对我国长距离浆体管道输送工程设计的思考-论文发表

对我国长距离浆体管道输送工程设计的思考
王臣王靖文
鞍山冶金设计研究院有限责任公司辽宁鞍山 114045
摘要：固体物料（浆体）管道长距离输送工程的设计在我国起步较晚，但进步较快。文中对尖山铁精矿外运方案进行了比较，最终选定长距离、大流量、高浓度管道运输方案。并对泵型选择、管道参数的确定等均作了较详细的论述。对今后浆体管道输送设计有较大的参考意义。
关键词：浆体管道高浓度大流量长距离
中图分类号文献标识码文章编号
Design of long distance slurry transportation pipeline in China
WANG Chen、WANG Jing wen
(Anshan Metallurgical Desigh & Research Institute Company Ltd,Anshan 114045,Liaoning,China)Abstract:The design of transportation of solid material(as slurry)via long distance pipeline began in China rather late but is developed rapidly.The schemes of Jianshan Mine?s iron ore concentrate transportation are compared.And finally,the scheme of long distance,high flow rate and high slurry concentration pipeline transportation is chosen.The selection of pump type and the determining of pipeline parameters are explained in details that are referential for design of slurry pipeline transportation in the future.
Keywords:slurry pipeline;high concentration;high flow rate;long distance

我国长距离（102km）浆体管道输送铁精矿工程，山西太钢于1996年6月30日破土动工，历时1年时间于1997年6月29日竣工投产，1998年输送精矿粉128万t，1999年输送精矿粉达到设计规模161万t。投产多年来，管道输送运行良好，经营费用较低，管理简单，具有建设速度快等优点。
一、太钢尖山铁矿精矿粉外运方案设计
太钢尖山铁精矿选矿厂处理原矿400万t/a，年产铁精矿粉161万t/a，采用什么运输方式将精矿粉运到100余公里以外的太钢，设计单位鞍山冶金设计研究院选择管道、铁路和铁公路等三个运输方案进行了全面的技术经济比较论证，优选（表1），最后推荐管道输送方案。1992年冶金部以（92）冶建字第717号文批准尖山铁矿精矿输送采用管道方案，1993年4月太钢邀请美国管道系统公司（PSI）技术咨询，对尖山铁精矿浆管道输送的国内设计方案及主要技术内容进行了评审认定。1994年2月国家原材料投资公司和原冶金部以原投设（94）19号文批准太钢尖山铁矿精矿管道输送初步设计。随后开展了管道线路选线和设备订购及施工图设计等准备工作。从1996年6月30日破土动工，历时1年时间于1997年6月29日竣工投产，年完成精矿粉输送量161万t。
表1尖山铁矿精矿外运方案比较表
