渣浆泵和隔膜泵技术特点及适用性分析

陈琴瑞，刘金勇

(1.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038； 2.德兴铜矿，江西 德兴 334224)

渣浆泵和隔膜泵技术特点及适用性分析

陈琴瑞1，刘金勇2

(1.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038； 2.德兴铜矿，江西 德兴 334224)

渣浆泵和隔膜泵是浆体管道输送最常用的设备。本文简述了渣浆泵及隔膜泵的技术特点，并对两种泵型进行了技术对比，结合相关工程经验、技术经济、运行管理等方面，分析了其适用工况。

渣浆泵； 隔膜泵； 技术特点； 适用工况

1 前言

泵压输送是浆体管道输送的主要方式，而输送泵是该工艺的关键设备，是泵送系统的核心。泵送设备的技术参数、性能选择、匹配使用及运行状况是否稳定是至关重要的问题，直接关系到输送工艺的成败[1～2]。目前，应用于浆体管道输送的最常用泵型为渣浆泵及隔膜泵。

2 渣浆泵

2.1 工作原理及特点

渣浆泵是离心泵的一种，其工作原理是依靠叶轮的高速旋转使浆体获得较大的动能，并依靠流道出口的蜗壳断面变化使浆体的动能转化为压力能，浆体在叶轮中的流动主要是受到离心力的作用。

渣浆泵的特点是结构简单、适应浆体的粒径、流量范围较大，单台泵流量可达每小时数千立方米。其主要局限为效率略低，扬程一般在百米以下，但一次性投资较低。

2.2 影响渣浆泵效率的因素

影响渣浆泵效率的因素主要有渣浆泵的结构特点、输送浆体性质、运行磨损等。

(1)由于渣浆泵的结构特点，在进行能量转换的过程中，泵内产生机械损失、容积损失和水力损失。泵的总效率为机械效率、容积效率和水力效率的乘积[3]。

(2)输送浆体的性质主要体现为浆体的粘度，随着粘度的增加，泵的流量和扬程降低较缓慢，而效率的下降则较快[4]。粘度对泵的性能有显著影响，见表1。

(3)运行磨损主要体现为叶轮的磨损。叶轮磨损后，渣浆泵流量、扬程及效率均降低。为匹配浆体流量及泵出口压力，需要提高电机转速，增大电机功率。当叶轮磨损至一定程度，若继续使用，造成运行成本较高时，则需进行更换。

表1 粘度对渣浆泵性能影响

3 隔膜泵

3.1 工作原理及特点

隔膜泵是在柱塞泵原理基础上利用隔膜将柱塞与料浆分离。其动力端为电机通过减速机驱动曲柄滑块机构，带动活塞往复运动。活塞借助油介质使橡胶隔膜凹凸运动，隔膜室腔内容积周期变化，完成料浆输送。由于隔膜将料浆与油介质分割开来，活塞、缸套、活塞杆等运动部件不与料浆直接接触，避免了料浆中的固体颗粒对其的磨损，保证了这些运动部件的使用寿命，同时可以保证隔膜泵较高的连续运转率和较低的运行成本。

隔膜泵可获得很高的压力，高达20MPa以上，同时隔膜泵的效率很高，达90%以上。其主要局限为单台泵的流量低，输送介质的粒度要求严格，一次性投资较高。

3.2 技术参数

隔膜泵的技术参数主要包括流量、压力、连续运转率及易损件寿命[5]。

(1)隔膜泵的平均输出流量与排出压力无关，其决定于泵的活塞直径、活塞行程、活塞每分钟的往复次数(冲次)。

(2)隔膜泵压力包括吸入过程压力和排出过程压力。

在吸入过程中，要求隔膜室内隔膜表面的压力必须大于所输送矿浆的饱和蒸汽压力，否则造成矿浆汽化，造成隔膜与矿浆脱流，引起撞击、噪音、振动及容积效率下降，还可造成隔膜异常变形，进而引起隔膜寿命降低，严重的造成隔膜瞬间破裂。隔膜泵对最小吸入压力有严格的要求，对于泵送不同的介质及工况，最小允许吸入压力也是不同的。

隔膜泵的吸入、排出压力与流量无关，其值取决于泵内、外管路的负载特性。泵在实际运行中，其吸入压力大于最小允许的吸入压力，排出压力小于最高允许的排出压力，泵才能正常运行。

