Многоступенчатая перекачка шламов центробежными насосами WARMAN

В процессе обогащения минерального сырья возникает необходимость в перекачивании больших объемов шлама на дальние расстояния. Чаще всего транспортируются в хвостохранилища хвосты обогащения. При этом из-за значительной длины трубопроводов и сложного рельефа местности сопротивления в пульповоде бывают настолько высоки, что напора одного насоса для подачи транспортируемого материала бывает часто недостаточно (оптимальный напор для одного центробежного насоса составляет 50-60 м, хотя иногда, в зависимости от абразивности шлама, применяется напор до 100 м).

В таком случае используется более одного насоса на линии, т.е. применяется так называемая многоступенчатая перекачка. Пульпа проходит последовательно через несколько насосов. При этом напор, создаваемый в трубопроводе, складывается из напоров всех насосов, что обеспечивает перекачку шламов на большие расстояния.

Для транспортировки шламов через трубопроводы могут быть использованы две основные базовые схемы установки центробежных насосов:

а) насосы низкого давления устанавливаются на равных расстояниях на всем протяжении трубопровода;

б) насосы высокого давления устанавливаются в виде многоступенчатых станций.

Первая схема позволяет использовать насосы низкого давления с более дешевой первоначальной стоимостью, а также трубы низкого давления (асбоцементные, пластиковые, тонкостенные стальные). При этом возможно использование насосов с «динамическим уплотнением вала» в случае, если промежуточные зумпфы установлены на каждой промежуточной насосной станции.

К недостаткам этой схемы следует отнести:

· дополнительные капитальные затраты на строительство зданий, установку зумпфов, подъемного и иного оборудования каждой насосной станции;

· дополнительные текущие затраты на содержание станций, обеспечение их энергией, отоплением, водой и т.д.;

· дополнительные затраты на комплектацию каждого насоса регулятором частоты оборотов в случаях, если необходимо изменение характеристик напор/подача;

· дополнительные затраты на перевозку персонала, инструмента и запчастей между станциями;

· вероятность переливов и  блокировки трубопроводов, особенно на станциях, расположенных вниз по склону из-за неравномерных изменений характеристик напор/подача при неравномерном износе насосов;

· существенное влияние на работу всей системы при падении производительности одного насоса (скажем, по причине износа);

· наличие системы подачи уплотняющей воды для сальников в каждой насосной станции.

Вторая схема установки насосов обеспечивает:

· снижение затрат на строительство зданий и установку оборудования (строительство только одной станции);

· снижение затрат на установку и обеспечение энергопитанием, тепло- и водоснабжением. Минимум обслуживающего персонала для обеспечения работы только одной станции;

· регулирование подачи/напора установкой регулятора частоты оборотов лишь одного насоса.

При этом снижение напора одного насоса (вследствие износа) обычно серьезно не влияет на работу всей системы.

К недостатками второй схемы относится следующее:

· необходимость установки толстостенных труб для выдерживания высокого давления, по крайней мере, на первом отрезке трубопровода;

· использование динамического уплотнения сальника лишь в насосе 1-й ступени. Для остальных необходима подача уплотняющей воды.

Так как установка по схеме «а» достаточно типична и не требует особых разъяснений, то в дальнейшем рассмотрим вариант «б» и особенности его работы.

Особенности конструкции  центробежных насосов  высокого давления

При многоступенчатой перекачке необходимо использование насосов, способных выдержать высокое давление, как правило, начиная с третьей ступени и выше. Фирмой WARMAN сконструирован ряд насосов на базе насосов АН, но с модифицированным корпусом, способным выдерживать высокие давления. Они известны как АНР и АНРР (табл. 1) и позволяют увеличивать число насосов, работающих на одной насосной станции.

К характерным особенностям конструкции насосов фирмы WARMAN следует отнести:

· футеровку корпуса.  Наличие футеровки позволяет использовать ее до полного износа, исключая необходимость более ранней замены из-за недостаточной прочности. В случае образования пробоины в футеровке наружный корпус предотвратит протечку под высоким давлением, что обеспечивает безопасность при работе с агрессивными и коррозионными шламами. При этом стоимость замены футеровки значительно ниже, так как ей не требуется высокая прочность, как у цельного корпуса, и, соответственно, вес ее гораздо меньше;

