），年输送能力达到300万t，并且已成功进行了多次带浆停车再启动的实践，为今后的生产提供了宝贵的经验。

长距离越野矿浆HFW管道输送方式完全可以在极寒冷气候的地区推广应用，管道运输物料技术符合当今推行的清洁生产，该管道无污染，无泄露，矿粉无损耗，易于控制生产组织，容易操作维护，符合社会和公众对环境的要求，也为包钢的可持续发展提供了有力的支持，同时也为我国发展长距离浆体HFW管道输送提供理论基础和运行实践，作为对现有运输体系的补充，有重要的现实意义。

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