一管多叉在大红山铁矿输送中的应用

杨松华

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

大红山铁精矿管道从1986年开始进行多次规划，经过多次方案比较，1992年，进行了100 万t/a铁精矿管道的可行性研究，由于产能的扩增，到2003年，昆钢进行了从100万t/a提高到230万t/a进行矿浆管道的初步设计，大红山230万t/a铁精矿矿浆输送管道工程，于2003年8月核准建设，2006年9月隧道全线贯通，10月管道铺设完毕，11月底全线打压完成，12月下旬泵站工艺设施除自动控制系统外全部通过测试，12月30日第一批矿浆启运，经3站分段输送，于2007年元旦到达终点安宁脱水站，经过2年多的运行，到2009年，由于源头产能的扩增，管道输送能力达不到要求，经过多方讨论、协商，大红山精矿管道输送量由230万t/a提升到350万t/a，该扩能技改工程主要对原有大红山铁精矿230万t/a输送管道的1#-3#泵站进行技术改造，增建4#和5#2座中间泵站，通过对原大红山铁精矿管道系统输送能力进行扩能技术改造，使铁精矿管道输送能力从年输送230万t/a提高到年产350万t/a，该项目于2010年10月建成投入使用。

由于武钢集团昆钢股份淘汰落后环保搬迁项目草铺工程的实施，为了能够更好的解决新区的原料供应，根据昆钢控股公司领导及新区规划建设发展的要求，本着铁精矿输送管道既能满足目前昆钢总部现有生产的需要、又能满足今后新区规划发展的需要，考虑在原大红山铁精矿输送管道的基础上改造满足昆钢草铺新区原来供应问题，在原大红山管道上搭接1根管道，使大红山输送过来的矿浆既可以输送到安宁脱水站，也可以输送到昆钢草铺新区脱水站，并可以任意切换。根据相关要求在原大红山铁精矿输送到昆钢的管道线路就近(安宁县街镇)建设输送管道分岔阀门站，海拔1 866.0 m。从分岔阀门站新建1条平距大约20.0 km、外径273 mm的支线到昆钢草铺新区终端，海拔1 935.0 m。本项目管道输送铁精矿量规模为350万t/a(10 606.1 t/d)，需要同时满足安宁终端和草铺终端的管道，草铺下游钢厂每年需要铁精矿110万t，管道输送量为442 t/h，从分流阀门站到草铺终端管道系统需要满足350万t/a(系统作业率按照95 %)的要求。管道前期间断工作，后期全天工作，前期输送规模为110万t/a，精矿矿浆到达终端时直接给到脱水站，矿浆脱水后，铁精粉利用胶带输送至昆钢草铺新区料场，供下部工序生产使用。

1 水力学设计以及流速控制

矿浆管道的水力学设计及工艺参数的选择按下列步骤来完成：

1)通过实验室试验评价矿浆流变性、腐蚀特点以及可操作性；

2)通过计算，与工业化管道运行数据进行比较来确定最小流速和浓度参数；

3)根据上述结果确定可接受的矿浆浓度范围，同时根据实际经验进行判断；

4)根据设计的精矿运输能力和流速，选择最合适的浓度范围和管道尺寸；

5)计算摩阻压力损失；在管线纵剖面上绘制水力坡度(摩阻损失)，以决定满足最大许可运行压力(MAOP)要求的管道壁厚；

6)确定所需的泵站个数以及阀门/消能孔板站的个数；确定泵站、阀门/消能孔板站位置以及需要的管道壁厚；为所有的工艺流程确定流量以及矿浆参数；

7)为所选择的系统建立运行范围(运输能力限制、流量、浓度以及泵站能力)；

8)压力瞬时现象分析，将在施工图设计阶段完成。

通过对铁精矿浆浆体特性(铁品位64 %以上)的研究，进行矿浆管道水力学设计，经过水力损失计算、压力损失计算，在满足规定的腐蚀/侵蚀允许条件及在各种运行条件下，管道壁厚选择满足了管道各部分所需要的压力容量、管道30年设计寿命的要求，以及最低的钢管成本，最终选择了X65273×10 mm管道。

大红山原有管道系统的最小流速是按照矿浆试验进行的设计，最小运行流速确定的是1.25 m/s。这个参数在试车期间采用环管测试进行了验证，按照273 mm的钢管，输送高品质铁精矿的最小流速是1.55 m/s，输送次级铁精矿的最小流速是1.35 m/s；按照244.5 mm的钢管，输送高品质铁精矿的最小流速是1.50 m/s，输送次级铁精矿的最小流速是1.33 m/s。只要大于上述流速运转，整个管道系统就是安全的。

2 工艺系统描述

一管多叉的关键技术在于在原矿浆管道上开叉，在不新增泵站二次加压的情况下实现矿浆切换供给不同目的地，在运行过程中，需要减少分叉带来的压力损失，解决好矿浆切换时的时差控制，同时满足线路里程和管道压力的要求，在两地相对合适的地方增设分流阀门站，根据昆钢安宁本部和昆钢草铺新区的不同需求灵活切换矿浆，实现对两地铁精矿的调度供给。