· возможность использования футеровки из различных материалов. Это позволяет выбрать материал, наилучшим образом подходящий для сопротивления износу в конкретных условиях. Так, твердый белый чугун (А05, А12) наилучшим образом противостоит абразивному износу при перекачке грубых абразивных шламов, при менее хрупких материалах могут быть использованы хромисто-молибденовые стали (А25). При обработке тонких шламов оптимальную износоустойчивость обеспечивают как натуральные, так и синтетические эластомеры. Следует отметить, что использование эластомерных футеровок по ряду причин может быть ограничено для типов насосов, предполагающих наличие двойных стенок. Однако все насосы WARMAN сконструированы таким образом, чтобы предотвратить вытеснение полимерных футеровок из корпуса под действием высокого давления;

· применение подшипников, предназначенных для работы в тяжелых условиях. Подобные подшипники необходимы, так как осевая нагрузка на последних стадиях многоступенчатой перекачки будет значительной, благодаря суммарному давлению нагнетания предыдущих насосов, действующему на область вала ;

· возможность применения сальникового и механического уплотнений. Сальниковые уплотнения подходят для работы под давлением до 7000 kPa. Механические уплотнения могут использоваться только для шламов с очень мелкими частицами и низкой концентрацией твердого.

Компоновка насосных станций

Для компоновки нескольких насосов в серии существуют два варианта (рис.1):

· параллельная установка валов (насосы располагаются параллельно друг другу);

· установка валов под прямым углом (насосы устанавливаются перпендикулярно друг другу).

Выбор схемы расположения насосов осуществляется в зависимости от размеров и конфигурации насосной станции.

Параллельная установка дает возможность доступа с задней части насоса (рис. 1а). Такая схема более компактна и дает возможность разместить все насосы на одном уровне. Трубопровод обвязки насосов может быть без устройств, выравнивающих деформации корпусов насосов. Однако при перекачке абразивных шламов могут возникнуть проблемы с износом обвязывающего трубопровода в местах отводов.

При перпендикулярной установке (рис. 1б) насосы должны устанавливаться на разных уровнях, соответствующих расстоянию от оси вала до оси нагнетательного патрубка. Обвязка насосов в этом случае должна иметь податливые соединения для компенсации возможных деформаций корпусов насосов. Установка под прямым углом предполагает прямолинейные трубопроводные обвязки, обеспечивающие оптимальную износостойкость.

Особенности работы

Особое внимание следует уделять процедуре пуска насосов при незаполненном трубопроводе. Одновременный пуск всех насосов в условиях, когда в длинном трубопроводе еще не создано сопротивление, приведет к долговременной перегрузке насосов и вызовет отказ двигателей.

Запуск насосов в этом случае должен происходить последовательно, через определенные промежутки времени, по мере заполнения трубопровода. В каждом конкретном случае должна быть выработана своя процедура пуска, исходя из характеристик насосов и их приводов, характеристик шлама (в случае, если пуск планируется проводить непосредственно по шламу, а не по воде), а также характеристик трубопровода.

Применение на первой ступени привода с регулятором частоты оборотов позволит существенно упростить процедуру пуска, да и в дальнейшем «подстраивать» режим работы насосной станции под колебания в работе обогатительной фабрики.

Перекачка минеральных шламов по трубопроводам является возможной альтернативой другим способам транспортировки, особенно в районах, где обычная транспортировка затруднена.

Транспортировка хвостов по трубопроводу — одна из областей промышленности, для которой центробежная перекачка шламов является наиболее подходящей из-за сочетания грубых абразивных частиц с большими объемами перекачивания.

Насосы WARMAN обеспечивают безопасную, надежную и экономичную работу во время многоступенчатой перекачки. В табл.2 представлены компании, использующие установки многоступенчатой перекачки на базе шламовых насосов WARMAN.

В России на перерабатывающих фабриках работает большое количество оборудования производства WARMAN. Так, на Куранахской ЗИФ АК «Алданзолото» (рис. 2) хвосты обогащения транспортируются двумя насосами WARMAN 14/12G-АН, а на фабрике Кубака (Магаданская обл.) четырехступенчатая установка 4 х WARMAN 4/3 R-HHXP перекачивает хвосты обогащения (концентрация до 65% твердого по весу) с фабрики в финальный сгуститель.

Специалисты WARMAN в России готовы оказать помощь своим клиентам на всех этапах, включая выбор подходящего оборудования, оптимизацию режима его работы, обучение персонала и поставку запасных частей и комплектующих в течение всего срока работы оборудования.

Журнал "Горная Промышленность" №5 1998