大型漿體輸送泵站設(shè)計(jì)運(yùn)行總結(jié)

高 偉，李緒忠，陳 林

（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

某礦漿管道輸送系統(tǒng)由1個(gè)加壓泵站、事故池、終端站和管線組成，泵站內(nèi)設(shè)4臺額定壓力8.5MPa、額定流量685m3/h的隔膜泵，2臺離心式渣漿泵，2臺容積2000m3礦漿攪拌罐及其相應(yīng)電氣控制設(shè)備，管道直徑530mm，長約30km，對該系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)行重點(diǎn)是在滿足相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的前提下考核離心泵、隔膜泵等設(shè)備單機(jī)的性能參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)、生產(chǎn)要求[1]。某礦漿管道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)在試運(yùn)行前，工藝、設(shè)備故障的應(yīng)急預(yù)案處理更是關(guān)系到項(xiàng)目試運(yùn)行的成敗的關(guān)鍵。本文針對可能出現(xiàn)的各類故障作出了分析總結(jié)，最終順利完成了試運(yùn)行任務(wù)。

1 主泵的設(shè)計(jì)選型

選用4臺正排量活塞隔膜泵，采用調(diào)速電機(jī)驅(qū)動。正常情況下，3臺工作1臺備用，泵的工作能力為90%，4臺泵也可以同時(shí)并聯(lián)運(yùn)行以減少部件的磨損，當(dāng)其中的一臺需要維修時(shí)，它的轉(zhuǎn)速將不斷的減少而另外3臺泵的轉(zhuǎn)速將自動加速用于補(bǔ)償和保持到所設(shè)置的流量。在每臺泵的吸入端單獨(dú)連接沖洗水裝置，當(dāng)泵需要維修時(shí)，沖洗水裝置可以將泵中的礦漿沖走。

2 喂料泵故障-泵站

當(dāng)泵站一臺喂料泵跳停時(shí)，主泵會因入口壓力低跳停，并且自動發(fā)起主泵停車。操作員必須開啟備用喂料泵，接著重新啟動主泵。在運(yùn)行期間，喂料泵可能會跳停。如果這是大環(huán)境造成的問題（如電力故障），所有泵站內(nèi)的設(shè)備（包括主泵在內(nèi)）都將停車。如果只是局部的問題（僅影響到喂料泵）造成，則需要采取緊急行動。如果在泵送水時(shí)喂料泵出故障離線，工藝水供水壓力可能足夠高可維持主泵入口適宜的流量。主泵入口壓力必須保持在450 kPa以上，否則將會停車。不論主泵是否跳停，管道操作員都必須分析喂料泵跳停的原因。如果原因不明顯，操作員應(yīng)嘗試重新啟動喂料泵。假如重啟失敗，操作員必須按照規(guī)定的操作步驟切換到備用喂料泵。如果兩臺喂料泵都啟動不了，應(yīng)立即切換到泵送水（如果不是正在輸送水）?？梢酝ㄟ^打開沖洗水閥以及關(guān)閉相關(guān)的攪拌槽出口閥門來完成切換操作。對喂料泵問題進(jìn)行調(diào)查的同時(shí)，應(yīng)繼續(xù)泵送水。如果主泵跳停，在切換成輸水后應(yīng)重新啟動它們。之后，在切換為礦漿前，必須啟動一臺喂料泵。

3 主泵故障

3.1 單臺泵故障

如果單臺泵出現(xiàn)故障，而其它泵仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，控制系統(tǒng)將自動提高運(yùn)轉(zhuǎn)泵的轉(zhuǎn)速盡力維持流量，但是可能仍需要操作員開啟備用泵，以提供足夠的流量（如果不是四臺泵同時(shí)在運(yùn)轉(zhuǎn)）。

