淺談管道輸送技術

淺談管道輸送技術

長距離管道的地板壓力輸送是20世紀50年代發(fā)展起來的一種新的運輸方式。在國外金屬礦山和煤礦得到了廣泛的應用。我國自上世紀80年代初開始關注這一新的運輸方式并規(guī)劃了幾條精礦和煤的長距離水力輸送管線。90年代相繼建成的貴州省甕福磷精礦漿體輸送管線和山西太鋼鐵精礦漿體輸送管線為我國應用長距離管道水力輸送這一經(jīng)濟先進的運輸方式開辟了道路。固體物料長距離管道水力輸送與其它陸地運輸相比,具有連續(xù)作業(yè)、運輸能力大,管道埋入地下不占土地,對沿程環(huán)境沒有污染、不受氣候條件影響以及基建投資和運營成本低等一系列優(yōu)點。特別是長距離管道水力輸送對地形適應性強,容易翻越山峰,跨越山谷及河流,是位處山區(qū)的金屬礦山精礦外運的一種最適用和經(jīng)濟的運輸方式。1年—國內外的研究情況隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展,要求交通運輸獲得相應的發(fā)展。在傳統(tǒng)的公路、鐵路、水運、空運的運輸方式之后,石油、天然氣和固體顆粒的漿體管道輸送這一新型的運輸方式被稱作第五種運輸方式,在世界范圍內獲得迅速發(fā)展,輸送物料的范圍不斷擴大,輸送距離從短到長,輸送濃度由低到高,因而在礦山、水利、環(huán)境、化工等許多部門得到了廣泛的應用。自1970年美國建成世界上第一條輸煤管道——俄亥俄州煤漿輸送管線、1967年澳大利亞建成世界上第一條鐵精礦輸送管道——薩凡奇河鐵精礦輸送管道以來,世界上目前已建成100多條漿體管道長距離輸送管線,薩馬柯(Samarco)鐵精礦管線和黑梅薩(BlackMesa)輸煤管線最具代表性。薩馬柯管線全長399km,設有兩座泵站和兩座閥站。管線沿程地形復雜,起點標高約1000m,終點標高24m,中間翻過一座高山,最高點標高1180m。為了克服加速流,在閥站安裝了5條調壓旁路,在批量輸送時可根據(jù)壓力的變化分別串接1至5條調壓旁路。該管線設計壽命為20年,從生產(chǎn)實際情況看,壽命可達40年。黑梅薩管線全長439km,設有四座泵站。管線沿程地形復雜,中間經(jīng)過六座大小山峰和兩條河流,其標高從2000m下降到150m,最后21km高差降落914m。輸送管道管徑由457mm減至305mm,借此提高管內煤漿流速增大阻力來消除加速流。近年來該管線開始出現(xiàn)漏漿的情況,去年已關閉,其壽命近35年。隨著長距離漿體管道輸送工程的建設,國外在輸送參數(shù)、輸送工藝、輸送設備等方面開展了大量試驗研究和理論探討工作,并取得了眾多研究成果,極大地推動了漿體管道輸送技術的工程應用。國外較為有名的專門從事漿體管道輸送工程設計的公司有美國的柏克特公司(BECHTEL)、管道系統(tǒng)公司(PSI)、博而思公司(BRASS)和德國的薩爾茨吉特公司(SALZCGITTER),都擁有一套較為成熟的漿體管道輸送工程設計方法。直到上世紀80年代初我國才開始開發(fā)長距離高濃度漿體管道輸送技術,真正使?jié){體管道輸送成為我國大規(guī)模運送物料的運輸方式之一。從上世紀80年代初到90年代初,我國管道輸送工程技術人員進行了眾多礦山物料漿體管道輸送的研究、可行性分析,以及工程項目的前期準備工作,在鐵精礦方面我國完成了尖山、攀枝花、白馬、調軍臺、梅山等礦山鐵精礦漿體管道輸送試驗研究,為在90年代中期長距離漿體輸送管線的建設和我國漿體管道輸送技術的實用化奠定了堅實的基礎。從90年代初至今,我國漿體管道輸送有了長足的、突破性的發(fā)展。已從技術研發(fā)階段邁入到了實際應用的發(fā)展階段。目前我國已建成了尖山鐵精礦、甕福磷精礦、大峪口磷精礦漿體輸送管線。1997年6月29日,我國第一條鐵精礦長距離漿體輸送管道——太原鋼鐵集團(公司)尖山鐵精礦管道運輸工程順利投入生產(chǎn),成功地實現(xiàn)了重介質漿體管道輸送技術的實際應用,開創(chuàng)了我國長距離漿體管道輸送的新篇章。該管線全長102km,年輸精礦200萬t,管線沿程地形較為復雜,起點至終點標高落差525m,途中隧道17座,跨越11處,只設一座泵站。圖1為尖山管線地形情況。貴州省甕福磷精礦漿體輸送管線全長45.6km,年輸送礦量為200萬t,管線設一個泵站。管線沿程地形不十分復雜,標高落差為348m,管道內徑210mm,管線最大敷設坡度12%。管道設計壽命為25年,25年的最大磨蝕量為5mm。該管線已于1995年5月建成投入運行。2鐵精礦輸送管線建設昆鋼大紅山鐵礦位于云南省玉溪市新平彝族自治縣戛灑鎮(zhèn),緊靠哀牢山脈東側的戛灑江(紅河源江上游)東岸。采用地下開采,年采礦石400萬t,是昆鋼的主要原料來源。