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1、何建明何建明 成都科斯管道工程技术有限公司成都科斯管道工程技术有限公司/中南大学中南大学 2023.4.20-23 2023.4.20-23,湖南长沙,湖南长沙 主题报告主题报告 矿浆 2023第五届浆体浓缩与管道输送技术研讨会典型自流输送管道工艺:自流输送矿浆管道的水力设计是实现管道系统无动力自流输送的关键,即管道进出口的自然高差(H)应该等于管道的矿浆阻力(包括沿程阻力和部阻力损失或消能):自流输送管道系统典型工艺:自流输送矿浆管道的特点与优势:1.工艺简单设备少投资成本低2.无动力消耗绿色环保3.管道运行压力低安全可靠性高4.管线系统可实现无法兰/弯头/阀门,风险很低5.更容易实现完全自
2、动控制,几乎不需要人工操作6.全自动智能化超远程控制无能耗,运行费用极低2023第五届浆体浓缩与管道输送技术研讨会 管道线路:管道线路:必须满足自流输送条件,从管道起点到终点的管道线路是影响矿浆管道自流输送的重要因素,许多工程即使起点与终点之间有足够的高程落差,但因受管道线路的地理条件影响也不一定能够实现管道的自流输送。管道线路受多因素的影响,如地形地貌变化、高山河流、建筑物、征地成本、施工可行性与造价等,管道线路需要通过反复现场考察和模拟计算来逐渐优化。精准设计精准设计:自流输送矿浆管道的设计依赖于的精确的矿浆特性试验结果,精准的管道矿浆阻力和沉降流速计算公式和基于类似项目运行结果的判断标准
3、来确保设计的准确性,而且设计误差不能依赖通常的安全余量来保障。通常的带安全余量不仅不能保障管道的安全,反而使得管道系统的投资浪费和运行成本提高。管道尺寸:管道尺寸:矿浆管道的尺寸主要取决于管道的输送产能,由于管道的矿浆水力损失与管道直径的5次方成反比,矿浆输送量越大,需要的管道尺寸就越大,管道的矿浆水力坡度就越小,因此完全以管道线路的坡度来判断是否可以实现自流输送是不科学的。另一方面,管道直径直接影响矿浆流速,而矿浆流速受矿浆的物理特性的影响,因此如何在容许的矿浆流速范围内通过改变管道直径来改变管道的水力坡度以此保持与管道线路坡度一致。消能站设计消能站设计:如果管道线路的落差远大于最大矿浆流速
4、下的沿程水力损失,就需要设计管道系统的局部消能站。局部消能站主要由不同内径的消能板组成,通常设置在管道终端,也可以根据需要在管道沿线设置多个消能站。消能站的另外一个功能就是用来调节管道输送产能。没有局部消能系统管道输送的流量是固定不变的,管道输送产能的变化只有通过浓度的变化来实现。为了确保管道系统的安全可靠性和操作运行的灵活性,消能站的设计需要考虑如下因素:1)合理布置可变消能孔板环路,实现对不同产能工况下的浓度控制,确保在矿山产能波动情况下管道系统仍能够在可操作的范围。2)消能站的合理布局,是决定整个管道系统设计安全可靠性、投资与维护成本的重要环节,优化设计确保消能站同时兼顾安全性与经济性。
5、3)消能站设计需满足复杂工况条件。由于消能站的消能孔板通过矿浆和通过水时所降低的压头几乎一样,但消减的压力差是不一样的,因此设计消能孔板时需要考虑矿浆批量输送工况下的复杂运行。4)消能站设计应满足在换修时不能影响管道正常运行。由于消能孔板是一种耗材,如果矿浆颗粒较粗,2-3个月就需要更换消能孔板,因此为了不影响管道系统的正常运行,需要设置临时检修环路,确保维护孔板时整个系统能够正常运行。5)消能站设计应考虑过压保护。在异常极端情况下有可能出现消能孔板的局部或全部堵塞,因此消能站的过压安全保护必须充分考虑,一般采用带压力破裂片的旁通环路来保护管道。6)消能站设计应考虑汽蚀系数。多个消能孔板的设计
