橡膠補(bǔ)償器在雙泵單管輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用及改進(jìn)

任小明

（金堆城鉬業(yè)汝陽有限責(zé)任公司，河南汝陽 471231）

0 引言

大型選礦企業(yè)日處理礦量26 000 t，采用分段浮選法選鉬，浮鉬尾礦綜合回收鐵精礦，年產(chǎn)鉬精礦1.8萬噸，鐵精礦15萬噸。廠房按照地形坡度階梯式布置，礦漿輸送以自流為主，工藝泵及管道布置采用并聯(lián)式雙泵單管輸送系統(tǒng)。輸送系統(tǒng)在泵的運(yùn)行和檢修中存在缺點(diǎn)，優(yōu)化和改進(jìn)管道連接方式。

1 存在問題

并聯(lián)式雙泵單管輸送系統(tǒng)是將2臺(tái)礦漿輸送泵并聯(lián)于2根輸送管道上，通過管道閥門的開閉和兩臺(tái)泵的開停實(shí)現(xiàn)礦漿輸送泵的倒換，2互為備用設(shè)備（圖1）。該輸送系統(tǒng)在選礦工藝中應(yīng)用較為普遍，2優(yōu)點(diǎn)是投資少，施工量小，管道利用率高。但在泵的運(yùn)行和檢修過程中存在較嚴(yán)重的問題。

圖1 并聯(lián)式雙泵單管輸送系統(tǒng)

（1）2臺(tái)礦漿輸送泵輸送管道的并聯(lián)部分均安裝有橡膠補(bǔ)償器，作用是作為管道柔性連接，消除設(shè)備振動(dòng)傳遞，降低渣漿泵過流件更換的檢修難度。由于原礦礦漿中的固體顆粒粗大，棱角尖銳，礦漿壓力大，流速快，對(duì)橡膠補(bǔ)償器造成較為嚴(yán)重的磨損，橡膠補(bǔ)償器的使用壽命（500～700）h，并且進(jìn)料管和輸送管道上的橡膠補(bǔ)償器磨損程度不同，頻繁交替破損，對(duì)生產(chǎn)工藝的連續(xù)運(yùn)行造成不良影響。

（2）渣漿泵進(jìn)量管設(shè)置于泵池穿墻管之中，管道之間采用填料密封，在渣漿泵過流件更換時(shí)，需要松開管道填料密封，將進(jìn)料管退回一定距離，將橡膠補(bǔ)償器拆除留出檢修空間。檢修過程較為復(fù)雜，并且填料密封處易出現(xiàn)滲漏，渣漿泵進(jìn)料管連接見圖2。

圖2 渣漿泵進(jìn)料管連接示意

2 原因分析

并聯(lián)式雙泵單管輸送系統(tǒng)中，渣漿泵的進(jìn)料管道和輸送管道均采用橡膠補(bǔ)償器作為管道柔性連接，橡膠補(bǔ)償器是由內(nèi)膠層、增強(qiáng)層有多層刮膠錦綸簾子布、外膠層復(fù)合的橡膠管組成。介質(zhì)材質(zhì)有天然膠、丁苯膠、丁基膠、丁腈膠、硅橡膠、氟橡膠等，具有耐熱、耐酸、堿、耐腐蝕、耐磨、耐油等功能，廣泛用于化工、建筑、給水、排水、石油、輕重工業(yè)等行業(yè)。橡膠補(bǔ)償器為標(biāo)準(zhǔn)管件，橡膠部件的厚度一般較小，由于其結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定橡膠部件與被輸送物料的接觸面積較大，直接承受著物料的沖擊、磨損和一定壓力，加之被輸送礦漿的顆粒度及漿體所含油藥等因素的影響，橡膠補(bǔ)償器在礦漿輸送時(shí)，使用壽命大為縮短，其并不完全適用于選礦行業(yè)礦漿輸送的需求，需要在管道柔性連接方面做出進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化（圖3）。

3 改進(jìn)方案

經(jīng)市場調(diào)研，目前市場上管道柔性連接件和柔性連接方式較多，但對(duì)于同時(shí)具備耐磨損、耐油蝕、使用壽命長、經(jīng)濟(jì)性高等特點(diǎn)的柔性連接件非常稀缺。公司技術(shù)人員根據(jù)礦液體送時(shí)的流體特性，利用現(xiàn)有備件材料對(duì)渣漿泵進(jìn)料管道和輸送管道的柔性連接進(jìn)行改進(jìn)。

