大型浆体输送泵站设计运行总结

2019-02-09李绪忠

世界有色金属 2019年6期

高伟，李绪忠，陈林

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410000）

某矿浆管道输送系统由1个加压泵站、事故池、终端站和管线组成，泵站内设4台额定压力8.5MPa、额定流量685m3/h的隔膜泵，2台离心式渣浆泵，2台容积2000m3矿浆搅拌罐及其相应电气控制设备，管道直径530mm，长约30km，对该系统进行试运行重点是在满足相关验收规范标准的前提下考核离心泵、隔膜泵等设备单机的性能参数是否满足设计、生产要求[1]。某矿浆管道输送系统设计在试运行前，工艺、设备故障的应急预案处理更是关系到项目试运行的成败的关键。本文针对可能出现的各类故障作出了分析总结，最终顺利完成了试运行任务。

1 主泵的设计选型

选用4台正排量活塞隔膜泵，采用调速电机驱动。正常情况下，3台工作1台备用，泵的工作能力为90%，4台泵也可以同时并联运行以减少部件的磨损，当其中的一台需要维修时，它的转速将不断的减少而另外3台泵的转速将自动加速用于补偿和保持到所设置的流量。在每台泵的吸入端单独连接冲洗水装置，当泵需要维修时，冲洗水装置可以将泵中的矿浆冲走。

2 喂料泵故障-泵站

当泵站一台喂料泵跳停时，主泵会因入口压力低跳停，并且自动发起主泵停车。操作员必须开启备用喂料泵，接着重新启动主泵。在运行期间，喂料泵可能会跳停。如果这是大环境造成的问题（如电力故障），所有泵站内的设备（包括主泵在内）都将停车。如果只是局部的问题（仅影响到喂料泵）造成，则需要采取紧急行动。如果在泵送水时喂料泵出故障离线，工艺水供水压力可能足够高可维持主泵入口适宜的流量。主泵入口压力必须保持在450 kPa以上，否则将会停车。不论主泵是否跳停，管道操作员都必须分析喂料泵跳停的原因。如果原因不明显，操作员应尝试重新启动喂料泵。假如重启失败，操作员必须按照规定的操作步骤切换到备用喂料泵。如果两台喂料泵都启动不了，应立即切换到泵送水（如果不是正在输送水）。可以通过打开冲洗水阀以及关闭相关的搅拌槽出口阀门来完成切换操作。对喂料泵问题进行调查的同时，应继续泵送水。如果主泵跳停，在切换成输水后应重新启动它们。之后，在切换为矿浆前，必须启动一台喂料泵。

3 主泵故障

3.1 单台泵故障

如果单台泵出现故障，而其它泵仍在运转，控制系统将自动提高运转泵的转速尽力维持流量，但是可能仍需要操作员开启备用泵，以提供足够的流量（如果不是四台泵同时在运转）。

3.2 自动模式

正常情况下是在自动模式下泵送物料。在该模式下，操作员选择泵速或体积流量，SCADA系统将自动在操作员所选的设定值下监控和维持主泵运行。通常，四台主泵有三台泵在运行。这一节讨论SCADA系统和操作员对单台泵停车作出的反应。在自动模式下，SCADA系统会尽力维持一个稳定的、同操作员设定值相匹配的管道流量。泵速会自动调整以保持设定的流速。当四台主泵中的一台跳停离线后，SCADA系统会尽力提高剩余主泵的泵速来达到设定的流量。主泵的规格能满足四台泵同时运转就能够达到设计所要求的泵送速度以满足管道1841m3/h的设计流量。在正常情况下，四台泵以设计流量自动运行。因此，SCADA系统将缓慢提高尚在运行的主泵泵速到100%，达到685 m3/h的流量。备用泵必须在相对短的时间手动启动，使管道流量回复到最小流量以上，确保安全运行。不能故意让主泵超过100%的转速运行。当操作员重新开启跳停的泵或备用泵时，SCADA系统将在缓慢提高第四台主泵泵速的同时，慢慢降低运行的那台泵的转速。系统将在操作员设定值下重新恢复运行。如果第二台泵在第一台泵跳停期间也停止了，那么所有主泵和喂料泵需要紧急停车，管道中的矿浆也需要放空至事故池。

3.3 手动模式

“连打”模式要求至少一台泵处于自动模式。如果主泵在手动模式下运行，操作员必须设定四台运转泵的速度。如果一台泵跳停，其余三台泵继续以操作员设定的速度运转。泵的速度必须增加泵速，使管道在最小输送流速以上运行。如果有两台泵或三台泵在手动模式下运行，而处于手动模式的泵正好是那台仍在运行的泵，那么第四台泵需在5分钟之内启动，否则SCADA系统将自动将运行泵的泵速缓慢降到0。

