長距離鐵精礦輸送管道系統(tǒng)的運行調試

薛天鑄，李 軍，孟麗芳

（1.美國管道系統(tǒng)工程（包頭）有限公司，北京100125；2.包頭鋼鐵（集團）有限公司給水廠，內蒙古 包頭014010）

0 前 言

包頭鋼鐵（集團）有限公司（簡稱包鋼）白云鐵精礦管道系統(tǒng)，是從包頭市白云礦區(qū)把鐵精礦通過1條外徑為355.6mm無內襯鋼管管道輸送到位于包頭市包鋼原料廠。管道系統(tǒng)包括：①1座加壓泵站；②2座壓力檢測站；③礦山附近的1臺φ45m濃縮機；④3臺φ16m×16m礦漿攪拌槽（礦漿泵站2臺，終端1臺）；⑤1條全長142.89 km，外徑為355.6mm的HFW埋地管道；⑥包鋼終端消能孔板站以及其他輔助設施。

管道系統(tǒng)控制通過PLC內部軟件來完成，HMI（human-machine interface，an operator control console）內部軟件允許人機交互。每一個站點有各自的PLC并且能夠在SCADA（supervisory control and data acquisition）系統(tǒng)通訊失效后繼續(xù)控制和操作本站的設備。PLC按照控制的需要進行數(shù)據(jù)交換。例如，礦漿泵站在批量輸送水期間需要了解83.5 km高點的壓力，防止加速流。每一臺主泵裝備有本地的控制面板，包括 PLC和HMI。在泵站內部的PLC對所有泵的預啟動、啟動、停止和操作程序進行固化。泵站之間和終端通訊系統(tǒng)由美國管道系統(tǒng)工程（包頭）有限公司（簡稱PSI）進行設計，系統(tǒng)包括聲音和數(shù)據(jù)傳輸。管道系統(tǒng)設計年輸送能力為550萬t，輸送礦漿質量濃度為62%～68%，2009年11月28日開始進行調試，2010年1月3日開始輸送第1批礦漿，投入生產(chǎn)后越野鐵精礦管線運行良好。

越野鐵精礦管線母材采用包鋼CSP 1750緊湊型軋機生產(chǎn)，鋼級為X65，管道鋼管執(zhí)行API SPEC 5L 44版PSL2規(guī)范。為滿足極端環(huán)境的低溫要求，對埋地管道采用的HFW鋼管韌性進行了補充規(guī)定。補充規(guī)定要求采用全尺寸試樣，在-20℃進行夏比沖擊試驗，具體規(guī)定見表1。

其中，寶雞住金石油鋼管有限公司生產(chǎn)的HFW鋼管，按照規(guī)定進行-20℃全尺寸試樣的夏比沖擊試驗，管母夏比沖擊功平均值達到了254 J，焊縫和HAZ平均值達到了256 J，體現(xiàn)出了HFW鋼管優(yōu)異的工藝性能。

表1 埋地管道采用的HFW鋼管韌性規(guī)定

1 礦漿管道輸送水測試

白云鐵精礦礦漿HFW管道長度為129.02 km，管道平均內徑342.8mm。2009年12月29日,礦漿管道系統(tǒng)按照設計流量輸送水，目的是進行主管道的粗糙度測試，用于計算主管道絕對粗糙度水粘度為1Pa·s。當主管道的粗糙度大于0.0508mm（0.002 in），則表明主管道產(chǎn)生了結垢。白云鐵精礦管道不同管段粗糙度的測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 白云鐵精礦管道不同管段粗糙度的測試結果

2 HFW主管道第1批礦漿輸送

第1批礦漿在輸送過程中，2010年1月3日21：21時，由于瞬間低電壓使主泵轉速信號丟失，造成3臺主泵停車，21：28時關閉絮凝車間的磨損閥。經(jīng)過電氣工程師分析，認為是西礦總降壓站電壓波動造成的。22：07時打開絮凝車間的磨損閥，22：28時主管道泵再次運轉正常。

第1批礦漿的輸送參數(shù)見表3，停車再啟動成功后的輸送參數(shù)見表4。

表3 白云礦漿HFW管道系統(tǒng)第1批礦漿輸送參數(shù)

表4 白云礦漿HFW管道系統(tǒng)輸送第1批礦漿停車再啟動成功后輸送參數(shù)

3 HFW主管道第2批礦漿輸送

由于在試車過程中選礦生產(chǎn)不出足夠的礦漿，在2010年1月6日輸送第2批礦漿的過程中，業(yè)主要求帶漿停車4 h進行再啟動的測試。礦漿管道系統(tǒng)于當日10：38時進行了停車，在14：46時打開消能孔板站的磨損閥門FV-5110結束，總共停車248min。

2010年1月6日打開消能孔板站的FV-5006和FV-5110，在14：47時開啟主泵，在14：58時3臺主泵達到正常轉速的58%，共耗時11min。HFW管道系統(tǒng)輸送第2批礦漿停車再啟動成功后輸送參數(shù)見表5。

表5 白云礦漿HFW管道系統(tǒng)輸送第2批礦漿停車再啟動成功后輸送參數(shù)

4 HFW主管道滿管道帶漿再啟動性能測試

2010年8月21日，征得業(yè)主同意后，在滿足大于臨界流速的情況下，適當降低了泵速（僅小時量從合同值687.5 t/h降低到630.95 t/h，但是整條管道可以充滿礦漿），完全滿足合同中的關于滿負荷帶漿停車再啟動測試的要求。

