15-何建明-自流礦漿輸送管道系統設計的關鍵技術與應用.pdf

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1、何建明何建明 成都科斯管道工程技術有限公司成都科斯管道工程技術有限公司/中南大學中南大學 2023.4.20-23 2023.4.20-23，湖南長沙，湖南長沙 主題報告主題報告 礦漿 2023第五屆漿體濃縮與管道輸送技術研討會典型自流輸送管道工藝：自流輸送礦漿管道的水力設計是實現管道系統無動力自流輸送的關鍵，即管道進出口的自然高差（H）應該等于管道的礦漿阻力（包括沿程阻力和部阻力損失或消能）:自流輸送管道系統典型工藝：自流輸送礦漿管道的特點與優勢：1.工藝簡單設備少投資成本低2.無動力消耗綠色環保3.管道運行壓力低安全可靠性高4.管線系統可實現無法蘭/彎頭/閥門，風險很低5.更容易實現完全自

2、動控制，幾乎不需要人工操作6.全自動智能化超遠程控制無能耗，運行費用極低2023第五屆漿體濃縮與管道輸送技術研討會 管道線路：管道線路：必須滿足自流輸送條件，從管道起點到終點的管道線路是影響礦漿管道自流輸送的重要因素,許多工程即使起點與終點之間有足夠的高程落差，但因受管道線路的地理條件影響也不一定能夠實現管道的自流輸送。管道線路受多因素的影響，如地形地貌變化、高山河流、建筑物、征地成本、施工可行性與造價等，管道線路需要通過反復現場考察和模擬計算來逐漸優化。精準設計精準設計：自流輸送礦漿管道的設計依賴于的精確的礦漿特性試驗結果，精準的管道礦漿阻力和沉降流速計算公式和基于類似項目運行結果的判斷標準

3、來確保設計的準確性，而且設計誤差不能依賴通常的安全余量來保障。通常的帶安全余量不僅不能保障管道的安全，反而使得管道系統的投資浪費和運行成本提高。管道尺寸：管道尺寸：礦漿管道的尺寸主要取決于管道的輸送產能，由于管道的礦漿水力損失與管道直徑的5次方成反比，礦漿輸送量越大，需要的管道尺寸就越大，管道的礦漿水力坡度就越小，因此完全以管道線路的坡度來判斷是否可以實現自流輸送是不科學的。另一方面，管道直徑直接影響礦漿流速，而礦漿流速受礦漿的物理特性的影響，因此如何在容許的礦漿流速范圍內通過改變管道直徑來改變管道的水力坡度以此保持與管道線路坡度一致。消能站設計消能站設計：如果管道線路的落差遠大于最大礦漿流速

4、下的沿程水力損失，就需要設計管道系統的局部消能站。局部消能站主要由不同內徑的消能板組成，通常設置在管道終端，也可以根據需要在管道沿線設置多個消能站。消能站的另外一個功能就是用來調節管道輸送產能。沒有局部消能系統管道輸送的流量是固定不變的，管道輸送產能的變化只有通過濃度的變化來實現。為了確保管道系統的安全可靠性和操作運行的靈活性，消能站的設計需要考慮如下因素：1)合理布置可變消能孔板環路，實現對不同產能工況下的濃度控制，確保在礦山產能波動情況下管道系統仍能夠在可操作的范圍。2)消能站的合理布局，是決定整個管道系統設計安全可靠性、投資與維護成本的重要環節，優化設計確保消能站同時兼顧安全性與經濟性。

5、3)消能站設計需滿足復雜工況條件。由于消能站的消能孔板通過礦漿和通過水時所降低的壓頭幾乎一樣，但消減的壓力差是不一樣的，因此設計消能孔板時需要考慮礦漿批量輸送工況下的復雜運行。4)消能站設計應滿足在換修時不能影響管道正常運行。由于消能孔板是一種耗材，如果礦漿顆粒較粗，2-3個月就需要更換消能孔板，因此為了不影響管道系統的正常運行，需要設置臨時檢修環路，確保維護孔板時整個系統能夠正常運行。5)消能站設計應考慮過壓保護。在異常極端情況下有可能出現消能孔板的局部或全部堵塞，因此消能站的過壓安全保護必須充分考慮，一般采用帶壓力破裂片的旁通環路來保護管道。6)消能站設計應考慮汽蝕系數。多個消能孔板的設計