3.2 自動模式

正常情況下是在自動模式下泵送物料。在該模式下，操作員選擇泵速或體積流量，SCADA系統(tǒng)將自動在操作員所選的設(shè)定值下監(jiān)控和維持主泵運(yùn)行。通常，四臺主泵有三臺泵在運(yùn)行。這一節(jié)討論SCADA系統(tǒng)和操作員對單臺泵停車作出的反應(yīng)。在自動模式下，SCADA系統(tǒng)會盡力維持一個(gè)穩(wěn)定的、同操作員設(shè)定值相匹配的管道流量。泵速會自動調(diào)整以保持設(shè)定的流速。當(dāng)四臺主泵中的一臺跳停離線后，SCADA系統(tǒng)會盡力提高剩余主泵的泵速來達(dá)到設(shè)定的流量。主泵的規(guī)格能滿足四臺泵同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)就能夠達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的泵送速度以滿足管道1841m3/h的設(shè)計(jì)流量。在正常情況下，四臺泵以設(shè)計(jì)流量自動運(yùn)行。因此，SCADA系統(tǒng)將緩慢提高尚在運(yùn)行的主泵泵速到100%，達(dá)到685 m3/h的流量。備用泵必須在相對短的時(shí)間手動啟動，使管道流量回復(fù)到最小流量以上，確保安全運(yùn)行。不能故意讓主泵超過100%的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。當(dāng)操作員重新開啟跳停的泵或備用泵時(shí)，SCADA系統(tǒng)將在緩慢提高第四臺主泵泵速的同時(shí)，慢慢降低運(yùn)行的那臺泵的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)將在操作員設(shè)定值下重新恢復(fù)運(yùn)行。如果第二臺泵在第一臺泵跳停期間也停止了，那么所有主泵和喂料泵需要緊急停車，管道中的礦漿也需要放空至事故池。

3.3 手動模式

“連打”模式要求至少一臺泵處于自動模式。如果主泵在手動模式下運(yùn)行，操作員必須設(shè)定四臺運(yùn)轉(zhuǎn)泵的速度。如果一臺泵跳停，其余三臺泵繼續(xù)以操作員設(shè)定的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。泵的速度必須增加泵速，使管道在最小輸送流速以上運(yùn)行。如果有兩臺泵或三臺泵在手動模式下運(yùn)行，而處于手動模式的泵正好是那臺仍在運(yùn)行的泵，那么第四臺泵需在5分鐘之內(nèi)啟動，否則SCADA系統(tǒng)將自動將運(yùn)行泵的泵速緩慢降到0。

4 主泵過壓

有4種獨(dú)立的方法可保護(hù)主泵過壓。

（1）出口壓力控制優(yōu)先可令泵速降低，以避免高壓。

（2）主泵電機(jī)在高-高壓力下將由泵站PLC停止，所有站內(nèi)主泵都將停止，自動發(fā)起緊急停車。

（3）如果其它保護(hù)全部失靈，那么主泵內(nèi)部的安全閥門將提供出口壓力保護(hù)。盡管這時(shí)電機(jī)和泵都在轉(zhuǎn)動，但是泵將停止排料。根據(jù)泵速計(jì)算得出的流量仍然保持，但是流量表的讀數(shù)會顯著降低。這種情況將觸發(fā)緊急停車程序。

（4）通過降低轉(zhuǎn)速將VFD的扭矩設(shè)置在限制點(diǎn)。

5 電源失效

泵站和終端都與輸電網(wǎng)連接。由于每臺設(shè)備都是獨(dú)立供電，所有設(shè)施同時(shí)斷電的可能性很小。

下面章節(jié)討論了管道沿線不同位置停電帶來的影響。

5.1 泵站

泵站發(fā)生電力故障會使泵站內(nèi)所有設(shè)備跳停。SCADA系統(tǒng)備有UPS，（如果需要）管道操作員可通過遠(yuǎn)程控制使管道系統(tǒng)停車。管道操作員在采取行動前應(yīng)判斷電力故障的程度?？赡苁且?yàn)殡娫床▌訉?dǎo)致停電，這種故障會很快得到糾正，使泵站設(shè)備迅速重啟。在這種情況下，不應(yīng)讓管道系統(tǒng)停車，并且應(yīng)盡快恢復(fù)泵站的運(yùn)行。如果斷電預(yù)計(jì)超過5分鐘，管道就該停車。注意，泵站的儀表與UPS系統(tǒng)相連，如果問題未能及時(shí)得以糾正，管道低流量將引發(fā)管道系統(tǒng)5分鐘后自動停車。萬一長期停電，沒有緊急供電系統(tǒng)可用。注意，如果長時(shí)間停車（超過15分鐘），所有泵站設(shè)備應(yīng)進(jìn)行沖洗，以避免重啟困難。

5.2 壓力監(jiān)測站停電

中間壓力監(jiān)測站暫時(shí)停電不需要讓管道系統(tǒng)停車，但是，如果這時(shí)正在輸送批量水，如果壓力監(jiān)測站斷電，則不能監(jiān)控加速流。批量位置可以用管道顧問系統(tǒng)跟蹤，以及必要時(shí)使用或取消使用消能孔板。

