楊松華

(昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

大紅山鐵精礦管道從1986年開始進(jìn)行多次規(guī)劃，經(jīng)過多次方案比較，1992年，進(jìn)行了100 萬t/a鐵精礦管道的可行性研究，由于產(chǎn)能的擴增，到2003年，昆鋼進(jìn)行了從100萬t/a提高到230萬t/a進(jìn)行礦漿管道的初步設(shè)計，大紅山230萬t/a鐵精礦礦漿輸送管道工程，于2003年8月核準(zhǔn)建設(shè)，2006年9月隧道全線貫通，10月管道鋪設(shè)完畢，11月底全線打壓完成，12月下旬泵站工藝設(shè)施除自動控制系統(tǒng)外全部通過測試，12月30日第一批礦漿啟運，經(jīng)3站分段輸送，于2007年元旦到達(dá)終點安寧脫水站，經(jīng)過2年多的運行，到2009年，由于源頭產(chǎn)能的擴增，管道輸送能力達(dá)不到要求，經(jīng)過多方討論、協(xié)商，大紅山精礦管道輸送量由230萬t/a提升到350萬t/a，該擴能技改工程主要對原有大紅山鐵精礦230萬t/a輸送管道的1#-3#泵站進(jìn)行技術(shù)改造，增建4#和5#2座中間泵站，通過對原大紅山鐵精礦管道系統(tǒng)輸送能力進(jìn)行擴能技術(shù)改造，使鐵精礦管道輸送能力從年輸送230萬t/a提高到年產(chǎn)350萬t/a，該項目于2010年10月建成投入使用。

由于武鋼集團(tuán)昆鋼股份淘汰落后環(huán)保搬遷項目草鋪工程的實施，為了能夠更好的解決新區(qū)的原料供應(yīng)，根據(jù)昆鋼控股公司領(lǐng)導(dǎo)及新區(qū)規(guī)劃建設(shè)發(fā)展的要求，本著鐵精礦輸送管道既能滿足目前昆鋼總部現(xiàn)有生產(chǎn)的需要、又能滿足今后新區(qū)規(guī)劃發(fā)展的需要，考慮在原大紅山鐵精礦輸送管道的基礎(chǔ)上改造滿足昆鋼草鋪新區(qū)原來供應(yīng)問題，在原大紅山管道上搭接1根管道，使大紅山輸送過來的礦漿既可以輸送到安寧脫水站，也可以輸送到昆鋼草鋪新區(qū)脫水站，并可以任意切換。根據(jù)相關(guān)要求在原大紅山鐵精礦輸送到昆鋼的管道線路就近(安寧縣街鎮(zhèn))建設(shè)輸送管道分岔閥門站，海拔1 866.0 m。從分岔閥門站新建1條平距大約20.0 km、外徑273 mm的支線到昆鋼草鋪新區(qū)終端，海拔1 935.0 m。本項目管道輸送鐵精礦量規(guī)模為350萬t/a(10 606.1 t/d)，需要同時滿足安寧終端和草鋪終端的管道，草鋪下游鋼廠每年需要鐵精礦110萬t，管道輸送量為442 t/h，從分流閥門站到草鋪終端管道系統(tǒng)需要滿足350萬t/a(系統(tǒng)作業(yè)率按照95 %)的要求。管道前期間斷工作，后期全天工作，前期輸送規(guī)模為110萬t/a，精礦礦漿到達(dá)終端時直接給到脫水站，礦漿脫水后，鐵精粉利用膠帶輸送至昆鋼草鋪新區(qū)料場，供下部工序生產(chǎn)使用。

1 水力學(xué)設(shè)計以及流速控制

礦漿管道的水力學(xué)設(shè)計及工藝參數(shù)的選擇按下列步驟來完成：

1)通過實驗室試驗評價礦漿流變性、腐蝕特點以及可操作性；

2)通過計算，與工業(yè)化管道運行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來確定最小流速和濃度參數(shù)；

3)根據(jù)上述結(jié)果確定可接受的礦漿濃度范圍，同時根據(jù)實際經(jīng)驗進(jìn)行判斷；

4)根據(jù)設(shè)計的精礦運輸能力和流速，選擇最合適的濃度范圍和管道尺寸；

5)計算摩阻壓力損失；在管線縱剖面上繪制水力坡度(摩阻損失)，以決定滿足最大許可運行壓力(MAOP)要求的管道壁厚；

6)確定所需的泵站個數(shù)以及閥門/消能孔板站的個數(shù)；確定泵站、閥門/消能孔板站位置以及需要的管道壁厚；為所有的工藝流程確定流量以及礦漿參數(shù)；

