01.湘澧盐矿输卤系统改造研究

1 湘澧盐矿输卤系统改造研究湘澧盐矿输卤系统改造研究 樊传忠 湖南省湘澧盐矿矿区 415516 摘要 湘澧盐矿矿山生产的卤水 经 40Km 管道 5 级泵站加压 输送至制盐厂 笔者通过对现有输卤系统进行水力学分析 提出新的选 线方案 旨在缩短管线长度 充分利用位差水头形成的重力流输卤 达 到减少建设投资 最大限度地降低输卤成本 保持生产稳定性的目的 关键词 输卤 管道 重力流 水头 1 1 前言前言 湘澧盐矿是一家有 30 多年生产历史 年产精盐 40 万吨的大型真空制盐企业 每年所需 1850000m3卤水 由长达 40km 的管道 从矿山经五级泵站输送至制盐厂 现使用的 40Km 输卤管 是八十年代初敷设的第二代承插式铸铁管 基本上是 沿建矿的第一代铸铁管敷设 于 1986 年投入运行 一般铸铁管输卤的使用寿命仅 为 15 年 现已超期服役 经常出现爆管 穿孔 造成泄卤事故 给沿线的农林业 生产都带来一定影响 农林赔偿及环境治理又给企业带来了沉重的经济负担 输 卤管道更新改造 目前已列入湘澧盐矿 2001 年技改工程项目 基于上述原因 笔者分析了现有输卤系统的水力学情况 提出新的选线方案 并进行初步水力学计算 供领导及有关部门决策参考 2 2 2 管道选材管道选材 就湘澧盐矿两代铸铁输卤管的使用情况来看 存在以下几个严重问题 不 耐腐蚀 使用寿命短 易造成爆管和穿孔 卤水中的 H2S 与 Fe 发生反应生成 Fe2S 严重影响成品精盐和芒硝的质量 机械性能差 地面沉降区多次出现剪 切断裂 停产期亦出现过冻裂 笨重 运输安装不便 沿公路敷设管段几乎全 部被民房和城镇埋压住 检修困难 管道内表面粗糙度大 沿程阻力大 运行 成本高 笔者考察与搜集了多家盐卤矿山的输卤管道使用情况 主要有如下几种 钢管 铸铁管 石棉水泥管 玻璃钢 FRP 管 RFP PVC 复合管 PVC U 管 其中钢管的寿命最短 成本高于铸铁管 石棉水泥管更笨重 机械 性能最差 安装不便 玻璃钢 FRP 管成本高 安装不易 结构不密实 据有关 使用厂家介绍有卤水渗透现象 这三种材料首先应该被子排除 下面对铸铁管 FRP PVC PVC U 三种管材进行比较 表 1 管材性能比较表管材性能比较表 铸铁管RFP PVC 复合管 PVC U 管 硬聚氯乙烯 耐 腐 性差强强 承压强度适中高高 走向选择性小大大 表面强度高高适中 重 量重轻轻 安装维修难难易 一次投资 11 061 12 摩擦阻力较大小小 合理使用年限 1520 30 上表可以看出 FRP PVC 复合管和 PVC U 管具有明显优势 虽然一次性投资 3 略大 但使用寿命长 线路选择性大 可穿越农田直线敷设 管线总长度可以减 少 考虑到伸缩补偿 及安装工程量巨大 以选用 PVC U 管材 采用橡胶密封圈 承插接口 R R 接口 方式为好 3 3 管线方案管线方案 目前运行的管道 在设计中 一 二管段强调短距离选线 图 1 而忽略了 地形的起伏 从管道纵断面线及总水头线判断 有近 8Km 管道居于自然总水头线 之上 所以通过一泵房水泵加压提高水头 仍不易达到输卤要求 后又增设二泵 房再次提高水头 才得以将卤水送至三泵房 图 2 位置水头没有被利用 而耗 能增加成本 管道起伏过多 凸起部分管内易形成负压区 甚至隔断管内卤水柱 卤水中 高达 2 3 的溶解气逸出并聚积 形成气囊 减少过流断面面积 造成气堵 降 低输卤效率 影响制盐生产 增加输卤成本 曾经试图利用排气阀排气 但由于 卤水腐蚀 导致排气阀失灵 而不能达到目的 并造成污染 三 四管段沿公路敷设 由于城镇的不断扩建 公路两旁民房的大量建筑 管道大部分被埋压在房屋下面 