侯鹏

福建兆翔临港置业有限公司（361000）

浅谈渣浆泵串联在尾矿输送的选型及应用

侯鹏

福建兆翔临港置业有限公司（361000）

尾矿输送是金属矿山选矿生产的重要环节，其输送设备选型是否合理，关系到选矿厂的生产运行、设备维护和输送成本。合理选型、科学管理可使尾矿输送系统稳定高效地运行，这里结合工程实例，介绍了渣浆泵串联在尾矿输送中的选型计算及实际应用情况。

渣浆泵串联；尾矿输送；选型及应用

渣浆泵作为浆体输送设备，广泛应用于煤炭、电力、金属矿山等行业。由于使用工况条件恶劣，渣浆泵的使用寿命普遍较短，故渣浆泵的设计、制造要求也越来越严格。如果设计、选型计算不当，渣浆泵则无法正常使用。当单级渣浆泵无法满足设计扬程要求时，可采用渣浆泵串联实现。

1 工程概况

某矿山尾矿输送干矿量424 t/d，输送浓度40%，尾矿密度3 t/m3，输送距离约483 m（输送起点和终点的水平距离426 m，几何高差34 m）。

1.1 流量的计算

矿浆流量计算按如下公式计算：

经过计算得知本工程计算流量为32.38 m3/h，在计算管径时波动系数取大值1.1，波动后的矿浆设计流量为36.26 m3/h。

1.2 浆体管路水头损失计算水力坡降的确定按如下公式进行计算：

式中：Ι为输送矿浆的水力坡降，m水柱/m；γk为矿浆比重；Ι0为输送与矿浆流速相等的清水的水力坡降，m水柱/m。

分别对设计和计算流量进行管道摩阻损失计算，计算结果见表1。

1.3 临界流速的确定

临界流速的确定是尾矿输送设备选型计算中的关键环节。流速过低会造成管道堵塞，流速过高则会造成管道摩擦阻力增大，管道使用寿命减短，从而使设备、管道投资、运行费用和能耗过高。影响临界流速的因素很多，很难找到一个适合于各种矿石性质、浓度、粒度等的计算公式。对于短距离管道输送的临界流速一般采取以下几种公式。

1）杜拉德公式

当管径小于200 mm时，可用杜拉德公式计算。

矿浆的临界流速：

式中：VL为矿浆临界流速，m/s；D为管道内径，m；g为重力加速度，g=9.81m/s2;ρ0为矿石密度，t/m3；FL为与粒径、浓度等有关的速度系数，根据矿石的中值粒径d50，和矿浆中固体体积浓度Cv在下图中查得。

P1——液体或载体密度，t/m3；按下式计算：

G100为粒径小于100 μM的矿石重量，t/m3；Q100为粒径小于100 μM的矿石重量，t/m3；GW为水的重量，t/h3；QW为水的体积，m3/h。

2）凯夫公式

当管径大于200 mm时，应用凯夫公式计算。

两种公式计算结果必须使实际流速V大于临界流速VL。本工程由于管径小于200 mm，故采用杜拉德公式进行计算临界流速，临界流速为1.27 m/s。

1.4 渣浆泵扬程的确定

计算出沿程管路损失后，根据给定的几何高差，可用下式进行计算：

表1 管道摩阻计算结果

K为富裕（备用）系数，对于ZJ系列渣浆泵一般取1.05～1.08即可，原则是短距离取大值，长距离取小值。

需注意的是：输送浆体与输送清水的管路损失并不相同，两者存在一定的差异。在相同流量和转速下，泵输送浆体的扬程（HM）和输送清水时扬程（H）之比，用HR表示，效率之比用ER表示。

输送浆体时的HR和ER，按HR和ER曲线图查得，也可由下式计算：

离心式渣浆泵扬送矿浆时的扬量、扬程和效率均随矿浆浓度的变化而变化。当使用离心式渣浆泵扬送高浓度矿浆或泵转数较低时，其扬量、扬程及效率均应通过试验确定。在一般情况下，扬送矿浆的扬程变化不予考虑,计算扬程可按如下公式确定。