5.3 終端停電

如果終端站停電，管道能夠繼續(xù)運(yùn)行。應(yīng)該密切跟蹤管道中沖洗水批量位置。終端儀表都由UPS供電。萬一停電，UPS可以作為備用電源使儀表繼續(xù)工作。站內(nèi)閥門會保持在“停電前的位置”，需要手動操作。所有的泵都會停車直到恢復(fù)供電。

6 長時(shí)間停車

設(shè)計(jì)安裝的管道在短期停車（不超過4小時(shí)）后不會有重啟困難。通常是通過限制管道的安裝坡度而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)?shù)V漿在管道中停止流動時(shí)，礦漿顆粒一般會就地沉降，而不會向低點(diǎn)聚集而導(dǎo)致堵管的可能性。更長時(shí)間的停車也是可行的。很多商業(yè)運(yùn)行管道都能實(shí)現(xiàn)帶漿停車24小時(shí)而不會有重啟困難，甚至有的管道在帶漿停車長達(dá)72小時(shí)后仍然能夠重啟。在管道調(diào)試期間的測試將確定管道停車和再啟動的一些特性。這些信息將與其它管道的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用于估計(jì)本管道的安全停車時(shí)間。管道帶漿停車不應(yīng)屬于正常操作的一部分（即作為一種控制輸送量的手段）。如果需要帶漿停車（緊急操作的結(jié)果），則必須盡量縮短停車時(shí)間。避免管道在輸送同一批礦漿時(shí)停車2次，是非常重要的。因?yàn)楣艿澜?jīng)歷一次停車，礦漿漿的均質(zhì)特性就損失一部分，第二次停車就會更加嚴(yán)重，于是增加了堵管的可能或者造成再啟動困難。如果停車時(shí)間超過4小時(shí)，管道應(yīng)該以最大或者接近最大輸送能力運(yùn)行，以替換管道停車時(shí)滯留其中的物料。流速增加會增強(qiáng)紊流，從而促使固體顆粒重新懸浮起來。應(yīng)監(jiān)控管道沿線的壓力下降情況，并與歷史數(shù)據(jù)對比，確保管道中沉降的固體顆粒已被沖出管道。在運(yùn)行過程中長期停車時(shí)必須放空管道。

7 通訊失效

如果所有的通訊失效，所有系統(tǒng)會保持失效前的狀態(tài)，泵送不會中斷。如果是系統(tǒng)范圍內(nèi)的通訊失效，有經(jīng)驗(yàn)的操作員會根據(jù)通過地面通訊從泵站接收到的指示對泵站和終端進(jìn)行就地操作。

7.1 光纖電纜割斷

從泵站到終端沿管線作業(yè)帶（與管道相同的管溝）均安裝了光纖通訊電纜。雖然電纜做了標(biāo)記，并且會受到管道的保護(hù)，但是仍有可能因?yàn)閿鄬游灰?、滑坡、第三方開挖以及其它事件而被切斷。在正常運(yùn)行條件下，泵站的PLC向操作員發(fā)送指令并且接收從壓力監(jiān)測站和終端傳回的工藝數(shù)據(jù)。這些信號都是通過光纖電纜傳輸?shù)?。如果電纜被切割，有可能所以芯都被切斷，于是其下游的所有站點(diǎn)都不能和泵站的PLC進(jìn)行通訊。如果光纖被切斷，其下游的所有站點(diǎn)在SCADA系統(tǒng)上都將變黑。然后SCADA系統(tǒng)將通過電話聯(lián)絡(luò)獲取這些站點(diǎn)的數(shù)據(jù)。由于斷點(diǎn)下游的光纖是完整的，斷點(diǎn)后面所有站點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以通過終端PLC和備用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與泵站的PLC之間的傳輸。對于管道操作員來說，從光纖向備用通訊系統(tǒng)的過渡應(yīng)該是不留痕跡的—因?yàn)椴僮鞒绦驔]有任何變化。SCADA系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)，警告電話系統(tǒng)已用于特定的站點(diǎn)，由此可識別光纜被切斷的可能位置。管道應(yīng)該在沒有明顯改變的情況下繼續(xù)運(yùn)行。

7.2 站點(diǎn)故障

如果由于某種原因，泵站和終端站的連接被切斷，終端站的SCADA系統(tǒng)會自動使閥門停留在通訊中斷之前的最后位置。如果需要管道停車，則終端站閥門必須手動操作。

光纖連接的地方應(yīng)設(shè)置固定器。

8 結(jié)語

編制完備的試運(yùn)行應(yīng)急預(yù)案并進(jìn)行總結(jié)，對漿體長輸管道一次投料試運(yùn)行成功有十分重要的意義。