钼选厂尾矿回水系统泵型选择
2020-02-16晁彦德
李 翔,晁彦德
(栾川龙宇钼业有限公司,河南栾川 471500)
0 引言
栾川龙宇钼业小庙岭选矿公司为万吨钼选厂,2008 年9 月底开始生产,每年向尾矿库排放干尾矿约400 万吨,约230 万立方米,尾矿库水位逐年升高。随着库容减少,近年来水位每年以约10 m 速度上升。2016 年初,库尾清水层至生产高位水池高差约190 m,库尾至高位水池管道大约1260 m,截至2019 年7 月,高差约为160 m。原坝前回水泵至高位水池高差约为384 m,管道长约2250 m。该回水系统2017 年3 月开始试运行,尾矿库由于隐患整改曾一度停运约2 个月。2018 年全年正常运行以来比2016年,仅电费就节约268 万元,因此从库尾回水相对于从坝前回水效益非常明显。但是由于库尾水位不断上升,高差也大幅减少,使得水泵扬程不断变化。若不及时更换水泵,很难适应高差大幅减小的情况,导致水泵电机功率增加,甚至会造成水泵电机损坏。2019 年7月,重新更换一台新回水泵,回水系统水泵选型成为难题。因此有必要研究尾矿回水系统,通过分析多级泵和自平衡泵性能,对回水泵选型问题进行探讨,选出适合回水系统的泵型。针对高程不断减小问题提出解决方法,在保证回水泵安全运行的情况下,使回水泵能够长期适应回水系统高程变化,解决回水泵不断更换的问题。
1 库尾尾矿回水系统
(1)回水系统的组成。由2 台WQR550-6-15 潜水泵(一备一用)、潜水泵浮船、回水泵浮船、泵池、1 台MDP500-574 回水泵、DN400 金属软管、DN400 输水管道(1260 m)、高位水池等组成。
(2)回水系统工艺流程。安装于浮船上的潜水泵从尾矿库1.52 m 深的清水层处取水输送至回水泵浮船泵池,通过回水泵经一段12 m 金属软管和1260 m 输水管道输送至生产用水高位水池。
2 回水泵泵型研究
2.1 多级离心泵和自平衡多级离心泵结构
2.1.1 多级离心泵结构
主要由一个前段、一个尾段和若干个中段组成,用4 个长杆螺栓连接为一个整体。安装在泵轴上的叶轮个数代表离心泵的级数,中段的每个叶轮配一个导轮,导轮作用基本和蜗壳相同,主要是将动能转化为静压能。叶轮一般为单吸,吸入口都朝向一个方向。为了平衡轴向力,在末段后面装有平衡盘,并用平衡管和前段进口相连通。其转子在工作过程中可以沿轴向左右窜动,靠平衡盘的推力平衡叶轮组的轴向力,将转子维持在平衡位置附近。轴的两端用轴承支承,并置于轴承座上,轴的两端均有轴封装置。
2.1.2 自平衡多级离心泵结构
主要由进水段、中段、出水段、次级进水段、正导叶、反导叶、正叶轮、反叶轮、轴、节流和减压装置、挡套、轴承体、过渡管等零件组成。中段由高强度的穿杠螺栓和进出水段联接,泵的进水段、中段、出水段之间的密封面均采用硫化铝润滑脂金属面硬密封。转子由装在轴上的正叶轮、节流减压装置、反叶轮轴套、轴承挡套等零件组成。轴承采用“固游式”干油润滑结构,驱动端采用圆柱滚子轴承,末端采用角接触球轴承。泵的工作室由进水段、中段、出水段、次级进水段、正导叶、反导叶和过渡管等组成。
2.2 自平衡多级离心泵和多级离心泵性能对比主要优势
(1)高效节能。由于自平衡泵无平衡盘的磨损及轴向窜动,叶轮与导叶的对中性始终处于最佳状态,因此不会像普通多级泵随着平衡盘的磨损、转子部件前移而导致效率明显下降。由于无平衡水的泄漏,减少了容积损失,从而提高了泵的运行效率,降低了轴功率。