根据昆钢草铺新区发展规划，阀门站设置于安宁市西南侧礼义村附近，地理坐标大致为东经102°26′2.00″，北纬24°50′37.31″。阀门站至草铺新区管道按350万t/a设计，第一年至第十年输送到昆钢草铺新区矿量为110万t/a，10年后为350万t/a。初期阀门站至草铺脱水站管道将是间断工作，10年后全天24 h工作。在阀门站设置多级离心水泵1台，工作压力5 MPa。当矿浆进行切换，矿浆输送到昆钢草铺新区时，启动多级离心泵，往阀门站至安宁脱水站段管道送水，将管内矿浆推送到安宁脱水站，将管道冲洗干净后停泵。当矿浆往安宁新区输送时，则启动泵冲洗阀门站到昆钢草铺新区段管道，将该段管道内矿浆推送到草铺新区脱水站。

正常生产期间，当准备从分流站输送到安宁终端切换到草铺终端之间的管道线路时，首先打开去草铺终端浓缩机的阀门，然后打开密封阀门，完全打开后，打开磨损阀门，完成上述操作后，打开分流站密封阀门FV-7502，完全打开后，打开磨损FV-7503，关闭去安宁的磨损阀门FV-7506，完全关闭后，关闭密封阀门FV-7505。按照最低频率开启水泵G751，开启后，打开阀门FV-7510，逐步提高水泵的频率，观察压力变送器PIT-7515和流量计以及安宁终端阀门站的压力和流量变化，决定是否继续提高水泵的转速，当安宁终端的浓度显示为0 %时，管道流出的是水时，停止冲洗水泵，关闭安宁的磨损阀门，完全关闭后，关闭密封阀门，最后关闭水泵的出口阀门FV-7510；当输送草铺切换到输送安宁终端时，首先落实安宁终端至少去过滤机、浓缩机或搅拌槽之间的管道是畅通的，然后打开去安宁的密封阀门FV-7505，完全打开后，打开磨损阀门FV-7506，关闭去草铺终端的磨损阀门FV-7503，完全关闭后，关闭密封阀门FV-7502，按照最低频率开启水泵G751，开启后，打开阀门FV-7509，逐步提高水泵的频率，观察压力变送器PIT-7515和流量计以及草铺终端阀门站的压力和流量变化，决定是否继续提高水泵的转速。当草铺终端的浓度显示为0 %时，管道流出的是水时，停止冲洗水泵，关闭草铺的磨损阀门，完全关闭后，关闭密封阀门，最后关闭冲洗水阀门。见图1。

经过详细的水力计算，从分流阀门站到草铺终端的管道正常输送铁精矿过程中，分流阀门站处的压力为48Bar。根据运行压力，冲洗水泵的性能参数为流量250 m3/h，扬程为500 m，功率为650 kW。由于需要冲洗下游的带浆越野管道，采用变频电机来驱动，可以逐步提高频率来改变运行压力和流量；冲洗带浆的越野管道，需要逐步调整转速和流量，冲洗水泵可以选择正排量泵和多级离心泵来作为冲洗水泵使用，随着管道冲洗过程，冲洗水泵的出口压力将会越来越低，当满管道充满水时，出口压力将会由满管道矿浆时的48Bar降低到25Bar。由于隔膜泵工作稳定，最终冲洗水泵选择隔膜泵，根据冲洗水泵的出口压力变化，将频率可以适当调整，保证冲洗水泵正常工作。

图1 分流阀门站(一管多叉)示意图

当水泵出现故障不能进行冲洗，而需要切换矿浆时，这时可先降低串联泵的泵速，按照目前停车再启动的方式，进行从分流站到安宁或草铺终端之间的管道线路带浆再启动。根据目前的运转方式，该启动方式不存在问题。当PS5泵站出现故障后，则目前的大红山管道系统只能输送到安宁终端，去草铺的管道系统冲洗后停止使用。

3 脱水工艺简介

当管道输送过来的矿浆到达脱水站时，先进入分矿箱，分矿箱内矿浆自流进入陶瓷过滤机过滤，过滤后铁精矿粉含水小于10 %，铁精矿粉通过1#、2#胶带输送机输送到昆钢草铺新区料场堆存，作为下步工序生产使用。脱水站主设备陶瓷过滤机按110万t/a规模建设，附属设备按350万t/a规模建设。陶瓷过滤机TC-80第一年安装2台，第二年再安装4台(由安宁脱水站搬迁过来)。由于前期管道输送矿浆规模为350万t/a(间断工作)，陶瓷过滤机处理规模为110万t/a，所以脱水站设1台φ14 m×14 m搅拌槽储存过滤机处理不完的矿浆，该部分矿浆来自分矿箱，用来调节生产。

脱水站设置事故池，当生产出现事故时保证生产安全高效应对突发事故。脱水站设φ30 m高效浓密机处理浓密机溢流，提高陶瓷过滤机处理能力，处理陶瓷过滤机检修放矿，保证生产高效进行。

4 结 语

管道运输业是中国新兴运输行业，是继铁路、公路、水运、航空运输之后的第五大运输业，它在国民经济和社会发展中起着十分重要的作用，笔者对大红山铁精矿管道一管多叉做了系统阐述。充分利用计量、自动控制、计算机、通信、电器的整体优势将大红山铁矿安全、有序地送至昆钢草铺新区和昆钢安宁本部，一管多叉的实施使我国长距离浆体管道输送技术上了一个新的台阶，对矿浆管道输送在冶金行业的应用起到了示范和推动作用。