(3)连续运转率是隔膜泵最主要的参数。隔膜泵易损件的寿命主要指隔膜、过流件中的阀橡胶及其他金属阀件的寿命，这些参数是隔膜泵的关键参数，直接影响泵的连续运转率。

4 两种泵型适用性分析

4.1 技术特点对比

渣浆泵及隔膜泵的技术特点对比见表2。

表2 渣浆泵及隔膜泵技术特点对比

4.2 适用工况分析

合理选择输送泵型是保证整个输送工艺系统可靠、经济运行的关键，应具体考虑如下因素：①输送介质的密度、粒度、浓度、温度、磨蚀性；②泵的技术特点、效率；③泵型对管理运行工况变化的适用性；④安全可靠性；⑤运行的经济性。

根据渣浆泵、隔膜泵的工作原理、技术特点、设备性能，以及在工程设计中经验，其初步选型可大致如下。

(1)对于低浓度、大流量、低压力(一般小于2.5MPa)工况，选择多级渣浆泵串联更为合理。

(2)对于高浓度、高压力(一般大于5MPa)工况，则选择多台隔膜泵并联更为合理。

(3)对于大流量、中等压力(2.5～5MPa)工况，则需要从技术经济方面进行综合比较以选择合适泵型。

4.3 案例分析

某国外项目，设计浆体流量3 400m3/h，输送浓度60%，浆体容重1.592t/m3，服务年限25年，输送压力逐年增加，最终泵出口压力为4MPa。

该案例有以下特点。①输送浓度60%，为高浓度浆体，选择隔膜泵更为合适；但此浓度下浆体的粘度为0.018Pa·s(相当于SUS为90)，对渣浆泵流量、扬程、功率影响都较小。②泵出口最终压力为4MPa，为中等压力，渣浆泵与隔膜泵均适用。泵出口压力逐年增加，选择渣浆泵可减少基建投资，但运营成本高，而隔膜泵则基建投资大，运营成本低。

由此，需从技术经济方面进行综合分析，各方案简述如下。

(1)渣浆泵方案：需设置两个泵站。基建期在厂区设一级泵站，泵站内设渣浆泵(Q=1 700m3/h，h=60m，N=630kW)12台，每3台串联为一组，两组工作，两组备用；第三年建成二级接力泵站，泵站内设渣浆泵(Q=1 700m3/h，h=60m，N=630kW)12台，每3台串联为一组，两组工作，两组备用。

(2)隔膜泵方案：基建期在厂区设置一个尾矿输送泵站，泵站内设隔膜泵(Q=700m3/h，P=5MPa，N=1 400kW)6台，5用1备。

对各方案进行详细配置，包括厂房、配套设备、管道、阀门等，并综合考虑运营成本等，其技术经济指标对比见表3。

从表3可以看出：①渣浆泵方案和隔膜泵方案在技术上均是可行的；②渣浆泵方案的优点是基建投资小，且可以分期投入；缺点是运行成本高。串联级数多，容易发生故障，人员及维护成本高。隔膜泵方案的优点是运行成本低、效率高；缺点是基建投资过大；③综合来说，渣浆泵方案技术经济指标更好。

5 结语

表3 技术经济指标对比

渣浆泵和隔膜泵是浆体管道输送的核心设备，其结构特点、技术参数等决定了其适用工况。在选型时要认真分析输送介质的物理特性、输送工况，结合设备的技术特点，综合考虑基建投资、运营成本、运行管理等方面进行技术经济比较，以选择安全可靠、经济较优的泵型。

[1] 王绍周，等.粒状物料的浆体管道输送[M].北京：海洋出版社，1998.

[2] 吴爱祥，王洪江.金属矿膏体充填理论与技术[M].北京：科学出版社，2015.

[3] 吴 波.渣浆泵输送系统效率分析及节能措施[J].金属矿山，2003，(9)：37-39.

[4] 严大凡.输油管道设计与管理[M].北京：石油工业出版社，1986.

[5] 中国有色(沈阳)泵业有限公司.水煤浆输送用隔膜泵及其应用[A].“十二五”我国煤化工行业发展及节能减排技术论坛文集[C].2010:182-187.

Technical characteristics and suitability analysis of slurry pump and diaphragm pump

Slurry pump and diaphragm pump are the most commonly used equipment for slurry pipeline transportation. In this paper, the technical characteristics of the two types of pumps are briefly described and the technical comparison is carried out. Combined with relevant engineering experience, technical economy and operation management, the applicable conditions are analyzed.

slurry pump; diaphragm pump; technical characteristics; applicable condition

1672-609X(2017)05-0051-03

TD522

B

2017-07-26

陈琴瑞(1985-)，男，河北保定人，硕士，工程师，从事尾矿库设计及相关研究工作。