无法实施检修 此外 管线敷设于地形高的地方 泄卤时扩散面积大 赔偿费用要增加几倍 乃至数十倍 因此 确定以下选线原则 遵循国家现行土地使用 森林保护 环境保护等有关法规 尽可能将管线 布置在地势较低的位置 一旦泄卤能够尽可能减少污染面积 尽可能缩短管线长度 节省建设投资和运行费用 尽可能避开丘陵山冈 使管线居于总水头线以下 2 充分利用重力流节省 运行费用 减少起伏 避免气堵 有利于均衡运行 4 避开城镇 以免城镇扩建埋压管线 笔者用 1 10000 地形图室内作业 后经实地踏勘 选线结果如图 1 图 2 管线从桂竹园出发 经分水岭沿盐井水库东北边沿 翻越洈水干渠 沿同心峪西 岸 再经棉种场到雷公塔西北穿过雷公塔河 直线进入涔南乡 穿越涔水到三泵 房 然后从三泵房直插东田堰 经优周 新渡穿越澹水 至五泵房 这一方案起 伏小 总长度比现有管道缩短了 3Km 充分利用了 PVC U 管材质轻 检修方便的 特点 管线从桂竹园至雷公塔段 靠近公路 雷公塔 曾家河至五泵房 为直线 段 穿越澧阳平原 平原中也有密集的公路网 运输通行仍然十分便利 选线避开了盐井镇 雷公塔镇 曾家河 澧县城 向阳桥等城镇 4 4 运行分析运行分析 选线方案是否合理 在技术上是否可行 经济上是否最省 必须进行理论分 析 4 1 4 1 水力计算水力计算 输送卤水为压力管道运行 且管径在 300mm 以上 一般经济流速 1m s 左右 3 我矿最高日输卤量为 7200 m3 即流量为 0 0833 m3 s 选取 D355 的管道较合适 其内径 d 325 4 mm 卤水 20 时动力粘性系数 1 798 10 2 Pa s 重度 11760N m3 代入 v d Re 1 计算出雷诺数 Re 212534 2320 证明输卤过程中卤水属于紊流状态 1 根据尼古拉池公式 1 1 2 51 2lg 2 Re 5 计算出沿程阻力系数 0 016 在一定范围都可取该值 对不同管径不同流量进 行分析 表 1 流速计算表 流速 m s 管径 mm 内径 mm 面积 m2 6000m3 d6400m3 d6800m3 d7200m3 d 355325 40 083160 8350 8900 9461 002 315285 00 063791 0891 1611 2341 306 根据巴西一魏斯巴赫公式 L v 2 h f 3 d 2 g h f J L 4 v 2 有 J 5 2 d g 水力坡度 J 计算结果如下 表 3 表 2 水力坡度计算结果 水力坡度 J 103管径 mm 6000m3 d6400m3 d6800m3 d7200m3 d 3551 751 992 252 51 3153 393 864 364 89 同时根据 PVC U 管材的糙率 n 0 009 运用谢才公式计算与上述结果相近 取 表 3 结果进行下一步沿程阻力运算 表 4 6 表 3 沿程阻力计算结果 沿程阻力损失 m 管段 长度 管径 mm 6000m3 d6400m3 d6800m3 d7200m3 d 35533384348 A 段 18 9km31564738292 35527313539 B 段 15 4km31552606775 35555 456 26 9 C 段 2 74km3159 310 61213 4 根据各泵站参数 表 5 计算扬程 表 6 表 4 计算点参数表 泵站管长 km 高程 m 高差 m 位置水头 m 一泵站 18 999 0 59 1771 三泵站 15 437 53 3 734 5 五泵站 2 7433 8039 16 47 制盐卤池 72 96 由计算结果 表 6 看出 若选用 D355 