城門山銅礦選礦廠2#系統(tǒng)1#輸送粗砂泵改造

萬德明

（江西銅業(yè)股份有限公司城門山銅礦，江西 九江 332199）

城門山銅礦選礦廠2#系統(tǒng)磨礦作業(yè)采用SAB流程，即“半自磨+球磨”流程，半自磨機﹑球磨機的排礦均由兩臺輸送粗砂泵（一開一備）輸送至各自旋流器組分級，旋流器溢流進入浮選流程，沉砂進入球磨機再磨循環(huán)。

近年來，隨著流程的升級優(yōu)化，實現(xiàn)了高產(chǎn)高效，處理量得到了較大的提升，選礦廠1#﹑2#系統(tǒng)原礦處理量由2015年的273萬噸，增至2017年的292萬噸并穩(wěn)定至今。

其中2#系統(tǒng)原礦處理量由設計值5000t/d提高至6200t/d（部分時間達6800t/d），增幅超過24%。導致輸送粗砂泵長時間處于高負荷狀態(tài)下運行，現(xiàn)已出現(xiàn)過載跳停﹑電機相間絕緣損壞對地等諸多問題。為了解決此問題，對輸送粗砂泵進行了優(yōu)化改造，取得了良好效果。

1 改造方案

1.1 改造原因

（1）一段磨礦循環(huán)負荷增大超設計值，造成輸送粗砂泵長期處于高負荷運行。

2#系統(tǒng)一段磨礦初步設計時，其循環(huán)負荷按300%計算。

據(jù)統(tǒng)計，截至2021年底2#系統(tǒng)一段磨礦循環(huán)負荷平均在600%左右，遠大于設計指標，輸送粗砂泵需輸送礦漿量在1000～1400m3/h左右，而現(xiàn)行輸送粗砂泵的礦漿輸送量上限為1200m3/h，輸送粗砂泵目前已經(jīng)超負荷運轉(zhuǎn)。為了降低一段磨礦循環(huán)負荷，2017年底城門山銅礦選礦廠開展了針對一段磨礦作業(yè)的優(yōu)化調(diào)試工作，通過優(yōu)化磨機鋼球球徑﹑鋼球級配﹑充填率等措施，以期降低一段磨礦循環(huán)負荷，最終一段磨礦循環(huán)負荷下降至568.4%，但仍然達不到設計的300%的數(shù)值。具體情況見下表1。

（2）輸送粗砂泵長期高負荷運行故障率高。城門山銅礦選礦廠設計之初選擇了兩臺（1#﹑2#）300/250ST-AH型輸送粗砂泵，1#泵﹑2#泵自投產(chǎn)以來都采用三相異步電機配合液力偶合器進行調(diào)速控制，其中2#泵于2015年改造為變頻調(diào)速控制，具體參數(shù)如表2。

表2 1#、2#輸送粗砂泵參數(shù)表

1.1.1 #輸送粗砂泵使用情況

（1）目前1#輸送粗砂泵運行時調(diào)速型液力偶合器轉(zhuǎn)速維持在560～620rpm，此時的電機電流處在38～39.5A（額定電流為39.5A）。而輸送粗砂泵輸出物料達到1200m3/h﹑揚程為40m左右時，泵要求轉(zhuǎn)速為630rpm，泵軸功率為270.73kW，加之液力偶合器﹑聯(lián)軸器的傳動效率損失，輸送粗砂泵長期處于高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)，容易引起驅(qū)動電機出現(xiàn)設備安全保護跳閘，設備故障率高。據(jù)統(tǒng)計，2016年至2017年9月份，1#輸送粗砂泵共運行4905.43小時，共計跳閘99次，平均每運行24小時跳閘0.48次，具體情況見表3。

表3 1#輸送粗砂泵運行情況統(tǒng)計

（2）輸送粗砂泵每次跳閘處理時間約60分鐘，這期間對工藝流程影響較大。一是磨礦濃度急速降低，磨礦細度逐漸出現(xiàn)過磨現(xiàn)象；二是浮選流程大幅波動，液面“沉槽”﹑礦漿堿度不穩(wěn)﹑精選富集量不足等一系列問題隨之而來，極大的影響了生產(chǎn)指標的穩(wěn)定，造成精礦品位降低，精礦回收效果差。