4 主泵过压

有4种独立的方法可保护主泵过压。

（1）出口压力控制优先可令泵速降低，以避免高压。

（2）主泵电机在高-高压力下将由泵站PLC停止，所有站内主泵都将停止，自动发起紧急停车。

（3）如果其它保护全部失灵，那么主泵内部的安全阀门将提供出口压力保护。尽管这时电机和泵都在转动，但是泵将停止排料。根据泵速计算得出的流量仍然保持，但是流量表的读数会显著降低。这种情况将触发紧急停车程序。

（4）通过降低转速将VFD的扭矩设置在限制点。

5 电源失效

泵站和终端都与输电网连接。由于每台设备都是独立供电，所有设施同时断电的可能性很小。

下面章节讨论了管道沿线不同位置停电带来的影响。

5.1 泵站

泵站发生电力故障会使泵站内所有设备跳停。SCADA系统备有UPS，（如果需要）管道操作员可通过远程控制使管道系统停车。管道操作员在采取行动前应判断电力故障的程度。可能是因为电源波动导致停电，这种故障会很快得到纠正，使泵站设备迅速重启。在这种情况下，不应让管道系统停车，并且应尽快恢复泵站的运行。如果断电预计超过5分钟，管道就该停车。注意，泵站的仪表与UPS系统相连，如果问题未能及时得以纠正，管道低流量将引发管道系统5分钟后自动停车。万一长期停电，没有紧急供电系统可用。注意，如果长时间停车（超过15分钟），所有泵站设备应进行冲洗，以避免重启困难。

5.2 压力监测站停电

中间压力监测站暂时停电不需要让管道系统停车，但是，如果这时正在输送批量水，如果压力监测站断电，则不能监控加速流。批量位置可以用管道顾问系统跟踪，以及必要时使用或取消使用消能孔板。

5.3 终端停电

如果终端站停电，管道能够继续运行。应该密切跟踪管道中冲洗水批量位置。终端仪表都由UPS供电。万一停电，UPS可以作为备用电源使仪表继续工作。站内阀门会保持在“停电前的位置”，需要手动操作。所有的泵都会停车直到恢复供电。

6 长时间停车

设计安装的管道在短期停车（不超过4小时）后不会有重启困难。通常是通过限制管道的安装坡度而实现的。当矿浆在管道中停止流动时，矿浆颗粒一般会就地沉降，而不会向低点聚集而导致堵管的可能性。更长时间的停车也是可行的。很多商业运行管道都能实现带浆停车24小时而不会有重启困难，甚至有的管道在带浆停车长达72小时后仍然能够重启。在管道调试期间的测试将确定管道停车和再启动的一些特性。这些信息将与其它管道的运行数据进行比较，用于估计本管道的安全停车时间。管道带浆停车不应属于正常操作的一部分（即作为一种控制输送量的手段）。如果需要带浆停车（紧急操作的结果），则必须尽量缩短停车时间。避免管道在输送同一批矿浆时停车2次，是非常重要的。因为管道经历一次停车，矿浆浆的均质特性就损失一部分，第二次停车就会更加严重，于是增加了堵管的可能或者造成再启动困难。如果停车时间超过4小时，管道应该以最大或者接近最大输送能力运行，以替换管道停车时滞留其中的物料。流速增加会增强紊流，从而促使固体颗粒重新悬浮起来。应监控管道沿线的压力下降情况，并与历史数据对比，确保管道中沉降的固体颗粒已被冲出管道。在运行过程中长期停车时必须放空管道。

7 通讯失效

如果所有的通讯失效，所有系统会保持失效前的状态，泵送不会中断。如果是系统范围内的通讯失效，有经验的操作员会根据通过地面通讯从泵站接收到的指示对泵站和终端进行就地操作。

7.1 光纤电缆割断

从泵站到终端沿管线作业带（与管道相同的管沟）均安装了光纤通讯电缆。虽然电缆做了标记，并且会受到管道的保护，但是仍有可能因为断层位移、滑坡、第三方开挖以及其它事件而被切断。在正常运行条件下，泵站的PLC向操作员发送指令并且接收从压力监测站和终端传回的工艺数据。这些信号都是通过光纤电缆传输的。如果电缆被切割，有可能所以芯都被切断，于是其下游的所有站点都不能和泵站的PLC进行通讯。如果光纤被切断，其下游的所有站点在SCADA系统上都将变黑。然后SCADA系统将通过电话联络获取这些站点的数据。由于断点下游的光纤是完整的，断点后面所有站点的数据可以通过终端PLC和备用系统实现与泵站的PLC之间的传输。对于管道操作员来说，从光纤向备用通讯系统的过渡应该是不留痕迹的—因为操作程序没有任何变化。SCADA系统将发出警报，警告电话系统已用于特定的站点，由此可识别光缆被切断的可能位置。管道应该在没有明显改变的情况下继续运行。