6、需要验证矿浆通过的气蚀系数,一般要求气蚀系数小于1.0,否则会造成消能孔板的快速气蚀破坏,同时产生气蚀噪声。7)消能孔板参数应根据不同介质选型。单个矿浆消能孔板的最大消能一般不得高于50m。如果只用于清水工况的消能,单个消能孔板的消能要求不高于100m。8)消能孔板设计应考虑磨损因素,内径流速不得超过20m/s,否则会造成消能孔板的快速磨损。9)消能孔板的安全余量设计,不应该包括管道水力计算时采用的各种安全因子,而且还要预留多个消能孔板的位置,便于调整因设计误差和运行工况的改变所造成的变化。10)消能站的设计要考虑噪声,避免出现水力噪声而影响环境。工艺设计工艺设计:自流输送矿浆管道的工艺设计是
7、项目投资和安全可靠性的关键。成功的工程案例证明,自流输送矿浆管道的工艺设计基于科学的原理进行合理的简化,进而提高管道系统的安可靠性,同时还会大大降低管道的投资和运行费用。特别是通过管道阻力的控制实现合理安全可靠的消能可以大大降低投资成本并提高管道系统的安全可靠性。1)精准的管道水力阻力模拟计算,其中包括矿浆力学特性的试验研究。过大的水力阻力结果可能造成管道输送能力过大而造成输送浓度降低,而过低的水力阻力结果可能造成管道输送能力过小而造成管道达不到设计输送能力。2)管径在设计流速范围内沿管道线路的合理布局,以此满足管道线路的坡度变化以便实现管道压力的降低。3)如果不需要储存和调节物料,管道起点直
8、接连接浓缩机的底流管道,可以大大简化首站的工艺流程,而且管道系统更容易操作,大大节省运行维护费用。4)管道冲洗水需要足够水量和压力。一般情况下储存的冲洗水水量要大于管道全线容积的1.5倍,而冲洗水压力能够足以在水推浆工况下不会造成流速的降低。5)为了避免高浓度情况下产生管道阻力的增加,管道首站需要设计自动稀释系统,以防过高浓度的矿浆进入管道而造成管道堵塞。如果选矿厂的产能低于管道的输送产能,管道的输送浓度会自动降低。6)管道沿线的关键位置需要设计压力监测站,以便实时观察管道的压力变化。在管道线路的低点即管道压力最高处,加之U型弯的风险,可以考虑设置事故池。7)管道的消能通过管道的流速变化(在容
9、许的范围内)实现,管道终端设置消能站作为调节管道输送流量即产能的手段。8)管道进出口浓度仪与流量计必不可少,可随时观测管道的流态和矿浆浓度变化是否正常,并且以此通过在线监测系统实时分析管道是否处于正常状态,如有异常可自动报警。9)终端事故池容积至少大于管道系统容积的2.5倍,以便在极端情况下事故池能够容纳管道内的所有矿浆和冲洗水。2023第五届浆体浓缩与管道输送技术研讨会工程案例(本人参与设计的项目)注:智利Los Pelambres铜尾矿输送管道,49km,DN900,2009年运行至今智利Las Brances铜矿原矿输送管道,52km,DN650,2010运行至今马达加斯加Ambatov
10、y镍土矿输送管道,212公里,DN600,2011运行至今四川攀枝花中禾矿业铁精矿自流输送管道,11km,2020年运行至今云南利锌矿业铁精矿输送管道,19km,2000m落差,施工建设中河南栾川龙宇钼业钼尾矿输送管道,12km,DN400,已完成可研新疆敦德矿业铁原矿自流输送管道,21km,DN300,已完成可研四川雅江木绒锂精矿自流输送管道,32km,DN200,已完成可研秘鲁邦沟铁精矿自流输送管道,38km,DN600,已完成可研 2023第五届浆体浓缩与管道输送技术研讨会1.管线落差坡度小于1%不能实现自流:科学事实是实现自流的必要条件是管线的落差坡度大于或大于管道阻力水力坡度,没有一
11、个定量标准。2.需要泵来启动后才能自流:科学事实是矿浆形成膏体之前都是牛顿体,屈服应力的初始值为零,完全不需要泵来启动。3.没有足够的推力容易出现管道堵塞:科学事实是管道堵塞与矿浆流速有关,大坡度的自流输送流速高反而更没有堵塞的可能性。4.管道压力低安全性差:科学事实是低压管道风险更低,高压管道的设计通常按30%的压力安全余量来设计,而自流输送管道由于压力低,管道的最大容许最大压力通常按100%以余量来保障。5.没有泵无法打通自流输送管道堵塞:科学事实是由于自流输送管道的地形落差很大在管道因特殊原因出现堵塞后,地形落差产生的压力更容易疏通堵塞管道。成都科斯管道工程技术有限公司成都科斯管道工程技术有限公司