1.1.2 #輸送粗砂泵使用情況

（1）2#輸送粗砂泵于2015年改造為變頻調(diào)速控制后使用一直較穩(wěn)定，運行轉(zhuǎn)速在530～560rpm，電流在200A左右，同比用電單耗降低約10.7%。

（2）由于輸送粗砂泵能力略顯不足，導致與之配套的電機經(jīng)常處于過電流運行狀態(tài)，這對電氣設備有較大損傷。

2#輸送粗砂泵電機從投入使用至今已出現(xiàn)過2次電機內(nèi)部線圈絕緣損壞，導致三相對地事件，2016年至2017年9月份期間也存在22次跳閘情況。根據(jù)表3﹑4可知，2016年至2017年9月份，2#輸送粗砂泵共運行9371.97小時，占總運行時間的65.6%，比1#輸送粗砂泵多運行4466.54小時，故障次數(shù)比1#輸送粗砂泵少350%。

表4 2#輸送粗砂泵運行情況統(tǒng)計

（3）1#﹑2#輸送粗砂泵都因長期處于高轉(zhuǎn)速運行狀態(tài)，其葉輪與漿體的相對速度較高，葉輪及其它過流件磨損較快。其中1#﹑2#輸送粗砂泵過流件使用壽命分別平均為1006.69小時（41.95天）﹑1001.93小時（41.75天）。

為了找到砂泵速度對過流件的影響，城門山銅礦選礦廠對1#系統(tǒng)和2#系統(tǒng)的輸送粗砂泵進行了實踐對比；發(fā)現(xiàn)1#系統(tǒng)輸送粗砂泵（只有1臺）變頻調(diào)速控制改造后，該泵轉(zhuǎn)速在430～470rpm，過流件使用壽命在2078.21小時（86.59天）。2#系統(tǒng)輸送粗砂泵過流件使用壽命較1#系統(tǒng)短一倍以上，具體情況見表5。

表5 輸送粗砂泵過流件使用情況統(tǒng)計

根據(jù)表5可知，2#系統(tǒng)輸送粗砂泵每年需更換9套，因泵較大，每套更換耗時約6小時，年維修耗時54小時，增加了維修人員工作量。

1.2 改造方案

根據(jù)現(xiàn)狀，為解決2#系統(tǒng)磨礦循環(huán)負荷對輸送系統(tǒng)的影響，同時考慮到2#輸送粗砂泵盡管能力弱顯不足，但還可以滿足基本需求，并接合改造成本因素，城門山銅礦選礦廠決定對1#輸送粗砂泵進行改造，并制定了二種改造方案進行比較：

（1）方案1：保持原有1#輸送粗砂泵不變，配置高于355KW功率的變頻電機及其它輔助設施。

要滿足揚程40m﹑流量1100～1400m3/h的礦漿輸送，電機需要增加到400kw，此時泵運行時的轉(zhuǎn)速為700rpm，軸功率為330.16kw，泵的效率為79.68%，已接近泵的最高效率點（泵最大效率為80%）。配置8極變頻電機直聯(lián)，電機轉(zhuǎn)速約為750r/min。

（2）方案2：將1#輸送粗砂泵換型，加大處理能力，配置相應變頻電機調(diào)速控制及其它輔助設施。

將原1#輸送粗砂泵改為300NS-NZJA-MR泵型，要滿足1100～1400m3/h的礦漿輸送流量﹑40m的揚程需求，保證運行的轉(zhuǎn)速為460rpm左右，軸功率為356.07kw，泵的效率為73.88%，配置12極變頻電機直聯(lián)，電機轉(zhuǎn)速約為500r/min，電機功率為450kw。

1.2.1 方案對比

改造成本對比。①方案1前期設備投入為：變頻電機﹑油浸式變壓器﹑變頻成套控制柜﹑配電柜及其它輔助備件，預計費用為69.7萬元；工程方面包括油浸式變壓器平臺﹑變頻電機基座制作，變頻電機﹑油浸式變壓器﹑變頻成套控制柜﹑配電柜安裝接線等，預計費用15萬元，改造總費用估算為84.7萬元。②方案2前期設備投入為，泵總成﹑變頻電機﹑油浸式變壓器﹑變頻成套控制柜﹑配電柜﹑DN400氣動閥及其他輔助備件，預計費用為88.5萬元；工程方面包括油浸式變壓器平臺﹑變頻電機基座制作，變頻電機﹑油浸式變壓器﹑變頻成套控制柜﹑配電柜安裝接線，輸送粗砂泵進漿管路改造等，預計費用15萬元，改造總費用估算為103.5萬元。③改造成本方案2比方案1預計高18.8萬元。