序号项目名称单位管道输送方案铁、公路方案铁路方案各方案技术条件1年运精矿量万t/a1611611612损失率%05?52?03到太钢精矿量万t/a161152?15157?84运距：管道km102--公路km-50?0-铁路km-55?099?0二各方案相对可比较项目投资1管道输送系统（包括首站、终站设备设施等）万元20222?54--2尖山矿至马家庄公路万元4804804803马家庄至镇城底公路万元-2057?75-4镇城底站改造万元-1821?1-5尖山矿铁路专用线万元--13161?96镇西段铁路专用线万元--25092?87辅助生产设备万元-140-8过滤及矿槽万元包括在1项中130013009太钢自备矿车万元-1000-10太钢自备汽车万元-2360-11汽修设施汽车保养设施万元-780-汽车大修设施万元-570-太钢自备机车万元--60012临时矿槽过滤万元1040--小计万元21742?5416508?8541634?713建设期利息万元1520?711154?682912?0合计万元23263?2517663?5344546?7单位精矿粉投资元/t144?5116?1282?3三年生产经营费1管道输送万t/a1040--2还本付息万t/a2714?142060?755197?123矿损万t/a01362?9492?84汽车运输万t/a-2415?0-5汽车装卸费万t/a-161?0-6铁路运费万t/a-1016?841016?847铁路装卸费万t/a-225?4225?48铁路专用线万t/a--2873?83合计万元3754?047241?899806?01单位精矿粉经营费元/t23?3247?662?14四优劣顺序123
二、铁精矿管道输送系统
太钢尖山铁精矿管道工程，首接尖山铁矿制浆厂，终到太原市太钢脱水厂，管道全长10437km。整个工程分为前处理系统、中间管输系统、后处理系统三部分组成。来自选矿厂主厂房的铁精矿浆经矿浆制泵输系统由高压泵站主泵将铁精矿浆泵入主管线，经长度为102km输送到太钢厂区内后处理系统，经浓缩过滤后用胶带运输机将铁精矿粉送至太钢原料场地。整个管道输送系统分三部分组成：
（1）前处理系统
?30m和?18m浓缩池、底流泵站、搅拌槽、主泵站、自循环水泵站、石灰乳制备设施，事故池及6000m3精矿管道冲洗水池等。
（2）中间管道输送系统
途径地形复杂，多为沟谷与河滩，管道沿汾河谷走向敷设，最大坡度为10%，高差525m。管道沿途径平原段62?37km，山区段42km，并穿铁路150m，穿公路310m，穿中型河流18次（总长3?44km），小型河流12次，穿过17处隧道共15?159km，栈桥3km，有钢悬素、悬缆跨越处8处（1479m），梁式跨越550m，桥挂跨越860m。管材主泵站外输的前10km管道是采用?232?8mm阿根廷引进的高压厚壁管材（重843t），其余92km管道管材是采用我国宝钢生产的AP15L-X-60钢板，由宝鸡钢管厂加工成?229?7mm符合美国石油学会API标准的直焊缝钢管（重4588t），全线管材总重量为5431t。另外，特殊管段（15km）采用阴极保护。管道大部分采用埋地式敷设，埋地管道采用高密度聚乙烯夹克层防腐，架空段采用聚氨酯泡沫保温，外包环氧煤沥青防腐层及镀锌铁皮保护层。
（3）后处理系统
流态化矿浆仓、过滤车间、?30m浓缩、底流泵站、转运站、通廊、自循环水泵站、污水处理间、终端阀站等设施。
设计中采用了我国独创的流态化矿仓对矿浆进行搅拌（矿浆仓直径9?2m，高度19m，有效容积1000m3)它无功力搅拌，能代替大型搅拌槽的功能。在后处理系统中用4台流态化矿仓取代2台大型进口机械搅拌槽，这不仅节省进口设备的投资，又节省电能。
三、引进技术与设备
选用泵型及主泵数量，应遵循各种泵型在技术上的适用性和经济上的合理性为原则。首先应满足输送系统运行制度和运行工况的适用性；其次是各种泵型对物料粒度浓度和腐蚀性的适用范围及其可靠性；再次，还要满足泵型效率，易磨损件及费用最低，泵的流量、扬程范围工程投资等。在上述原则下，从宏观上初步确定可选泵型，然后再深入工作选型。
主泵（高压泵）引进荷兰吉霍泵厂生产的活塞隔膜泵（1台）是当时世界上最先进的设备，用1台泵即可满足将精矿浆从尖山铁矿经管道输送到太钢的流量及压头的需要。此外，还从美国、加拿大等国引进了大型搅拌机（2台）、大型盘式真空过滤机（3台）、高低压矿浆阀等。针对尖山铁精矿浆管道输送量大、浓度高、输送距离长、管道密闭输送等特点，设计中采用了从美国管道系统公司（PSI）引进一套最先进的自动控制系统软件及硬件，即监控数据采集系统（Supervisory Control and Data Acquisition)，简称SCADA。
