陳琴瑞，劉金勇

(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038； 2.德興銅礦，江西 德興 334224)

渣漿泵和隔膜泵技術(shù)特點(diǎn)及適用性分析

陳琴瑞1，劉金勇2

(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038； 2.德興銅礦，江西 德興 334224)

渣漿泵和隔膜泵是漿體管道輸送最常用的設(shè)備。本文簡(jiǎn)述了渣漿泵及隔膜泵的技術(shù)特點(diǎn)，并對(duì)兩種泵型進(jìn)行了技術(shù)對(duì)比，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行管理等方面，分析了其適用工況。

渣漿泵； 隔膜泵； 技術(shù)特點(diǎn)； 適用工況

1 前言

泵壓輸送是漿體管道輸送的主要方式，而輸送泵是該工藝的關(guān)鍵設(shè)備，是泵送系統(tǒng)的核心。泵送設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、性能選擇、匹配使用及運(yùn)行狀況是否穩(wěn)定是至關(guān)重要的問(wèn)題，直接關(guān)系到輸送工藝的成敗[1～2]。目前，應(yīng)用于漿體管道輸送的最常用泵型為渣漿泵及隔膜泵。

2 渣漿泵

2.1 工作原理及特點(diǎn)

渣漿泵是離心泵的一種，其工作原理是依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)使?jié){體獲得較大的動(dòng)能，并依靠流道出口的蝸殼斷面變化使?jié){體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，漿體在葉輪中的流動(dòng)主要是受到離心力的作用。

渣漿泵的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)漿體的粒徑、流量范圍較大，單臺(tái)泵流量可達(dá)每小時(shí)數(shù)千立方米。其主要局限為效率略低，揚(yáng)程一般在百米以下，但一次性投資較低。

2.2 影響渣漿泵效率的因素

影響渣漿泵效率的因素主要有渣漿泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、輸送漿體性質(zhì)、運(yùn)行磨損等。

(1)由于渣漿泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，泵內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械損失、容積損失和水力損失。泵的總效率為機(jī)械效率、容積效率和水力效率的乘積[3]。

(2)輸送漿體的性質(zhì)主要體現(xiàn)為漿體的粘度，隨著粘度的增加，泵的流量和揚(yáng)程降低較緩慢，而效率的下降則較快[4]。粘度對(duì)泵的性能有顯著影響，見(jiàn)表1。

(3)運(yùn)行磨損主要體現(xiàn)為葉輪的磨損。葉輪磨損后，渣漿泵流量、揚(yáng)程及效率均降低。為匹配漿體流量及泵出口壓力，需要提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，增大電機(jī)功率。當(dāng)葉輪磨損至一定程度，若繼續(xù)使用，造成運(yùn)行成本較高時(shí)，則需進(jìn)行更換。

表1 粘度對(duì)渣漿泵性能影響

3 隔膜泵

3.1 工作原理及特點(diǎn)

隔膜泵是在柱塞泵原理基礎(chǔ)上利用隔膜將柱塞與料漿分離。其動(dòng)力端為電機(jī)通過(guò)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。活塞借助油介質(zhì)使橡膠隔膜凹凸運(yùn)動(dòng)，隔膜室腔內(nèi)容積周期變化，完成料漿輸送。由于隔膜將料漿與油介質(zhì)分割開(kāi)來(lái)，活塞、缸套、活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件不與料漿直接接觸，避免了料漿中的固體顆粒對(duì)其的磨損，保證了這些運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命，同時(shí)可以保證隔膜泵較高的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率和較低的運(yùn)行成本。

隔膜泵可獲得很高的壓力，高達(dá)20MPa以上，同時(shí)隔膜泵的效率很高，達(dá)90%以上。其主要局限為單臺(tái)泵的流量低，輸送介質(zhì)的粒度要求嚴(yán)格，一次性投資較高。

3.2 技術(shù)參數(shù)

隔膜泵的技術(shù)參數(shù)主要包括流量、壓力、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率及易損件壽命[5]。

(1)隔膜泵的平均輸出流量與排出壓力無(wú)關(guān)，其決定于泵的活塞直徑、活塞行程、活塞每分鐘的往復(fù)次數(shù)(沖次)。

(2)隔膜泵壓力包括吸入過(guò)程壓力和排出過(guò)程壓力。

在吸入過(guò)程中，要求隔膜室內(nèi)隔膜表面的壓力必須大于所輸送礦漿的飽和蒸汽壓力，否則造成礦漿汽化，造成隔膜與礦漿脫流，引起撞擊、噪音、振動(dòng)及容積效率下降，還可造成隔膜異常變形，進(jìn)而引起隔膜壽命降低，嚴(yán)重的造成隔膜瞬間破裂。隔膜泵對(duì)最小吸入壓力有嚴(yán)格的要求，對(duì)于泵送不同的介質(zhì)及工況，最小允許吸入壓力也是不同的。

隔膜泵的吸入、排出壓力與流量無(wú)關(guān)，其值取決于泵內(nèi)、外管路的負(fù)載特性。泵在實(shí)際運(yùn)行中，其吸入壓力大于最小允許的吸入壓力，排出壓力小于最高允許的排出壓力，泵才能正常運(yùn)行。