(2)高可靠性。由于自平衡泵叶轮采用对称布置,使得泵运行中产生的轴向力基本得到自动平衡,从而不需要平衡盘装置来平衡轴向力,因此泵轴的受力状态均匀,且应力峰值较多级泵结构大大降低,提高了泵转子的刚性和临界转速,自平衡泵运行更加平稳、可靠。
(3)汽蚀性能好、使用寿命长。自平衡泵首级叶轮采用双吸结构,与首级叶轮为单吸结构的同规格多级泵,汽蚀余量更低,吸水性能更好,运转平稳、噪声低、使用寿命长。
(4)机封强可靠性。自平衡泵在启、停时由于转子部件无轴向窜动,泵运行时也无轴向脉动,避免了多级泵的机封可靠性差的问题。
2.3 库尾回水泵泵型分析
2008 年9 月底运行时,尾矿库坝前回水泵至高位水池高差约为384 m,管道长约2250 m;2016 年初,库尾清水层至生产高位水池高差约190 m。经过优化尾矿回水系统,在库尾重新安装了一套回水系统,回水泵选用MDP500-604 自平衡泵,库尾至高位水池管道大约1260 m,该回水系统2017 年3 月开始试运行,尾矿库由于隐患整改曾一度停运约2 个月。2018 年全年正常运行以来,仅电费就比2016 年节约268 万元。但是随着高差减少,至2019 年5 月,回水泵电机功率增加,只能通过减少流量的方式维持运行。因此2019 年7 月,重新更换一台MDP580-603 自平衡水泵,通过运行,在能耗不变情况下,水流量提高约20%(100 m3/h)。
(3)离心泵比转速NS。NS=3.65nQ1/2/H3/4,其中,Q 是流量,m3/s;H 是扬程(对多级泵取单级扬程),m,n 是转速,r/min。NS=3080,为低比转速离心泵;NS=80150,为中比转速离心泵;NS=150300,为高比转速离心泵。
(4)回水泵泵型分析。2016 年初,库尾清水层至生产高位水池高差约190 m 时,输水管道约1260 m。统计多年来用水,水泵流量430500 m3/h 就可以满足生产需要,经计算泵最小扬程约196.6 m,按照15% 余量考虑,泵扬程226 m,因此回水泵初始选型MDP500-574 刚好满足。如果初始泵型选择MDP580-604 自平衡泵,流量580(450638)m3/h,扬程240(220260)m,功率560 kW,叶轮直径455 mm,流量满足,功率稍大,扬程稍高,但是如果采用叶轮切割方法就可以满足要求。
由泵流量、扬程、叶轮直径的关系可知,功率尽量小时,叶轮切割量系数D1/D2=(500/560)1/3=0.9629,则D1=4550.9629438 mm,可取叶轮直径为435 mm,叶轮切割量约4.4%,未超过叶轮切割量5%,符合叶轮切割量要求。MDP580-604 自平衡泵参数:流量430610 m3/h,扬程201237.6 m,轴功率489.35 kW,因此完全满足要求。
3 回水泵泵型选择
(1)回水泵泵型选择。初始回水泵可选择MDP580-604 自平衡泵,叶轮直径通过切割方法由直径455 mm 改为430 mm,为保证泵效率,配套导叶适当修正即可。
(2)回水泵参数验算。由泵流量、扬程、转速、功率、叶轮直径关系公式可以计算出MDP580-604 自平衡泵参数:流量425.3603 m3/h,扬程196.5232.2 m,轴功率472.67 kW,完全可以满足要求。如果选择该泵型,2017 年7 月,需要重新购置新泵,只需把MDP580-604 自平衡泵中段去掉一级,更换泵体连接螺栓和泵轴,即成为MDP580-603 自平衡泵,即目前使用的泵。运行23年后高差减少约30 m,只需把该泵改为MDP580-602 自平衡泵即可,这样就节省2 台回水泵,同时也可避免设备闲置。