圖3 原橡膠補(bǔ)償器磨損

3.1 流體流動(dòng)特性

管道流體在輸送過程中，當(dāng)流通截面發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)部射流的形態(tài)、壓力、流速均會(huì)發(fā)生一定變化。

（1）當(dāng)流通面積由大變小時(shí)，流體在順壓強(qiáng)梯度下流動(dòng)，收縮部分不會(huì)發(fā)生明顯的阻力損失。由于流體有慣性，流道將繼續(xù)收縮后又?jǐn)U大，流體在逆壓強(qiáng)梯度下流動(dòng)，并產(chǎn)生邊界層分離和旋渦，產(chǎn)生機(jī)械能損失，流速和流通截面成反比，流速增大，壓強(qiáng)降低（圖4）。

（2）當(dāng)流通截面由小變大時(shí)，由于流股離開壁面形成射流注入擴(kuò)大的界面內(nèi)，然后才擴(kuò)張到充滿整個(gè)截面，流道突然擴(kuò)大，下游壓強(qiáng)上升，流體在逆壓強(qiáng)梯度下流動(dòng)，射流與壁面間出現(xiàn)邊界層分離，產(chǎn)生旋渦，機(jī)械能損失，速度和流通截面成反比，流速降低，壓強(qiáng)升高（圖5）。

（3）當(dāng)流體經(jīng)過狹小的流通截面進(jìn)入突然擴(kuò)大的封閉空間時(shí)，密閉空間內(nèi)的流體與外部流體保持動(dòng)態(tài)流動(dòng)平衡，有一部分流體通過狹小流通截面流入和排出，流體進(jìn)入密閉空間，流體在局部區(qū)域形成循環(huán)流動(dòng)，且流速遠(yuǎn)低于管道流體的流速，在流通截面突然擴(kuò)大的密閉空間內(nèi)有局部的流體處于靜止?fàn)顟B(tài)；流體經(jīng)過狹小的流通截面和突然擴(kuò)大的封閉空間時(shí)，均產(chǎn)生旋渦，造成內(nèi)部摩擦，機(jī)械能的降低；流體經(jīng)過狹小的流通截面是壓強(qiáng)降低，進(jìn)入突然擴(kuò)大的封閉空間后壓強(qiáng)提高，但補(bǔ)償器內(nèi)部壓強(qiáng)與管道流體的壓強(qiáng)保持動(dòng)態(tài)平衡（如圖6）。

圖4 流體進(jìn)入狹小流通截面

3.2 渣漿泵輸送管道柔性連接的改進(jìn)

橡膠補(bǔ)償器為標(biāo)準(zhǔn)管件，設(shè)計(jì)耐壓強(qiáng)度能夠滿足多數(shù)工況條件下的應(yīng)用。但是，在礦漿輸送時(shí)，由于橡膠部件直接承受著物料的沖擊、磨損，使用壽命大為縮短，通過提高橡膠件的厚度和改善橡膠耐磨性能的做法可行性較差，根據(jù)流體由狹小流通截面進(jìn)入突然擴(kuò)大的流通截面時(shí)流速顯著降低，易于形成旋渦，避免礦漿的對(duì)管道的直接沖擊，大幅度降低管件磨損的特性，技術(shù)人員對(duì)橡膠補(bǔ)償器做如下改進(jìn):

選用比礦漿管道大1個(gè)規(guī)格的橡膠補(bǔ)償器，能夠?qū)⒌V漿管道插入到橡膠補(bǔ)償器內(nèi)部。并在兩根礦漿管道上分別焊接法蘭，該法蘭能夠與橡膠補(bǔ)償器上的法蘭配對(duì)使用，法蘭之間的距離比橡膠補(bǔ)償器軸向尺寸?。?～3）mm，在各部件組裝好后，橡膠補(bǔ)償器處于自然狀態(tài)，管道端面間距為（1～3）mm。橡膠補(bǔ)償器改進(jìn)后狀況見圖7。在礦漿輸送時(shí)，一部分礦漿經(jīng)過管道端面的狹小間隙進(jìn)入橡膠補(bǔ)償器內(nèi)部后流體速度銳減，并在多處形成旋渦，旋渦之間發(fā)生摩擦和能量轉(zhuǎn)換，礦漿不能直接沖擊磨損補(bǔ)償器的橡膠件，礦漿磨損的危害大為削弱，僅補(bǔ)償器內(nèi)部流體壓強(qiáng)與管道流體壓強(qiáng)保持動(dòng)態(tài)平衡。