從礦區(qū)經(jīng)新平、玉溪至昆鋼本部公路運輸距離260km,為經(jīng)濟有效地把精礦從大紅山礦區(qū)運至昆鋼,玉溪大紅山礦業(yè)有限公司決定在“十一五”期間建設一條鐵精礦輸送管線。管線全長171km,起點海拔高度670m,終點1895m,沿程地形復雜,山巒起伏,需翻越高的山峰三座,隧道12條(最長2471m),跨越38個(最寬280m),是國內目前輸送距離最長,揚程最高、地形復雜和輸送難度最大的一條鐵精礦輸送管線。圖2為大紅山管線地形情況。大紅山管線運行的技術難點如下。2.1系統(tǒng)運行狀態(tài)大紅山管線由于終端較起點海拔標高高出近1300m,無地形位能可供利用,必須多泵站串聯(lián)運行,設計采用三級泵站串聯(lián)作業(yè)輸送方式,而且2號泵站為直接串聯(lián)。這就要求運行管理工作必須能及時掌握各泵站的運行狀態(tài),并進行適時的調節(jié)和控制。為此,除設計中對控制硬件加以考慮之外,必須通過試驗研究掌握多泵站串聯(lián)運行機制和鐵精礦漿體管道輸送參數(shù)的變化規(guī)律作為調節(jié)控制的判據(jù)。2.2保證流態(tài)穩(wěn)定該管線基本鋪設在山坡之上,非上坡則下坡,管內漿體基本處于上行流和下行流的流動狀態(tài),管線內流態(tài)復雜,存在著如何保證流態(tài)穩(wěn)定的問題。當計劃停泵或故障停泵時礦漿將停存管內,為了保證管線作業(yè)安全,防止堵管,必需掌握礦漿在上下坡管內的沉降和再浮起規(guī)律,以及管線再啟動技術,包括速度、時間和啟動過程的控制。2.3由管引水的固結劑產(chǎn)生的不穩(wěn)定物質的“u”型管效應輸送管線是按大紅山礦選廠的生產(chǎn)能力設計和建設的,而任何礦山都不可能一投產(chǎn)就達到設計生產(chǎn)能力,必然有個達產(chǎn)的過程。在達產(chǎn)前的這段期間,管線不可能正常運行而必須采用批量輸送等運行方式,會出現(xiàn)水推漿,漿推水的問題,產(chǎn)生所謂的“U”型管效應。如果這時出現(xiàn)故障停泵,管內礦漿的沉降規(guī)律則更為復雜,需要通過實驗室試驗加以研究解決,并提出合理的運行方式和控制技術。2.4改變作業(yè)參數(shù),提高輸送能力礦山投產(chǎn)后,隨著生產(chǎn)的需要和技術革新,產(chǎn)量必然會提高,這就要求輸送管線改變作業(yè)參數(shù),提高其輸送能力。改變那些參數(shù),其現(xiàn)實可能性和效果如何,調節(jié)的范圍多大等都是需要研究解決的問題。3復雜地形多級泵站輸送管線的建設和應用自1970年美國建成世界上第一條輸煤管道——俄亥俄州煤漿輸送管線以來,世界上已建成100多條漿體長距離輸送管線,輸送物料涉及鐵精礦、銅精礦、鉛鋅精礦、磷精礦、磷酸鹽、磷灰石、石灰石、煤等眾多產(chǎn)品,在冶金、化工礦山、煤礦以及水利和環(huán)境等眾多領域得到了廣泛的應用。我國自上世紀80年代開始關注這一新的運輸方式。從90年代初至今,我國漿體長距離管道輸送有了實質性、突破性的發(fā)展,已從技術研發(fā)階段邁入了實際應用的發(fā)展階段。目前我國已建成了尖山鐵精礦、翁福磷精礦、大峪口磷精礦漿體長距輸送管線?！笆晃濉逼陂g即將建成投產(chǎn)的昆鋼大紅山鐵精礦輸送管線將為我國復雜地形多級泵站輸送管線的建設和生產(chǎn)提供新的經(jīng)驗,使我國漿體長距離輸送應用技術更上一個臺階。我國自上世紀80年代開始關注這一新的運輸方式,并進行了全長1152km、年輸煤1500萬t的長江輸煤管線,全長833km、年輸煤3000萬t的準格爾露天煤礦選煤廠輸送管線,及多條鐵精礦輸送管線的可行性研究與初步設計。但在過去計劃經(jīng)濟條件下,人們往往看重運輸方式基建投資的社會綜合效益(特別是相關地方政府對此更為重視),使以上工程經(jīng)過可行性研究與初步設計后未能很好付之實施。隨著我國改革開放的深入和經(jīng)濟轉型,在市場經(jīng)濟條件下,企業(yè)的主要目標是創(chuàng)造最大的經(jīng)濟效益和獲得最高的利潤,從而為長距離管道水力輸送的廣泛應用提供了良好的條件。對冶金礦山來說,漿體長距離輸送管線不僅能更好地適應其復雜地形,縮短實際運輸距離,降低基建投資和運營成本;并且也是選礦廠的產(chǎn)品——精礦的最優(yōu)輸送方式,既不需要脫水,也不需再進行磨礦和加工?？梢灶A見,隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和道路交通設施建設的逐步完善,漿體長距離管道輸送這一先進運輸技術必將會在我國冶金礦山獲得廣泛的應用。4金屬礦山礦山外運運輸?shù)陌l(fā)展趨勢(1)固體物料長距離管道水力輸送具有連續(xù)作業(yè)、運輸能力大、管道埋入地下不占土地、對沿程環(huán)境沒有污染、不受氣候條件的影響以及基建投資和運營