尾矿输送系统串级泵调速方法探讨

摘要：选矿厂尾矿泵站渣浆泵的组合方式一般是2台串联为一组，传统的控制方法是每组泵的二级泵配备变频调速装置。随着技术更新和控制理念的转变，逐渐衍生出很多其他不同的控制方法。文章对尾矿泵采用“末级调速”、“一拖一”调速、“一拖二”调速在实际工程中的应用进行了比较和理论分析。

关键词：尾矿输送系统；串级泵调速方法；“末级调速”；“一拖一”调速；“一拖二”调速 文献标识码：A

中图分类号：TD926 文章编号：1009-2374（2015）31-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.079

尾矿输送目前为选矿流程中的一个重要环节，随着原矿处理规模的增大，尾矿输送能力亦随之增加。尾矿泵采用变频调速传动方式，节能的效果亦越来越显著。针对尾矿泵采用“末级调速”、“一拖一”调速、“一拖二”调速对生产运行、备品备件、电气节能的影响，我们从理论到实践进行了认真的探索与研究。

1 变频器节能原理

根据流体力学原理，水泵（或风机）类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系。

P=H×Q，Q1/Q2=n1/n2，H1/H2=（n1/n2）2，P1/P2=（n1/n2）3

式中：

Q1、H1、P1——水泵在n1转速时的水量、水压、功率

Q2、H2、P2——水泵在n2转速时相似工况条件下的水量、水压、功率

可以看出，流量Q与转速n的一次方成正比，压力H与转速n的平方成正比，功率P与转速n的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速n可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。而当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水量的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求。

2 变频调速方法的技术、经济比较分析

某工程尾矿输送系统工艺概况简述：

尾矿产量计215.3万吨/年。全年作业时间按7920小时计算，设计最大小时尾矿输送能力为326.2吨。泵站内设计6台200ZJ-II-A73渣浆泵，Q=640m3/h、H=93m、配套电机功率N=400kW。渣浆泵的组合方式为：2台串联为一组，共分为3组（1组工作、2组备用）。每组泵配备变频调速装置，根据矿浆池液位自动调速。两条总出浆管路上配备有浓度计、流量计。

2.1 “末级调速”

传统的串联泵调速方式是前级泵工频运行，后级泵调速运行（“末级调速”），运行工况稳定。但由于叶轮磨损与转速的立方成正比，功率分配与转速的平方成正比，因此，在低扬程或低流量阶段，后级泵低频运行，前级泵工频运行，存在前级泵叶轮磨损过快、两级泵功率严重不平衡等问题。针对前述某工程尾矿输送系统，末级调速需要3套400kW高压变频器，变频器室占地面积较小，直接投资较少，电气节能效果较好，生产备件更换频繁。

2.2 “一拖一”调速

“一拖一”调速理论上可以实现两台泵分别调节，使其工作在不同的转速上，但由于叶轮是易损件，约20～40天就需要更换叶轮，实际工作中的最佳工作点很难找到。两级泵协调控制非常困难，不仅需要频繁调节，并且很难调节到最佳工作点。如果调节不好的话，很容易造成后级泵过载，直接导致电机和变频器的过载，严重时会烧毁电机线圈和变频器。并且“一拖一”方式中后级泵调节不好的话还会给管路造成威胁，严重时会出现“爆管”事故。对于叶轮磨损程度的检测在实际运行中是无法实现的，所以采用“一拖一”方式也不能够根据叶轮磨损情况调节转速，并且叶轮磨损情况是随时变化的，无规律可循。比如，两级泵同速运行一段时间后，发现后级泵电流减小，前级泵电流增大，说明后级泵叶轮磨损较大。此时为了平衡两级泵的叶轮磨损，就必须提高前级泵的转速，降低后级泵的转速，以保证液位恒定。这样前后两级泵电流差距进一步加大，直至前级泵达工频运转，最后变成纯粹的后级泵调速，使两级泵分别调速失去意义，白白浪费投资。若相反调节，提高后级泵转速，降低前级泵的转速，则后级泵叶轮磨损更加严重，增大了机组叶轮的更换频率，降低了劳动生产率。

“一拖一”设计方案理论上是可行的，但“一拖一”调速需要6套400kW高压变频器，变频器室占地面积增大接近一倍；直接投资最大，电气节能效果好，但难于实现自动协调控制，生产备件更换频繁。

2.3 “一拖二”调速

“一拖二”调速控制简单，易于实现自动控制。“一拖二”技术方案相当于调节一台泵，可以方便地实现备用泵与工作泵的无冲击切换；可以方便地实现泵叶轮磨损的间接检测与计划检修。以下是“一拖二”调速设计方案说明：

每组串联泵，设一个变频机组（含整流变压器、出线柜、功率单元、控制单元）、一台电源柜、一个机旁操作箱。三组泵设一套PLC控制系统、一台上位机。各变频机组控制单元与PLC控制系统通过以太网通讯连接。尾矿泵即可以通过上位机操作画面进行集中操作，也可以通过机旁操作箱，进行机旁单机组操作。机旁操作指令优先。

正常运程序：根据矿浆池液位信号，自动调节尾矿泵转速。液位高于设定值，自动提高泵转速；液位低于设定值，自动降低泵转速。通过液位闭环调节，实现矿浆池液面保持恒定不变。

切换程序：根据两台泵各自运行工况的监测信号，可以实现备用泵与工作泵的有准备、无冲击切换。当工作机组接近（90%～95%可设置）工频运转时，若矿浆池液面还在上升，报警（90%可设置）→检查备用机组及相关管路、阀门，发出准备就绪指令，通知操作人员→操作人员确定后，启动备用机组（95%可设置）→停工作机组→检修原工作机组或更换叶轮；当其中一台泵电流接近（90%～95%可设置）满负荷时，报警（90%可设置）→检查备用机组及相关管路、阀门，发出准备就绪指令，通知操作人员→操作人员确定后，启动备用机组（95%可设置）→停工作机组→修原工作机组或更换叶轮。

历史记录程序：工作机组前、后级泵电机电流、功率等主要数据的历史曲线；液位历史曲线；工作间记录；切换时间记录；故障记录；叶轮更换时间记录等。操作画面、监视画面、报警画面、历史记录画面按需求编制。

“一拖二”调速需要3套800kW高压变频器，与“末级调速”技术方案比较，设备投资偏高，电气节能效果好；与“一拖一”技术方案比较，直接投资小，电气节能效果相近，调速控制简单，更易于实现自动控制。生产备件更换具有同步性，有利于提高劳动生产率。

3 结语

实践证明采用“一拖二”调速方法，两台泵同速运行，工况稳定，两台泵叶轮磨损基本一样，叶轮寿命周期最长，有利于生产检修维护，提高生产作业率。自动控制方法简单、可靠，易于掌握。电气节能效果好，生产维护成本较低。目前，“一拖二”调速方法在各个选矿厂尾矿输送系统中均有了广泛的应用。

参考文献

[1] 张燕宾.变频器应用教程[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 《钢铁企业电力设计手册》编委会.钢铁企业电力设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1996.

作者简介：侯卫钢，男，鞍钢集团矿业设计研究院工程师，研究方向：电气自动化。

（责任编辑：蒋建华）endprint