尾礦輸送系統(tǒng)串級泵調(diào)速方法探討

摘要：選礦廠尾礦泵站渣漿泵的組合方式一般是2臺串聯(lián)為一組，傳統(tǒng)的控制方法是每組泵的二級泵配備變頻調(diào)速裝置。隨著技術(shù)更新和控制理念的轉(zhuǎn)變，逐漸衍生出很多其他不同的控制方法。文章對尾礦泵采用“末級調(diào)速”、“一拖一”調(diào)速、“一拖二”調(diào)速在實際工程中的應用進行了比較和理論分析。

關(guān)鍵詞：尾礦輸送系統(tǒng)；串級泵調(diào)速方法；“末級調(diào)速”；“一拖一”調(diào)速；“一拖二”調(diào)速 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD926 文章編號：1009-2374（2015）31-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.079

尾礦輸送目前為選礦流程中的一個重要環(huán)節(jié)，隨著原礦處理規(guī)模的增大，尾礦輸送能力亦隨之增加。尾礦泵采用變頻調(diào)速傳動方式，節(jié)能的效果亦越來越顯著。針對尾礦泵采用“末級調(diào)速”、“一拖一”調(diào)速、“一拖二”調(diào)速對生產(chǎn)運行、備品備件、電氣節(jié)能的影響，我們從理論到實踐進行了認真的探索與研究。

1 變頻器節(jié)能原理

根據(jù)流體力學原理，水泵（或風機）類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力（揚程）H以及軸功率P具有如下關(guān)系。

P=H×Q，Q1/Q2=n1/n2，H1/H2=（n1/n2）2，P1/P2=（n1/n2）3

式中：

Q1、H1、P1——水泵在n1轉(zhuǎn)速時的水量、水壓、功率

Q2、H2、P2——水泵在n2轉(zhuǎn)速時相似工況條件下的水量、水壓、功率

可以看出，流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速n可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。而當采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機轉(zhuǎn)速，改變水量的性能曲線，使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求。

2 變頻調(diào)速方法的技術(shù)、經(jīng)濟比較分析

某工程尾礦輸送系統(tǒng)工藝概況簡述：

尾礦產(chǎn)量計215.3萬噸/年。全年作業(yè)時間按7920小時計算，設(shè)計最大小時尾礦輸送能力為326.2噸。泵站內(nèi)設(shè)計6臺200ZJ-II-A73渣漿泵，Q=640m3/h、H=93m、配套電機功率N=400kW。渣漿泵的組合方式為：2臺串聯(lián)為一組，共分為3組（1組工作、2組備用）。每組泵配備變頻調(diào)速裝置，根據(jù)礦漿池液位自動調(diào)速。兩條總出漿管路上配備有濃度計、流量計。

2.1 “末級調(diào)速”

傳統(tǒng)的串聯(lián)泵調(diào)速方式是前級泵工頻運行，后級泵調(diào)速運行（“末級調(diào)速”），運行工況穩(wěn)定。但由于葉輪磨損與轉(zhuǎn)速的立方成正比，功率分配與轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此，在低揚程或低流量階段，后級泵低頻運行，前級泵工頻運行，存在前級泵葉輪磨損過快、兩級泵功率嚴重不平衡等問題。針對前述某工程尾礦輸送系統(tǒng)，末級調(diào)速需要3套400kW高壓變頻器，變頻器室占地面積較小，直接投資較少，電氣節(jié)能效果較好，生產(chǎn)備件更換頻繁。

2.2 “一拖一”調(diào)速

“一拖一”調(diào)速理論上可以實現(xiàn)兩臺泵分別調(diào)節(jié)，使其工作在不同的轉(zhuǎn)速上，但由于葉輪是易損件，約20～40天就需要更換葉輪，實際工作中的最佳工作點很難找到。兩級泵協(xié)調(diào)控制非常困難，不僅需要頻繁調(diào)節(jié)，并且很難調(diào)節(jié)到最佳工作點。如果調(diào)節(jié)不好的話，很容易造成后級泵過載，直接導致電機和變頻器的過載，嚴重時會燒毀電機線圈和變頻器。并且“一拖一”方式中后級泵調(diào)節(jié)不好的話還會給管路造成威脅，嚴重時會出現(xiàn)“爆管”事故。對于葉輪磨損程度的檢測在實際運行中是無法實現(xiàn)的，所以采用“一拖一”方式也不能夠根據(jù)葉輪磨損情況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并且葉輪磨損情況是隨時變化的，無規(guī)律可循。比如，兩級泵同速運行一段時間后，發(fā)現(xiàn)后級泵電流減小，前級泵電流增大，說明后級泵葉輪磨損較大。此時為了平衡兩級泵的葉輪磨損，就必須提高前級泵的轉(zhuǎn)速，降低后級泵的轉(zhuǎn)速，以保證液位恒定。這樣前后兩級泵電流差距進一步加大，直至前級泵達工頻運轉(zhuǎn)，最后變成純粹的后級泵調(diào)速，使兩級泵分別調(diào)速失去意義，白白浪費投資。若相反調(diào)節(jié)，提高后級泵轉(zhuǎn)速，降低前級泵的轉(zhuǎn)速，則后級泵葉輪磨損更加嚴重，增大了機組葉輪的更換頻率，降低了勞動生產(chǎn)率。