6、需要驗證礦漿通過的氣蝕系數，一般要求氣蝕系數小于1.0，否則會造成消能孔板的快速氣蝕破壞，同時產生氣蝕噪聲。7)消能孔板參數應根據不同介質選型。單個礦漿消能孔板的最大消能一般不得高于50m。如果只用于清水工況的消能，單個消能孔板的消能要求不高于100m。8)消能孔板設計應考慮磨損因素，內徑流速不得超過20m/s，否則會造成消能孔板的快速磨損。9)消能孔板的安全余量設計，不應該包括管道水力計算時采用的各種安全因子，而且還要預留多個消能孔板的位置，便于調整因設計誤差和運行工況的改變所造成的變化。10)消能站的設計要考慮噪聲，避免出現水力噪聲而影響環境。工藝設計工藝設計：自流輸送礦漿管道的工藝設計是

7、項目投資和安全可靠性的關鍵。成功的工程案例證明，自流輸送礦漿管道的工藝設計基于科學的原理進行合理的簡化，進而提高管道系統的安可靠性，同時還會大大降低管道的投資和運行費用。特別是通過管道阻力的控制實現合理安全可靠的消能可以大大降低投資成本并提高管道系統的安全可靠性。1)精準的管道水力阻力模擬計算，其中包括礦漿力學特性的試驗研究。過大的水力阻力結果可能造成管道輸送能力過大而造成輸送濃度降低，而過低的水力阻力結果可能造成管道輸送能力過小而造成管道達不到設計輸送能力。2)管徑在設計流速范圍內沿管道線路的合理布局，以此滿足管道線路的坡度變化以便實現管道壓力的降低。3)如果不需要儲存和調節物料，管道起點直

8、接連接濃縮機的底流管道，可以大大簡化首站的工藝流程，而且管道系統更容易操作，大大節省運行維護費用。4)管道沖洗水需要足夠水量和壓力。一般情況下儲存的沖洗水水量要大于管道全線容積的1.5倍，而沖洗水壓力能夠足以在水推漿工況下不會造成流速的降低。5)為了避免高濃度情況下產生管道阻力的增加，管道首站需要設計自動稀釋系統，以防過高濃度的礦漿進入管道而造成管道堵塞。如果選礦廠的產能低于管道的輸送產能，管道的輸送濃度會自動降低。6)管道沿線的關鍵位置需要設計壓力監測站，以便實時觀察管道的壓力變化。在管道線路的低點即管道壓力最高處，加之U型彎的風險，可以考慮設置事故池。7)管道的消能通過管道的流速變化（在容

9、許的范圍內）實現，管道終端設置消能站作為調節管道輸送流量即產能的手段。8)管道進出口濃度儀與流量計必不可少，可隨時觀測管道的流態和礦漿濃度變化是否正常，并且以此通過在線監測系統實時分析管道是否處于正常狀態，如有異?？勺詣訄缶?。9)終端事故池容積至少大于管道系統容積的2.5倍，以便在極端情況下事故池能夠容納管道內的所有礦漿和沖洗水。2023第五屆漿體濃縮與管道輸送技術研討會工程案例（本人參與設計的項目）注：智利Los Pelambres銅尾礦輸送管道，49km，DN900,2009年運行至今智利Las Brances銅礦原礦輸送管道，52km，DN650,2010運行至今馬達加斯加Ambatov

10、y鎳土礦輸送管道，212公里,DN600,2011運行至今四川攀枝花中禾礦業鐵精礦自流輸送管道，11km，2020年運行至今云南利鋅礦業鐵精礦輸送管道，19km，2000m落差，施工建設中河南欒川龍宇鉬業鉬尾礦輸送管道，12km，DN400,已完成可研新疆敦德礦業鐵原礦自流輸送管道，21km，DN300,已完成可研四川雅江木絨鋰精礦自流輸送管道，32km，DN200，已完成可研秘魯邦溝鐵精礦自流輸送管道，38km，DN600,已完成可研 2023第五屆漿體濃縮與管道輸送技術研討會1.管線落差坡度小于1%不能實現自流：科學事實是實現自流的必要條件是管線的落差坡度大于或大于管道阻力水力坡度，沒有一

11、個定量標準。2.需要泵來啟動后才能自流：科學事實是礦漿形成膏體之前都是牛頓體，屈服應力的初始值為零，完全不需要泵來啟動。3.沒有足夠的推力容易出現管道堵塞：科學事實是管道堵塞與礦漿流速有關，大坡度的自流輸送流速高反而更沒有堵塞的可能性。4.管道壓力低安全性差：科學事實是低壓管道風險更低，高壓管道的設計通常按30%的壓力安全余量來設計，而自流輸送管道由于壓力低，管道的最大容許最大壓力通常按100%以余量來保障。5.沒有泵無法打通自流輸送管道堵塞：科學事實是由于自流輸送管道的地形落差很大在管道因特殊原因出現堵塞后，地形落差產生的壓力更容易疏通堵塞管道。成都科斯管道工程技術有限公司成都科斯管道工程技術有限公司