選煤廠渣漿泵機(jī)封供水系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)

翟中朝

(西山晉興能源有限責(zé)任公司 斜溝煤礦選煤廠， 山西 興縣 033602)

1概 況

斜溝煤礦選煤廠屬礦井型選煤廠，年處理原煤15.0 Mt，主要入洗8號(hào)、13號(hào)煤。采用全重介分選工藝，1.5～0.2 mm粗煤泥采用TCS智能分選機(jī)分選；-0.2 mm粒級(jí)的煤泥不分選，其中粗煤泥采用濃縮-沉降過(guò)濾離心機(jī)脫水回收，細(xì)煤泥采用濃縮-壓濾脫水回收。主要產(chǎn)品為煉焦精煤、洗混煤。全廠共有渣漿泵180臺(tái)，采用雙端面機(jī)械密封型渣漿泵34臺(tái)，其中壓濾機(jī)入料泵12臺(tái)、濾液泵8臺(tái)、煤泥水泵6臺(tái)、旋流器溢流泵8臺(tái)。34臺(tái)泵中有4種型號(hào)，壓濾入料泵型號(hào)100ZJA-I-A50，流量180 m3/h，揚(yáng)程80 m；濾液泵型號(hào)200ZJA-I-A60，流量550 m3/h，揚(yáng)程20 m；煤泥水泵型號(hào)300ZJ-I-A70，流量1 600 m3/h，揚(yáng)程32 m；旋流器溢流泵300ZJ-I-A56，流量1 050 m3/h，揚(yáng)程38 m.

2 機(jī)封供水系統(tǒng)存在問(wèn)題

1) 渣漿泵機(jī)型密封要求使用的是無(wú)污染清潔工業(yè)用水，但因礦區(qū)水源供應(yīng)不足，該廠機(jī)封供水全部采用沉淀后的中水，水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。

2) 廠內(nèi)機(jī)械密封、盤根兩種密封型式的渣漿泵共用一套供水管網(wǎng)，管線長(zhǎng)、分支多，供水壓力波動(dòng)大。

3) 蓄水箱內(nèi)水處理主要是采用抬高水泵進(jìn)口管路和定期清理的方法，效率低、效果差，使用時(shí)沉積物上浮造成二次污染。

4) 使用機(jī)械密封的34臺(tái)渣漿泵中，型號(hào)為100ZJA-I-A50的壓濾入料泵供水壓力不足，更換頻率最高。

5) 渣漿泵、沉降離心機(jī)這兩類設(shè)備的用水沒(méi)有進(jìn)行整合利用，造成清潔水的浪費(fèi)。

6) 渣漿泵機(jī)封沖洗水泵至用水終端之間有多個(gè)手動(dòng)控制閥門，因設(shè)備數(shù)量較多，常出現(xiàn)閥門漏開情況，造成機(jī)封燒毀。

3 現(xiàn)場(chǎng)使用狀況的研究分析

3.1 機(jī)械密封使用壽命分析

該廠渣漿泵輸送介質(zhì)為煤泥水，濃度200～400 g/L，參照J(rèn)B/T 4127.1—1999《機(jī)械密封技術(shù)條件》、JB/T 8723—2008《機(jī)械密封》，機(jī)械密封的使用期應(yīng)不低于1年，且按照目前制造條件，機(jī)械密封使用壽命應(yīng)達(dá)到25 000 h，正常使用壽命應(yīng)在2年。但該廠34臺(tái)渣漿泵機(jī)械密封平均使用壽命不足3個(gè)月，部分機(jī)械密封更換后7天就會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)批量更換、局部使用優(yōu)質(zhì)水試驗(yàn)、同工況對(duì)比、質(zhì)量檢查、選型調(diào)研等方式進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確定機(jī)械密封壽命短的主要原因集中在水質(zhì)和壓力上。

3.2 機(jī)械密封類型及沖洗水壓力、流量計(jì)算

1) 該廠34臺(tái)渣漿泵全部使用的是雙端面機(jī)械密封，且屬于外裝式機(jī)械密封，雙端面機(jī)械密封通過(guò)向密封腔內(nèi)注入高于介質(zhì)壓力0.05～0.15 MPa的外供封液起“堵封”和潤(rùn)滑密封端面的作用。34臺(tái)使用機(jī)械密封的渣漿泵，同時(shí)安裝有副葉輪，按照廠家設(shè)計(jì)說(shuō)明，沖洗水壓力按照P′=(P進(jìn)+P出)/2進(jìn)行計(jì)算，就可以達(dá)到介質(zhì)不外漏。沖洗水流量Q′為泵流量Q的0.1%-1%，泵輸送量較大時(shí)取小值，流量較小時(shí)取大值，但最小沖洗水水量應(yīng)不低于1 m3/h，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 機(jī)械密封沖洗水壓力及流量計(jì)算表