圖6 流體進(jìn)入擴(kuò)大密閉空間

圖7 橡膠補(bǔ)償器改進(jìn)后的外觀和內(nèi)部

改進(jìn)之后，橡膠補(bǔ)償器僅承受管道礦漿的動(dòng)態(tài)壓力和極其微弱的磨損，耐用度提高。安裝時(shí)對(duì)徑向、軸向和角度的要求相對(duì)較低，具有較好的減震和補(bǔ)償作用，渣漿泵過流件更換檢修時(shí)非常方便。但橡膠補(bǔ)償器拆裝難度并未改善，只適合永久安裝在渣漿泵的出料管道上，進(jìn)料管道上并不適合安裝。

渣漿泵過流件更換時(shí)，需要將進(jìn)料管部分拆除，留出檢修空間，但橡膠補(bǔ)償器的拆除有難度，影響檢修效率。對(duì)比篩選，選用耐磨原理相似、安裝便捷的卡箍式柔性管道接頭。該柔性連接是由卡箍、密封圈、連接螺栓和管道鋼帶組成，“C”密封圈在礦漿進(jìn)入之后，反作用于膠圈的密封唇上達(dá)到自密封作用，壓力越大密封效果越好，負(fù)壓密封性也可到0.08 MPa；卡箍、密封圈、管道鋼帶為全圓周緊固，管端拉力強(qiáng)大，可達(dá)到4.2 MPa。接管處允許有（1～6）mm間隙，可有效隔斷噪音及震動(dòng)的傳播，在熱脹冷縮時(shí)管道不受影響，并允許有≤3.5°轉(zhuǎn)角?？ü渴饺嵝怨艿澜宇^僅由4根螺栓緊固，拆除密封圈以后，兩邊管道完全分離不存在內(nèi)應(yīng)力，安裝在泵池穿墻管內(nèi)的進(jìn)料管和填料部分都無需調(diào)整，拆除簡單，和橡膠補(bǔ)償器的拆裝相比較，可節(jié)約（60～70）%的檢修時(shí)間。但是，卡箍式柔性管道接頭對(duì)所連接的管道徑向找正要求較高，減震效果也不是非常理想。

改進(jìn)后的橡膠補(bǔ)償器與卡箍式柔性管道接頭相比，耐磨性突出，減震消音及安裝精度方面橡膠補(bǔ)償器具有優(yōu)勢，拆裝難易度方面卡箍式柔性管道接頭更為簡便，以上特點(diǎn)決定其適用于輸送管道的不同部位。

4 改進(jìn)效果

2013年4月，公司在1組并聯(lián)式雙泵單管輸送系統(tǒng)上對(duì)泵的輸送管道和進(jìn)料管道進(jìn)行柔性連接改造，已運(yùn)行6年時(shí)間，運(yùn)行狀態(tài)非常穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)過柔性連接橡膠件磨漏現(xiàn)象，經(jīng)檢查橡膠件的磨損量非常微小，預(yù)計(jì)使用壽命可達(dá)到10年以上。輸送管道的柔性連接改造后，基本達(dá)到免維護(hù)狀態(tài)，降低檢修工作量和材料消耗。進(jìn)料管的柔性連接改造后，每次可節(jié)約1.5 h的檢修時(shí)間，降低檢修難度，提高檢修效率。本次改造之后，并聯(lián)式雙泵單管輸送系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，檢修更加便捷高效，達(dá)到預(yù)期的效果。

5 結(jié)語

經(jīng)過近6年的實(shí)踐驗(yàn)證，并聯(lián)式雙泵單管輸送系統(tǒng)礦漿管道柔性連接的改造，的確能夠解決橡膠補(bǔ)償器耐磨性差的問題，消除了橡膠補(bǔ)償器故障頻發(fā)對(duì)生產(chǎn)工作正常開展的不利影響，改善了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高檢修效率，降低檢修人員勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)提高企業(yè)設(shè)備管理水平有較好的積極意義。