(3)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率是隔膜泵最主要的參數(shù)。隔膜泵易損件的壽命主要指隔膜、過(guò)流件中的閥橡膠及其他金屬閥件的壽命，這些參數(shù)是隔膜泵的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率。

4 兩種泵型適用性分析

4.1 技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

渣漿泵及隔膜泵的技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 渣漿泵及隔膜泵技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

4.2 適用工況分析

合理選擇輸送泵型是保證整個(gè)輸送工藝系統(tǒng)可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，應(yīng)具體考慮如下因素：①輸送介質(zhì)的密度、粒度、濃度、溫度、磨蝕性；②泵的技術(shù)特點(diǎn)、效率；③泵型對(duì)管理運(yùn)行工況變化的適用性；④安全可靠性；⑤運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)渣漿泵、隔膜泵的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)備性能，以及在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)，其初步選型可大致如下。

(1)對(duì)于低濃度、大流量、低壓力(一般小于2.5MPa)工況，選擇多級(jí)渣漿泵串聯(lián)更為合理。

(2)對(duì)于高濃度、高壓力(一般大于5MPa)工況，則選擇多臺(tái)隔膜泵并聯(lián)更為合理。

(3)對(duì)于大流量、中等壓力(2.5～5MPa)工況，則需要從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行綜合比較以選擇合適泵型。

4.3 案例分析

某國(guó)外項(xiàng)目，設(shè)計(jì)漿體流量3 400m3/h，輸送濃度60%，漿體容重1.592t/m3，服務(wù)年限25年，輸送壓力逐年增加，最終泵出口壓力為4MPa。

該案例有以下特點(diǎn)。①輸送濃度60%，為高濃度漿體，選擇隔膜泵更為合適；但此濃度下漿體的粘度為0.018Pa·s(相當(dāng)于SUS為90)，對(duì)渣漿泵流量、揚(yáng)程、功率影響都較小。②泵出口最終壓力為4MPa，為中等壓力，渣漿泵與隔膜泵均適用。泵出口壓力逐年增加，選擇渣漿泵可減少基建投資，但運(yùn)營(yíng)成本高，而隔膜泵則基建投資大，運(yùn)營(yíng)成本低。

由此，需從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行綜合分析，各方案簡(jiǎn)述如下。

(1)渣漿泵方案：需設(shè)置兩個(gè)泵站。基建期在廠區(qū)設(shè)一級(jí)泵站，泵站內(nèi)設(shè)渣漿泵(Q=1 700m3/h，h=60m，N=630kW)12臺(tái)，每3臺(tái)串聯(lián)為一組，兩組工作，兩組備用；第三年建成二級(jí)接力泵站，泵站內(nèi)設(shè)渣漿泵(Q=1 700m3/h，h=60m，N=630kW)12臺(tái)，每3臺(tái)串聯(lián)為一組，兩組工作，兩組備用。

(2)隔膜泵方案：基建期在廠區(qū)設(shè)置一個(gè)尾礦輸送泵站，泵站內(nèi)設(shè)隔膜泵(Q=700m3/h，P=5MPa，N=1 400kW)6臺(tái)，5用1備。

對(duì)各方案進(jìn)行詳細(xì)配置，包括廠房、配套設(shè)備、管道、閥門等，并綜合考慮運(yùn)營(yíng)成本等，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3。

從表3可以看出：①渣漿泵方案和隔膜泵方案在技術(shù)上均是可行的；②渣漿泵方案的優(yōu)點(diǎn)是基建投資小，且可以分期投入；缺點(diǎn)是運(yùn)行成本高。串聯(lián)級(jí)數(shù)多，容易發(fā)生故障，人員及維護(hù)成本高。隔膜泵方案的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行成本低、效率高；缺點(diǎn)是基建投資過(guò)大；③綜合來(lái)說(shuō)，渣漿泵方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更好。

5 結(jié)語(yǔ)

表3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

渣漿泵和隔膜泵是漿體管道輸送的核心設(shè)備，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)等決定了其適用工況。在選型時(shí)要認(rèn)真分析輸送介質(zhì)的物理特性、輸送工況，結(jié)合設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，綜合考慮基建投資、運(yùn)營(yíng)成本、運(yùn)行管理等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以選擇安全可靠、經(jīng)濟(jì)較優(yōu)的泵型。

[1] 王紹周，等.粒狀物料的漿體管道輸送[M].北京：海洋出版社，1998.

[2] 吳愛(ài)祥，王洪江.金屬礦膏體充填理論與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2015.

[3] 吳 波.渣漿泵輸送系統(tǒng)效率分析及節(jié)能措施[J].金屬礦山，2003，(9)：37-39.

[4] 嚴(yán)大凡.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1986.

[5] 中國(guó)有色(沈陽(yáng))泵業(yè)有限公司.水煤漿輸送用隔膜泵及其應(yīng)用[A].“十二五”我國(guó)煤化工行業(yè)發(fā)展及節(jié)能減排技術(shù)論壇文集[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

陳琴瑞(1985-)，男，河北保定人，碩士，工程師，從事尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)及相關(guān)研究工作。