1.2.2 性能對比

（1）方案1輸送粗砂泵在處理一段磨礦循環(huán)負荷600%左右的工況條件時稍顯不足，而方案2能更好滿足一段磨礦循環(huán)負荷600%左右的工況條件，提供穩(wěn)定的磨礦循環(huán)輸送環(huán)境。

（2）方案2相比方案1葉輪直徑更大，轉(zhuǎn)速更低，在相同流量的情況下，礦漿在泵內(nèi)的流速要低于高轉(zhuǎn)速﹑葉輪直徑小的泵，從而可以延長泵的使用壽命，特別是過流件的使用壽命。

1.2.3 運行成本對比

（1）方案2改造后的輸送粗砂泵預計使用壽命為2100小時左右，按全年運行來計算，預計使用4套過流件；方案2過流件價格預計為7.8萬元/套，估算過流件使用成本為31.2萬元/年。

每更換一套過流件需要耗時6小時，全年更換4次，共耗時24小時。

（2）方案1改造后的輸送粗砂泵使用壽命為720小時左右，按全年運行來計算，方案1預計使用12套過流件；方案1過流件價格預計為6萬元/套，估算過流件使用成本72萬元/年。

每更換一套過流件需要耗時6小時，全年更換12次，共耗時72小時。

（3）運行成本方案2比方案1少40.8萬元/年，年維修次數(shù)少8次，耗時少48小時。

鑒于上述情況，城門山銅礦選礦廠選擇了方案2，該方案雖然前期投入較大，但后期備件使用及維護費用低，具有適用范圍廣，設備運行穩(wěn)定，綜合效益高等優(yōu)點。

1.3 設備改造選型

（1）根據(jù)現(xiàn)場工況，改造后的輸送粗砂泵要滿足揚程40m﹑流量1100～1500m3/h的礦漿輸送量﹑泵轉(zhuǎn)速不高于490rpm，根據(jù)泵的選型情況，配備450kW/690V﹑12級變頻電機調(diào)速控制。

（2）根據(jù)1#輸送粗砂泵的需求，配備450kW/690V﹑12級高效變頻電機。同時需對電機提供一臺800KVA﹑6/0.69KV﹑S13系列油浸式變壓器以及配套變頻柜。詳細要求見表6。

表6 輸送粗砂泵相應配件要求表

1.4 配套設施及改造工作量

（1）設備安裝平面圖。

（2）拆除1#輸送粗砂泵﹑偶合器﹑電機及其它相關(guān)附屬設施。

（3）在現(xiàn)有設備基礎(chǔ)上進行設備基礎(chǔ)改造。

（4）調(diào)整安裝輸送粗砂泵﹑電機，重新制作安裝泵池連接管路，重新設計﹑制作出口襯膠大小頭，恢復上漿管路及附屬設施。

（5）變頻柜安裝在城門山銅礦選礦廠選二高壓配電室低壓室內(nèi)，選二高壓配電室門口東面現(xiàn)有變頻器旁，制作一延伸鋼結(jié)構(gòu)平臺安裝新變壓器。

（6）安裝變壓器及變頻控制成套柜，重新敷設控制電纜，預留中控遠程控制接口，可實現(xiàn)就地﹑遠程均可調(diào)速功能。

（7）安裝現(xiàn)場操作控制箱，敷設電源電纜及其他相關(guān)控制電纜，并將所有運行﹑控制信號引入中控系統(tǒng)。

圖1 選礦廠設備安裝平面圖

2 改造效果

2018年改造完成后，通過近3年來的生產(chǎn)實踐證明，解決了現(xiàn)場生產(chǎn)流程問題，滿足了高產(chǎn)高效的生產(chǎn)需求，實際運行成本和預期一樣，達到了改造效果。

3 結(jié)語

通過本次改造，解決了現(xiàn)場輸送砂泵由于負荷重而頻繁跳機中斷生產(chǎn)情況。

同時，把液力調(diào)速改為變頻調(diào)速，實現(xiàn)了遠程集中控制，更加利于對設備進行全方位監(jiān)控，減少了設備故障率。附帶的好處是，過流件使用壽命的延長，即節(jié)約了成本又保證了生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運行。