2) 從表1中可以看出，型號(hào)為100ZJA-I-A50的壓濾機(jī)入料泵的介質(zhì)壓力達(dá)到0.75 MPa，按雙端面機(jī)械密封對(duì)沖洗水壓力要求，沖洗水壓力最小應(yīng)為0.8 MPa，按照渣漿泵廠家設(shè)計(jì)要求，沖洗水最小壓力應(yīng)達(dá)到0.405 MPa.現(xiàn)場(chǎng)試用的水泵揚(yáng)程為50 m，且管路分支多，壓濾損耗較大，到達(dá)該泵機(jī)械密封時(shí)沖洗水壓力為0.3 MPa，小于設(shè)計(jì)要求的最小壓力，造成介質(zhì)外漏，損壞機(jī)械密封。

3) 機(jī)械密封沖洗水壓力P′的最小值按照設(shè)計(jì)說(shuō)明從表1中計(jì)取，最大值按照雙端面機(jī)械密封使用要求，以不大于介質(zhì)壓力0.15 MPa進(jìn)行計(jì)取。其最終參考取值按保證介質(zhì)不外漏的條件計(jì)取，即稍大于最小值。沖洗水流量最小不小于1 m3/h，表1中Q′較大時(shí)，按照小值計(jì)取，雙端面機(jī)械密封沖洗水流量約為0.5 L/s. 統(tǒng)籌考慮沖洗水泵選型、管網(wǎng)布置、管損等情況，可取P′和Q′標(biāo)準(zhǔn)參考值，見(jiàn)表2.

表2 機(jī)械密封沖洗水壓力及流量計(jì)取范圍表

3.3 沖洗水泵適用性及供水系統(tǒng)分析

該廠主廠房一層區(qū)域有34臺(tái)機(jī)封類渣漿泵和56臺(tái)填料密封類渣漿泵，這兩種采用不同密封型渣漿泵的密封沖洗水共用同一臺(tái)沖洗水泵，水泵流量100 m3/h，揚(yáng)程50 m. 從表1，2中可以看出，考慮管損，揚(yáng)程50 m的泵經(jīng)過(guò)管損后，壓力并不能滿足所有機(jī)封類渣漿泵的需求，尤其對(duì)于100ZJA-I-A50型號(hào)渣漿泵，其壓力過(guò)小。在渣漿泵軸密封的沖洗水管網(wǎng)及泵的選型布置上，應(yīng)依據(jù)渣漿泵的出口壓力、沖洗水流量、渣漿泵空間布置、管路損耗等進(jìn)行統(tǒng)一考慮，機(jī)械密封類渣漿泵應(yīng)與填料密封類渣漿泵在沖洗水供應(yīng)上保持獨(dú)立。

4 機(jī)封供水系統(tǒng)的優(yōu)化與實(shí)踐

4.1 機(jī)封供水系統(tǒng)分離，新增沖洗水泵

該廠34臺(tái)機(jī)械密封類渣漿泵均分在主廠房一期、二期廠房，每期廠房17臺(tái)。將34臺(tái)機(jī)械密封類渣漿泵供水系統(tǒng)各自與原有供水系統(tǒng)分離，并新增2套沖洗水泵。流量選擇按17臺(tái)同時(shí)運(yùn)行的最大工況考慮(單臺(tái)渣漿泵分支管路上不考慮安裝手動(dòng)或自動(dòng)控制閥門)，每期共需供水流量為40.8 m3/h，確定水泵的流量為50 m3/h. 水泵壓力按100ZJA-I-A50型沖洗水壓力0.45 MPa考慮，選取水泵揚(yáng)程為60 m.