7)為所選擇的系統(tǒng)建立運行范圍(運輸能力限制、流量、濃度以及泵站能力)；

8)壓力瞬時現(xiàn)象分析，將在施工圖設(shè)計階段完成。

通過對鐵精礦漿漿體特性(鐵品位64 %以上)的研究，進(jìn)行礦漿管道水力學(xué)設(shè)計，經(jīng)過水力損失計算、壓力損失計算，在滿足規(guī)定的腐蝕/侵蝕允許條件及在各種運行條件下，管道壁厚選擇滿足了管道各部分所需要的壓力容量、管道30年設(shè)計壽命的要求，以及最低的鋼管成本，最終選擇了X65273×10 mm管道。

大紅山原有管道系統(tǒng)的最小流速是按照礦漿試驗進(jìn)行的設(shè)計，最小運行流速確定的是1.25 m/s。這個參數(shù)在試車期間采用環(huán)管測試進(jìn)行了驗證，按照273 mm的鋼管，輸送高品質(zhì)鐵精礦的最小流速是1.55 m/s，輸送次級鐵精礦的最小流速是1.35 m/s；按照244.5 mm的鋼管，輸送高品質(zhì)鐵精礦的最小流速是1.50 m/s，輸送次級鐵精礦的最小流速是1.33 m/s。只要大于上述流速運轉(zhuǎn)，整個管道系統(tǒng)就是安全的。

2 工藝系統(tǒng)描述

一管多叉的關(guān)鍵技術(shù)在于在原礦漿管道上開叉，在不新增泵站二次加壓的情況下實現(xiàn)礦漿切換供給不同目的地，在運行過程中，需要減少分叉帶來的壓力損失，解決好礦漿切換時的時差控制，同時滿足線路里程和管道壓力的要求，在兩地相對合適的地方增設(shè)分流閥門站，根據(jù)昆鋼安寧本部和昆鋼草鋪新區(qū)的不同需求靈活切換礦漿，實現(xiàn)對兩地鐵精礦的調(diào)度供給。

根據(jù)昆鋼草鋪新區(qū)發(fā)展規(guī)劃，閥門站設(shè)置于安寧市西南側(cè)禮義村附近，地理坐標(biāo)大致為東經(jīng)102°26′2.00″，北緯24°50′37.31″。閥門站至草鋪新區(qū)管道按350萬t/a設(shè)計，第一年至第十年輸送到昆鋼草鋪新區(qū)礦量為110萬t/a，10年后為350萬t/a。初期閥門站至草鋪脫水站管道將是間斷工作，10年后全天24 h工作。在閥門站設(shè)置多級離心水泵1臺，工作壓力5 MPa。當(dāng)?shù)V漿進(jìn)行切換，礦漿輸送到昆鋼草鋪新區(qū)時，啟動多級離心泵，往閥門站至安寧脫水站段管道送水，將管內(nèi)礦漿推送到安寧脫水站，將管道沖洗干凈后停泵。當(dāng)?shù)V漿往安寧新區(qū)輸送時，則啟動泵沖洗閥門站到昆鋼草鋪新區(qū)段管道，將該段管道內(nèi)礦漿推送到草鋪新區(qū)脫水站。

正常生產(chǎn)期間，當(dāng)準(zhǔn)備從分流站輸送到安寧終端切換到草鋪終端之間的管道線路時，首先打開去草鋪終端濃縮機的閥門，然后打開密封閥門，完全打開后，打開磨損閥門，完成上述操作后，打開分流站密封閥門FV-7502，完全打開后，打開磨損FV-7503，關(guān)閉去安寧的磨損閥門FV-7506，完全關(guān)閉后，關(guān)閉密封閥門FV-7505。按照最低頻率開啟水泵G751，開啟后，打開閥門FV-7510，逐步提高水泵的頻率，觀察壓力變送器PIT-7515和流量計以及安寧終端閥門站的壓力和流量變化，決定是否繼續(xù)提高水泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)安寧終端的濃度顯示為0 %時，管道流出的是水時，停止沖洗水泵，關(guān)閉安寧的磨損閥門，完全關(guān)閉后，關(guān)閉密封閥門，最后關(guān)閉水泵的出口閥門FV-7510；當(dāng)輸送草鋪切換到輸送安寧終端時，首先落實安寧終端至少去過濾機、濃縮機或攪拌槽之間的管道是暢通的，然后打開去安寧的密封閥門FV-7505，完全打開后，打開磨損閥門FV-7506，關(guān)閉去草鋪終端的磨損閥門FV-7503，完全關(guān)閉后，關(guān)閉密封閥門FV-7502，按照最低頻率開啟水泵G751，開啟后，打開閥門FV-7509，逐步提高水泵的頻率，觀察壓力變送器PIT-7515和流量計以及草鋪終端閥門站的壓力和流量變化，決定是否繼續(xù)提高水泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)草鋪終端的濃度顯示為0 %時，管道流出的是水時，停止沖洗水泵，關(guān)閉草鋪的磨損閥門，完全關(guān)閉后，關(guān)閉密封閥門，最后關(guān)閉沖洗水閥門。見圖1。