2010年8月21日18：03，礦漿泵站開始輸送礦漿；2010年8月22日18：58時由于電壓過高造成主管道泵停車，與業(yè)主商量決定不再輸送礦漿，開始關閉閥門，管道共存放約15 630.7 t干礦量。白云礦漿滿管道帶漿停車8 h再啟動輸送參數(shù)見表6。

表6 白云礦漿滿管道帶漿停車8 h再啟動輸送參數(shù)

整條管道系統(tǒng)在2010年8月22日18：58時充滿礦漿后停車，停車時間500min，在2010年8月23日3：18時進行成功再啟動，共耗時97min。礦漿泵站到消能孔板站之間管道停車再啟動輸送參數(shù)見表7。

表7 礦漿泵站到消能孔板站之間管道停車再啟動輸送參數(shù)

5 包鋼西礦氣候情況及防凍措施

包鋼西礦礦漿管道系統(tǒng)現(xiàn)場的氣象條件見表8，從包頭市至白云礦區(qū)沿線最大凍深和標準凍深見表9。

表8 包鋼西礦礦漿管道系統(tǒng)現(xiàn)場的氣象條件

按照ASME B31.11 1134.6節(jié)的要求來選擇管道埋深，整條管道應該埋設在凍土層以下以避免凍結。由于包鋼鐵精礦HFW管道系統(tǒng)在試車期間正是一年最冷的氣候條件，為了保證管道系統(tǒng)能夠順利調試，而不會凍結各個工藝管道。PSI對各個系統(tǒng)如精礦濃縮機底流泵系統(tǒng)、石灰乳系統(tǒng)、礦漿攪拌槽系統(tǒng)、主泵房系統(tǒng)以及消能孔板站和綜合料場閥門站等均制定了相應的防凍措施。

表9 包頭市至白云礦區(qū)沿線最大凍深和標準凍深

采取上述措施后，包鋼鐵精礦管道系統(tǒng)在冬季生產(chǎn)過程中沒有由于工藝管道凍結造成生產(chǎn)停止，整個系統(tǒng)完全適應極端寒冷氣候的生產(chǎn)。

6 結 論

目前，包鋼鐵礦精礦HFW管道輸送濃度一直保持在65%，已成功運行3年以上，輸送礦漿流量為 540 m3/h，精礦粉輸送能力 687.5 t/h（干礦），年輸送能力達到300萬t，并且已成功進行了多次帶漿停車再啟動的實踐，為今后的生產(chǎn)提供了寶貴的經(jīng)驗。

長距離越野礦漿HFW管道輸送方式完全可以在極寒冷氣候的地區(qū)推廣應用，管道運輸物料技術符合當今推行的清潔生產(chǎn)，該管道無污染，無泄露，礦粉無損耗，易于控制生產(chǎn)組織，容易操作維護，符合社會和公眾對環(huán)境的要求，也為包鋼的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的支持，同時也為我國發(fā)展長距離漿體HFW管道輸送提供理論基礎和運行實踐，作為對現(xiàn)有運輸體系的補充，有重要的現(xiàn)實意義。

［1］車躍光.尖山長距離鐵精礦管線的設計和建設［J］.礦冶工程，2005,25（12）：42-45.

［2］GANDHIR L,NORWOODW J,CHE Y.鋁土礦礦漿越野長距離管道輸送實踐［C］.TMS,2006.

［3］CHE Y,GANDHIR L.Long Distance Slurry Pipeline and Its Application in China［C］//China Mine Engineering&Technology International Forum,Beijing,China：［s.n.］,2006.

［4］AUDETC,PITTSJD.Slurry Pipeline Design-materialand Equipment Selection［C］//International Technical Conferenceon Slurry Transportation.Columbus,Ohio：［s.n.］,1976.

［5］CHE Y,JENNINGSM,GUANG LC,etal.The Jian Shan Pipeline The First Long Distance Iron Concentrate Pipeline in China［C］//IRON ORE 2000.Chicago Illinois：［s.n.］,2000.

［6］DERAMMELAERE R H,CHAPMAN JP.Slack Flow in the World’s Largest Iron Concentrate Slurry Pipeline［C］//Proc of the 4th International Conference on Slurry Transportation.Las Vegas：［s.n.］,1979.

［7］DOWD T J.La Perla/Hercules Iron Concentrate Pipeline Operations and Status Report and Escondida Copper Concentrate Pipeline Start-up and Operations Report［C］//16th International Conference on Coal and Slurry Technology.Washington：Coaland Slurry Transport Association, 1991.

［8］GANDHIR L.The Samarco Iron Concentrate Pipelineupdate on System Operation［C］//16th International Conference on Coal and Slurry Technology,Clear Water. Florida.Washington：Slurry Transport Association,1991.

［9］GANDHIR L,SNOEKPE,CAMEY JC.An Evaluation of Slurry Pumps［C］//Proc of the 5th InternationalConference on Slurry Transportation,Lake Tahoe：［s.n.］,1980：26-28.

［10］McDERMOTTW F,DAVISRA,COWPERNT,etal.The World’sFirstLong Distance Iron Ore Slurry Pipeline［J］. Soc of Mining Engg,1969（01）：84-90.