4.2 選取潔凈水源并循環(huán)回收，制作緩沖沉淀水箱

對(duì)礦區(qū)清水供給情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，單日可供水量約9 200 t，廠內(nèi)單日中水補(bǔ)水量100～200 t. 主廠房一、二期各有17臺(tái)渣漿泵采用機(jī)械密封，每期單獨(dú)制作緩沖沉淀水箱。每期機(jī)械密封用水量約40.8 m3/h，17臺(tái)渣漿泵單日需供水量652.8 m3，系統(tǒng)補(bǔ)水量超出煤泥水系統(tǒng)負(fù)載，因此需對(duì)機(jī)封用水進(jìn)行回收、沉淀、再利用。按照現(xiàn)場(chǎng)布置空間可制作12 m×2 m×2.2 m的水箱，并制作隔板，對(duì)回收水進(jìn)行兩次沉淀，蓄水容積48 m3，單日循環(huán)13.6次。水箱分為3個(gè)空間，分別是回收收集箱(一次沉淀)、二次沉淀溢流箱、潔凈水箱，潔凈水箱上設(shè)補(bǔ)水管，根據(jù)水位自動(dòng)補(bǔ)水。機(jī)封運(yùn)行正常情況下，單日補(bǔ)水量小于2 t,每周對(duì)水箱進(jìn)行置換2次，平均單日排入煤泥水系統(tǒng)的水約13.7 t，單日補(bǔ)水量及排水量遠(yuǎn)小于礦區(qū)供水量和廠內(nèi)補(bǔ)水量，因此可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)情況對(duì)水箱內(nèi)的水進(jìn)行多次置換，且可應(yīng)對(duì)機(jī)封外漏后的水源多次置換和清潔的問(wèn)題。

4.3 優(yōu)化機(jī)封供水管路

主廠房每期17臺(tái)機(jī)械密封類渣漿泵采用獨(dú)立的供水系統(tǒng)后，泵出口主管分出兩趟，一趟管先經(jīng)過(guò)100ZJA-I-A50型渣漿泵供0.45 MPa水壓，后至200ZJA-I-A60型渣漿泵供0.35 MPa水壓；另一趟管路直接向300ZJ-I-A70、300ZJ-I-A56型渣漿泵供0.3 MPa水壓。每種型號(hào)渣漿泵均有單獨(dú)的分支管路供機(jī)封沖洗水，分支管路上安裝流量調(diào)節(jié)器、壓力表、減壓閥、壓力傳感器等。沖洗水泵至每臺(tái)渣漿泵之間的管路上除流量調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、流量與壓力監(jiān)測(cè)外，不再設(shè)置其他控制閥門，一次調(diào)節(jié)到位后，無(wú)論泵是否運(yùn)行，機(jī)封沖洗水正常循環(huán)(除檢修或故障外)。這種情況會(huì)增加機(jī)封磨損，但生產(chǎn)實(shí)際中會(huì)避免因崗位誤操作、閥門故障、電氣故障等原因造成機(jī)封無(wú)水燒毀的情況發(fā)生。

4.4 水箱沉降區(qū)的水與沉降篩網(wǎng)沖洗水形成循環(huán)

沉降離心機(jī)篩網(wǎng)沖洗水水質(zhì)要求不高，篩網(wǎng)沖洗水噴頭直徑4 mm，機(jī)封沖洗水箱沉淀區(qū)的水首先經(jīng)過(guò)籃式過(guò)濾器，通過(guò)泵加壓后進(jìn)行沉降篩網(wǎng)沖洗，并在水箱沉淀區(qū)增加一趟潔凈水補(bǔ)水管路。沉降篩網(wǎng)沖洗水每天消耗水量為30 m3，通過(guò)該方法，除每周定期進(jìn)行2次水箱清理外，每天沉淀區(qū)的水都可以進(jìn)行一次水質(zhì)替換。

5 實(shí)施效果

該廠34臺(tái)渣漿泵機(jī)械密封供水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)后，機(jī)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)溫度正常，水箱內(nèi)水溫一直保持在室溫，渣漿泵機(jī)械密封平均使用壽命從不到3個(gè)月提升至1.5年左右，尤其是12臺(tái)100ZJA-I-A50型渣漿泵機(jī)械密封使用壽命從平均不到1個(gè)月提升至1年左右，取得了明顯效果。

6 結(jié) 論

斜溝煤礦選煤廠34臺(tái)渣漿泵機(jī)械密封使用壽命短的原因主要集中在水質(zhì)、水壓?jiǎn)栴}上。通過(guò)替換水源和選取合理的機(jī)封沖洗水壓力，使得渣漿泵機(jī)封使用壽命明顯增長(zhǎng)。去除沖洗水分支管路上的手動(dòng)或電動(dòng)閥門，在操控上減去了崗位操作環(huán)節(jié)，避免了因漏開閥門造成機(jī)封燒毀的情況發(fā)生。此次對(duì)機(jī)封供水系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，效果較好，彌補(bǔ)了初始管網(wǎng)設(shè)計(jì)施工的缺陷，具有一定的生產(chǎn)實(shí)用性，為該類型水泵的使用維護(hù)提供了新的方案。