“一拖一”設(shè)計方案理論上是可行的，但“一拖一”調(diào)速需要6套400kW高壓變頻器，變頻器室占地面積增大接近一倍；直接投資最大，電氣節(jié)能效果好，但難于實現(xiàn)自動協(xié)調(diào)控制，生產(chǎn)備件更換頻繁。

2.3 “一拖二”調(diào)速

“一拖二”調(diào)速控制簡單，易于實現(xiàn)自動控制?！耙煌隙奔夹g(shù)方案相當于調(diào)節(jié)一臺泵，可以方便地實現(xiàn)備用泵與工作泵的無沖擊切換；可以方便地實現(xiàn)泵葉輪磨損的間接檢測與計劃檢修。以下是“一拖二”調(diào)速設(shè)計方案說明：

每組串聯(lián)泵，設(shè)一個變頻機組（含整流變壓器、出線柜、功率單元、控制單元）、一臺電源柜、一個機旁操作箱。三組泵設(shè)一套PLC控制系統(tǒng)、一臺上位機。各變頻機組控制單元與PLC控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊連接。尾礦泵即可以通過上位機操作畫面進行集中操作，也可以通過機旁操作箱，進行機旁單機組操作。機旁操作指令優(yōu)先。

正常運程序：根據(jù)礦漿池液位信號，自動調(diào)節(jié)尾礦泵轉(zhuǎn)速。液位高于設(shè)定值，自動提高泵轉(zhuǎn)速；液位低于設(shè)定值，自動降低泵轉(zhuǎn)速。通過液位閉環(huán)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)礦漿池液面保持恒定不變。

切換程序：根據(jù)兩臺泵各自運行工況的監(jiān)測信號，可以實現(xiàn)備用泵與工作泵的有準備、無沖擊切換。當工作機組接近（90%～95%可設(shè)置）工頻運轉(zhuǎn)時，若礦漿池液面還在上升，報警（90%可設(shè)置）→檢查備用機組及相關(guān)管路、閥門，發(fā)出準備就緒指令，通知操作人員→操作人員確定后，啟動備用機組（95%可設(shè)置）→停工作機組→檢修原工作機組或更換葉輪；當其中一臺泵電流接近（90%～95%可設(shè)置）滿負荷時，報警（90%可設(shè)置）→檢查備用機組及相關(guān)管路、閥門，發(fā)出準備就緒指令，通知操作人員→操作人員確定后，啟動備用機組（95%可設(shè)置）→停工作機組→修原工作機組或更換葉輪。

歷史記錄程序：工作機組前、后級泵電機電流、功率等主要數(shù)據(jù)的歷史曲線；液位歷史曲線；工作間記錄；切換時間記錄；故障記錄；葉輪更換時間記錄等。操作畫面、監(jiān)視畫面、報警畫面、歷史記錄畫面按需求編制。

“一拖二”調(diào)速需要3套800kW高壓變頻器，與“末級調(diào)速”技術(shù)方案比較，設(shè)備投資偏高，電氣節(jié)能效果好；與“一拖一”技術(shù)方案比較，直接投資小，電氣節(jié)能效果相近，調(diào)速控制簡單，更易于實現(xiàn)自動控制。生產(chǎn)備件更換具有同步性，有利于提高勞動生產(chǎn)率。

3 結(jié)語

實踐證明采用“一拖二”調(diào)速方法，兩臺泵同速運行，工況穩(wěn)定，兩臺泵葉輪磨損基本一樣，葉輪壽命周期最長，有利于生產(chǎn)檢修維護，提高生產(chǎn)作業(yè)率。自動控制方法簡單、可靠，易于掌握。電氣節(jié)能效果好，生產(chǎn)維護成本較低。目前，“一拖二”調(diào)速方法在各個選礦廠尾礦輸送系統(tǒng)中均有了廣泛的應用。

參考文獻

[1] 張燕賓.變頻器應用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2] 《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》編委會.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

作者簡介：侯衛(wèi)鋼，男，鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院工程師，研究方向：電氣自動化。

（責任編輯：蔣建華）endprint