01湘澧盐矿输卤系统改造研究.docx

1、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

2、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：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

3、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；PVCU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、PVCU三种管材进行比较（表1）。管材性能比较表铸铁管RFP/PVC

4、复合管PVCU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PVCU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PVCU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

5、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23%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

6、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。 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

7、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PVCU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

8、性系数=1.79810-2 Pas，重度=11760N/ m3，代入v d Re = （1） 计算出雷诺数Re=2125342320，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 流速计算表管径(mm)内径(mm)面积(m2)流速（m/s）6000m3/d6400m3/d6800m3/d7200m3/d355325.40.083160.8350.8900.9461.002315285.00.063791.0891.1611.2341.306 根据巴西一

9、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 水力坡度计算结果管径(mm)水力坡度J1036000m3/d6400m3/d6800m3/d7200m3/d3551.751.992.252.513153.393.864.364.89同时根据PVCU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/d6400m3/d6800m3/d7200m3/dA段18.9k

10、m3553338434831564738292B段15.4km3552731353931552606775C段2.74km35555.456.26.93159.310.61213.4 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0.52-0.54M

11、pa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/d6400m3/d6800m3/d7200m3/dA段71355-38-33-28-23315-721121B段4.53552327313531548566371C段-47355525353.55431556585960 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

12、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.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

13、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 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

14、长1000米。24735380804744558390合计352330 预计改造后各泵站运行功率表8泵站管径(mm)功 率(kw)6000m3/d6400m3/d6800m3/d7200m3/d三泵站3553848597131581101121144五泵站355889091923159599100103*=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1.56106 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，

15、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