Hk为渣浆泵扬送矿浆时的计算扬程，m水柱；Hs为渣浆泵扬送清水时的扬程，m水柱；γk为矿浆比重；KH为扬程降低率，可按KH=1-0.25P计算；P为矿浆重量浓度；kM为叶轮磨损后扬程折减系数，在一般情况下，建议对于两侧封闭式的8以上的衬胶叶轮kM取0.95，其他叶轮kM取0.80～0.95。

本工程的扬程计算结果见表2。

表2 渣浆泵扬程计算结果

由于渣浆泵高扬程下磨损较大，扬程选型不宜过高，本工程选型单台渣浆泵计算扬程约61 m，单台泵无法满足扬程要求，故考虑两台泵串联。

1.5 配套电机功率的计算

泵送矿浆时的轴功率，根据给定的Qm、H、D（r），当采用直接传动时可按如下步骤进行计算： 1）计算泵轴功率Pm按下式进行计算：

式中：PM为泵送矿浆时的轴功率，kW；HM为矿浆扬程，m；H为清水扬程，m；QM为矿浆流量，L/s；PP为矿浆密度，t/m3;ηm为泵送矿浆时的效率，%；η为泵送清水时的效率，%。

本工程轴功率经计算得41.23 kW。

2）计算电机功率N

当泵轴功率计算后，考虑泵启动和流量波动等因素，在选择标准电动机时，应有一定的功率富裕系数K。一般取功率富裕系数K=1.1.～1.2，大功率取小值，小功率取大值。

电机功率N按下式进行计算：

式中：N为电动机功率，kW；K为功率富裕系数；PM为泵送矿浆时的轴功率，kW；ηo为传动效率，皮带传动时ηo=0.95，直接传动时ηo=1.0。

3）选取配套电机功率N

根据上述计算功率数值，结合电动机标准功率数值，选取配套电机功率N同时确定电动机具体型号。

1.6 轴封形式的选择

渣浆泵的轴封形式根据不同工况条件进行选择。轴封形式主要有三种，分别为填料密封、副叶轮密封和机械密封。三种密封形式各有优缺点。

本工程从经济技术综合方面考虑，选择填料密封。填料密封是较为普遍的一种密封，是通过注入轴封水的形式,不断在填料里面注入一定压力水，一防止泵体浆体外泄，对于不适于用副叶轮轴封的多级串联泵，采用填料轴封。填料轴封结构简单，维修方便，价格便宜。

1.7 渣浆泵的选型

经过以上计算步骤，最终选定在泵房中配置4台渣浆泵，分两个系列，一个系列工作，一个系列备用，每个系列均为两台同型号规格泵串联。渣浆泵型号为50/40B-AH，单台泵流量约为32.4 m3/h，扬程约为55 m，电机功率45 kW，输送管采用D108× 7×3陶瓷钢铁复合管一条，管道流速约1.48 m/s，输送距离约0.46 km。为防止管道检修和输送堵管事故影响矿山生产，设置DN100无缝钢管一条作为尾矿输送备用管，输送管道采用沿地面管墩敷设方式。

2 结论

这里结合具体工程实例，阐明了渣浆泵的选型设计过程。为保证选型合理，首先应根据所输送矿浆的性质（物料粒度、密度、矿浆浓度、硬度、黏度和矿浆的磨蚀性等）来确定渣浆泵的类型，然后根据所需输送的矿浆量、扬程和管道的阻力损失具体选定渣浆泵规格。在实际工作中需要认真搜集、整理数据,需要按浆体实际情况合理选取公式进行计算。

[1]《尾矿设施设计参考资料》编写组.尾矿设施设计参考资料[M].北京：冶金工业出版社，1978.