管道 一泵房可用重力流输卤还有 23 38m 富余水头 三泵房只需加压 0 23 0 35MPa 五泵房只需要加压 0 52 0 54Mpa 7 就能完成输卤 而选用 D315 管道 扬程将高出许多 运行费用也将很高 下文还 将述及 表 5 泵站所需扬程计算结果 所需扬程 m 管段 位头 m 管径 mm 6000m3 d6400m3 d6800m3 d7200m3 d 355 38 33 28 23 A 段 71315 721121 35523273135 B 段 4 531548566371 355525353 554 C 段 4731556585960 根据计算结果可以作出总水头线和测压管水头线 图 2 从测压管水头就可 以看出各处管线在运行时的内压情况 是选择管道压力等级的主要依据 对一至 三泵房 A 段 管道 运行时由于形成重力流 管道压力小 而末端关闭时 静 压可达 0 7 1MPa 压力等级应以此为据 三至五泵房 B 段 若选 D315 管道 需 提高压力等级至 1 25MPa 造价也不会低 因此 笔者主张最后选取用 D355 管道 4 2 4 2 系统改造系统改造 从上述计算结果来看 整个管路系统选线是十分合理的 泵站设置可利用现 有一 三 五泵房也较合理 取消了二 四泵房 一泵房可以利用重力流输卤 但是一泵房还有 23 38m 富余水头未能充分利用 对系统还可以适当的改造 图 8 3 如图 在一 三泵房增设直通管路 三 五泵房主管上各设置一个密闭罐 与吸水管连接 既可以充分利用上游泵房的剩余水头减少输卤能耗 在需卤量不 大的情况下 可采用纯重力流输卤 或者利用一泵房加压机械输卤 三泵房停机 直通送往五泵房 三 五泵房也可串联运行 密闭罐还可以起到减少水击破坏的 作用 增加管段延长后的运行安全性 4 3 4 3 经济效益经济效益 现有的输卤管道一管段全部 二管段部分用双管并联运行 且一 二 三 四泵房全部更新为 IH 化工泵 1996 年二 三泵房已更新为 IH 化工泵 为准确比 较日后的单管运行效果 选取单管运行时参数列表 表 7 系统改造后 仅需一 三 五三个泵站 据 Q H N kW 6 1000 进行功率计算 结果如表 8 表 6 改造前各泵站运行实际功率 泵站 1996 年 功率 kW 2001 年 功率 kW 备注 16880 24735 38080 47445 58390 合计 352330 表中所列为单管运 行时 6000m3 d 的 实际功率 2001 年 1 管段向 桂竹园延长 1000 米 9 预计改造后各泵站运行功率 表 8 功 率 kw 泵站 管径 mm 6000m3 d6400m3 d6800m3 d7200m3 d 35538485971 三泵站 31581101121144 35588909192 五泵站 3159599100103 11760N m3 50 改造后输卤总功率仅 126 163 kW 比现在的功率可以减少 60 全年节电 1 56 106 kWh 电费 54 8 万元 减少泵站两座 年节省人员工资 10 万元 设备及检修费 5 万元 两座泵站附 近赔偿费 1 万元 输卤系统年节省开支 70 8 万元 该管道使用寿命为 30 年 即可节省开支 2100 万元 相当于整条管道的造价 但是 如果选用 D315P1 25 的管道 三 五泵站设备要更换 选型也将十分困难 5 5 结束语结束语 综上所述 选用 D355P1 0 的 PVC U 管道 选择起伏小 线路短 居于总水头线 下的敷设方案 投资与运行都比较合理 本方案是一种理想运行状态的理论计算 实际敷设的管道 仍然会有一些起 10 伏 逸出的溶解气体仍会造成一些气