01湘澧盐矿输卤系统改造研究.docx
《01湘澧盐矿输卤系统改造研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《01湘澧盐矿输卤系统改造研究.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
01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、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、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：
①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。
②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。
③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。
④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：
①钢管；②铸铁管；③石棉水泥管；④玻璃钢（FRP）管；⑤RFP/PVC复合管；⑥PVC—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
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
1
1.06
1.12
摩擦阻力
较大
小
小
合理使用年限
15
20
＞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、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：
①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。
②尽可能缩短管线长度，节省建设投资和运行费用。
③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、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.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7200m3，即流量为0.0833m3/s，选取D355的管道较合适，其内径d=325.4mm。
卤水20℃时动力粘性系数μ=1.798×10-2Pa·s，重度γ=11760N/m3，代入
vdγ
Re=
（1）
μ
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]：
12.51
—=-2lg————
（2）
√λ√λRe
计算出沿程阻力系数λ=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
管径
（mm）
内径
（mm）
面积
（m2）
流速（m/s）
6000m3/d
6400m3/d
6800m3/d
7200m3/d
355
325.4
0.08316
0.835
0.890
0.946
1.002
315
285.0
0.06379
1.089
1.161
1.234
1.306
根据巴西一魏斯巴赫公式：
Lv2
hf=λ———（3）
d2g
hf=JL（4）
v2
有:
J=λ-----（5）
2dg
水力坡度J计算结果如下（表3）：
表2水力坡度计算结果
管径
（mm）
水力坡度J×103
6000m3/d
6400m3/d
6800m3/d
7200m3/d
355
1.75
1.99
2.25
2.51
315
3.39
3.86
4.36
4.89
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）。
表3沿程阻力计算结果
管段
长度
管径
（mm）
沿程阻力损失（m）
6000m3/d
6400m3/d
6800m3/d
7200m3/d
A段
18.9km
355
33
38
43
48
315
64
73
82
92
B段
15.4km
355
27
31
35
39
315
52
60
67
75
C段
2.74km
355
5
5.45
6.2
6.9
315
9.3
10.6
12
13.4
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
18.9
99.0
-59.17
71
三泵站
15.4
37.53
-3.73
4.5
五泵站
2.74
33.80
39.16
-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
管段
位头（m）
管径（mm）
所需扬程（m）
6000m3/d
6400m3/d
6800m3/d
7200m3/d
A段
71
355
-38
-33
-28
-23
315
-7
2
11
21
B段
4.5
355
23
27
31
35
315
48
56
63
71
C段
-47
355
52
53
53.5
54
315
56
58
59
60
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0.71MPa，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.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.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
γQH
N=————（kW）（6）
1000η
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
1
68
80
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。
2
47
35
3
80
80
4
74
45
5
83
90
合计
352
330
预计改造后各泵站运行功率
表8
泵站
管径
（mm）
功率（kw）
6000m3/d
6400m3/d
6800m3/d
7200m3/d
三泵站
355
38
48
59
71
315
81
101
121
144
五泵站
355
88
90
91
92
315
95
99
100
103
*γ=11760N/m3，η=50%
改造后输卤总功率仅126--163kW，比现在的功率可以减少60%，全年节电1.56×106kWh,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.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，仍然会有一些起伏，逸出的溶解气体仍会造成一些气囊，不可能满管输卤。
因此一泵房完全实行重力流输卤可能满足不了生产要求，必须具备机械输卤条件，适时运行。
上述计算结果没有考虑局部阻力损失及其他的能量消耗，可能比日后的实际运行参数小，具体设计时应留有一定余量。
本方案实施后，运行的可靠性、稳定性、经济性肯定会优于目前的输卤运行系统。
[参考文献]
[1]．《水力学》黄文鍠人民教育出版社1980年
[2]．《给水排水新技术》许京骐等中国建筑工业出版社1988年
[3]．《给水工程基本知识》同济大学水暖系给排水教研室中国建筑工业出版社1978年
升级会员 