經(jīng)過詳細(xì)的水力計算，從分流閥門站到草鋪終端的管道正常輸送鐵精礦過程中，分流閥門站處的壓力為48Bar。根據(jù)運行壓力，沖洗水泵的性能參數(shù)為流量250 m3/h，揚程為500 m，功率為650 kW。由于需要沖洗下游的帶漿越野管道，采用變頻電機來驅(qū)動，可以逐步提高頻率來改變運行壓力和流量；沖洗帶漿的越野管道，需要逐步調(diào)整轉(zhuǎn)速和流量，沖洗水泵可以選擇正排量泵和多級離心泵來作為沖洗水泵使用，隨著管道沖洗過程，沖洗水泵的出口壓力將會越來越低，當(dāng)滿管道充滿水時，出口壓力將會由滿管道礦漿時的48Bar降低到25Bar。由于隔膜泵工作穩(wěn)定，最終沖洗水泵選擇隔膜泵，根據(jù)沖洗水泵的出口壓力變化，將頻率可以適當(dāng)調(diào)整，保證沖洗水泵正常工作。

圖1 分流閥門站(一管多叉)示意圖

當(dāng)水泵出現(xiàn)故障不能進(jìn)行沖洗，而需要切換礦漿時，這時可先降低串聯(lián)泵的泵速，按照目前停車再啟動的方式，進(jìn)行從分流站到安寧或草鋪終端之間的管道線路帶漿再啟動。根據(jù)目前的運轉(zhuǎn)方式，該啟動方式不存在問題。當(dāng)PS5泵站出現(xiàn)故障后，則目前的大紅山管道系統(tǒng)只能輸送到安寧終端，去草鋪的管道系統(tǒng)沖洗后停止使用。

3 脫水工藝簡介

當(dāng)管道輸送過來的礦漿到達(dá)脫水站時，先進(jìn)入分礦箱，分礦箱內(nèi)礦漿自流進(jìn)入陶瓷過濾機過濾，過濾后鐵精礦粉含水小于10 %，鐵精礦粉通過1#、2#膠帶輸送機輸送到昆鋼草鋪新區(qū)料場堆存，作為下步工序生產(chǎn)使用。脫水站主設(shè)備陶瓷過濾機按110萬t/a規(guī)模建設(shè)，附屬設(shè)備按350萬t/a規(guī)模建設(shè)。陶瓷過濾機TC-80第一年安裝2臺，第二年再安裝4臺(由安寧脫水站搬遷過來)。由于前期管道輸送礦漿規(guī)模為350萬t/a(間斷工作)，陶瓷過濾機處理規(guī)模為110萬t/a，所以脫水站設(shè)1臺φ14 m×14 m攪拌槽儲存過濾機處理不完的礦漿，該部分礦漿來自分礦箱，用來調(diào)節(jié)生產(chǎn)。

脫水站設(shè)置事故池，當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)事故時保證生產(chǎn)安全高效應(yīng)對突發(fā)事故。脫水站設(shè)φ30 m高效濃密機處理濃密機溢流，提高陶瓷過濾機處理能力，處理陶瓷過濾機檢修放礦，保證生產(chǎn)高效進(jìn)行。

4 結(jié) 語

管道運輸業(yè)是中國新興運輸行業(yè)，是繼鐵路、公路、水運、航空運輸之后的第五大運輸業(yè)，它在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中起著十分重要的作用，筆者對大紅山鐵精礦管道一管多叉做了系統(tǒng)闡述。充分利用計量、自動控制、計算機、通信、電器的整體優(yōu)勢將大紅山鐵礦安全、有序地送至昆鋼草鋪新區(qū)和昆鋼安寧本部，一管多叉的實施使我國長距離漿體管道輸送技術(shù)上了一個新的臺階，對礦漿管道輸送在冶金行業(yè)的應(yīng)用起到了示范和推動作用。