SCADA系统由可编程控制器（PLC）、人机接口（MMI）、监控计算机（软件系统站）、打印机、远程数据通讯、检测仪表和控制单元等组成。主要检测控制矿浆贮备池、脱氧剂槽、喂料泵、主泵、分配器入口阀等共29个项目。该系统通过计算机对整个管输系统的各个环节运转进行全自动控制，以保证管道运行长期安全可靠。
四、关于泵站段数与设备国产化问题
对于长距离浆体管道输送系统，是引用引进泵还是采用国产泵，是泵型选择的又一优化设计问题，选择何种泵型的基本出发点是两个先决条件，一在技术上具有运行上的可靠性，这是技术条件；二是在经济上投资少、运行费用低，这是经济条件。这两者缺一不可，而决不能为引进而引进。现就鞍山冶金院当年完成的尖山铁矿管道输送工程设计方案为例进行论述。
该工程的基本条件是：精确比重为4?76，精矿的加权平均精度为0?027mm，年输送能力要求为200万t，小时输送能力要求为250t，运距为101?4km，输送高差为负500m。
经综合比较，最经济的输送浓度为56%，管道外径为273mm无缝钢管，通过三个方案进行比较：即一段引进泵方案、二级引进泵方案，两段泵国产泵方案。引进泵采用活塞隔膜泵，国产泵采用油隔离泵其比较结果列于表2。
表2管道输送工程方案比较
项目第一方案
（一级引进泵）第二方案
（两级引进泵）第三方案
（两级国产泵）10963117997131运营费（万元）11201246960投资差（万元）0836-3832运营费差（万元）0126-160管道重量差（t）0-1200-1200
从方案比较可知，采用第三方案最经济，不但可节省投资3832万元，而且可降低年运营费160万t/a是别选择的最佳方案。国产油隔离泵是公认的先进泵型，我国已有多年的设计制造经验，选矿厂是三段磨矿工艺，尾矿粒度比精矿粒度粗得多，尾矿浓度也大于精矿体积浓度，油隔离泵在茂山铁矿已有20多年成功经验，可以认定是一种可靠的泵型。
五、精矿管道输送系统工程投资
太钢尖山铁矿精矿管道输送系统工程，首接尖山铁矿制浆厂，终到太原市太钢脱水厂，管道全长104?37km。整个工程分为前处理系统，中间管输系统，后处理系统三部分组成。即为本工程的投资范围，调整后的总概算为53232万元，其中前处理系统6043万元，中间管线工程12872万元，后处理系统4325万元，共用工程6210万元，福利设施1326万元，工器具购置费40万元，以上第一部分费用合计30818万元；第二部分费用合计9515万元（包括土地征购补偿费，建设单位管理费，职工培训费，勘察设计费，引进设备其它费，联合试运费等项），以上第一、二部分合计40334万元；其它不可预见费、三材差价、单项材料找差、电价找差、储备贷款利息、外汇贷款利息、建设期利息及投资方向调节税等费用为12898万元。
六、精矿管道输送运营经济效果
尖山铁矿精矿管道输送工程投产以来运行良好，1998年管道输送精矿粉128万t,于1999年精矿输送精矿粉161万t，达到设计规模。运营精矿成本每吨15元左右，用汽车从尖山选厂运至太钢每吨精矿粉运费60元左右。每吨运费省45元，每年管道运营可节省经营费7000多万元，如果考虑汽车运输精矿粉的损失，占总运量的40%计，每年损失精矿粉644万t。也就是说每年管道输送精矿粉基本不损失，每年可多提供644万t精矿粉供给太钢，节省外购精矿粉费用4508万元（外购价按700元/t计），可见管道输送精矿粉综合经济效益更好。
七、结论
长距离管道输送的经济浓度与主泵选型量优化设计的重要组成部分，这关系到工程投产后，在技术上的可靠性、经济上合理性，这是设计工作的核心问题，设计单位和建设单位，在选择设计方案和推荐设计方案时，必须认真对待的问题。现结合尖山工程设计、建设及达产期的成功经验结论如下。
（1）长距离（102km）大流量（250t/h）高浓度56%，管径273mm无缝管道输送矿浆的管道方案设计是成功的。它优越于铁汽方案。即采用一段加压泵方案符合国情的，我国应尽快研制大流量高扬程的油隔离泵和活塞隔离泵，为发展我国的浆体管道输送技术立足于国产化。
（2）设计作出后，由建设单位请美国PSI公司对设计进行审评，其修改内容其将浓度为65%管道外径改为229?7mm采用活塞隔膜一段输送是不经济的。并在技术上完不成预定的精矿输送量要求。