Как выбрать правильный насос для обработки абразивных слякоти в горнодобывающих операциях

Понимание абразивных язв в горнодобывающей промышленности

Абразивные суспензии представляют собой гетерогенные смеси твердых частиц, суспендированных в жидкости, как правило, в воде, но иногда с химическими добавками или технологическими жидкостями.В операциях по добыче эти суспензии возникают в результате дробления, шлифования, флотации, выщелачивания и управления хвостохранилищами.Твердая фаза может включать твердые, острые минералы, такие как кварц, магнетит или медная руда, а также глины и фрагменты горных пород.Жидкая фаза часто несет растворенные соли, кислоты или щелочи, которые еще больше усложняют обработку.

Основной проблемой с абразивными суспензиями является ускоренный износ компонентов насоса. Частицы воздействуют на поверхности с высокой скоростью, вызывая эрозию, выдавливание и усталость. Одновременно химическая атака может разъедать металлы и разлагать эластомеры. экстремальных температур добавляют тепловой стресс. Насос, который не соответствует абразивности суспензии, может преждевременно выйти из строя, что приводит к незапланированным простоям, дорогостоящему ремонту и опасностям безопасности. Поэтому необходим тщательный выбор, основанный на тщательном понимании физических и химических свойств суспензии.

Характеристика суспензии: основа выбора насоса

Перед выбором насоса охарактеризуйте суспензию по следующим параметрам:

• Распределение размеров частиц (PSD) — наибольший размер частиц, содержание тонкостей и процент частиц выше критического размера, которые могут вызвать быстрый износ.
• Концентрация твердых веществ — Вес или объемный процент твердых веществ. Более высокие концентрации увеличивают вязкость и потенциал истирания.
• Плотность и скорость оседания — определяет тенденцию твердых веществ оседать в насосе и трубопроводах, влияя на размер насоса и чистую положительную всасывающую головку (NPSH).
• pH и химический состав — Кислые или щелочные суспензии требуют коррозионностойких материалов; растворенные хлориды или сульфаты могут атаковать металлы и каучуки.
• Температура — влияет на прочность материала, гибкость эластомера и риск кавитации.
• Индекс абразивности или износостойкости — лабораторное измерение, которое количественно оценивает износостойкость шлама; используется для оценки срока службы насоса.

Точная характеристика позволяет инженерам сопоставить гидравлическую конструкцию насоса и выбор материала с точными условиями обслуживания. Например, суспензия с частицами кварца 10 & х мм при 40% твердых частиц по весу потребует другого насоса, чем мелкая глиняная суспензия при 20% твердых веществ с рН 2.

Типы насосов для абразивных сыпи

Каждая конструкция насоса имеет свои преимущества и ограничения. Наиболее распространенные типы, используемые в горнодобывающей промышленности, описаны ниже, с акцентом на их способность справляться с истиранием.

Центробежные суспензионные насосы

Центробежные насосы суспензии спроектированы с широкими открытыми ходами крыльев для размещения крупных частиц и снижением скорости вращения для минимизации износа. Ключевые особенности включают:

• Тяжелые корпуса — часто изготавливаются из высокохромного железа (например, 28% хрома) или облицованы толстой резиной или полиуретаном.
• Экспеллер или динамические уплотнения — уменьшают утечку и устраняют необходимость в железной воде во многих приложениях.
• Настраиваемые износостойкие детали — Импеллер, горловой куст и пластины для подкладки подкладок можно заменить для продления срока службы насоса.

Центробежные суспензионные насосы доступны в горизонтальной (горизонтальный суспензионный насос - серии HH) и вертикальной (погружной или отстойный насос) конфигурациях. Они идеально подходят для высоких скоростей потока и от умеренной до высокой головки. Однако они менее эффективны при низких скоростях потока и могут испытывать быстрый износ, если работать вдали от их лучшей точки эффективности (BEP).

Пистон и плунжер насосы

Положительные смещенные насосы, такие как поршневые и плунжерные типы, используются для применений высокого давления, таких как трубопроводы суспензии на большие расстояния или питающие автоклавы. Они могут обрабатывать очень высокие давления и менее чувствительны к изменениям вязкости, чем центробежные насосы. Однако их движущиеся части (поршни, упаковки, клапаны) непосредственно подвергаются воздействию суспензии, что приводит к серьезному износу, если не используются специализированные материалы и системы смыва. Для чрезвычайно абразивных суспензий поршневые насосы часто заменяются диафрагменными насосами или перистальтическими насосами.

Перистальтические (лобковые) насосы

Перистальтические насосы работают путем сжатия гибкого шланга или трубки против корпуса насоса, создавая движущееся сжатие, которое продвигает суспензию вперед. Суспензия остается полностью в шланге, никогда не контактируя с движущимися частями насоса. Эта конструкция предлагает несколько преимуществ для абразивных суспензий:

• Минимальный износ — только шланги; корпус насоса и ролики служат бесконечно.
• Превосходно для чувствительных к сдвигу или высоковязких суспензий — Никаких препятствий или высокоскоростного воздействия.
• Самообслуживание и может работать сухо — идеально подходит для передачи отстойника или прерывистой обязанности.

Недостатки включают ограниченные скорости потока и емкость под давлением (обычно до 15 & х / бар или 200 & х х / пси) и более высокие эксплуатационные расходы на литр из-за замены шланга каждые несколько тысяч часов. Тем не менее, перистальтические насосы все чаще используются в фильтровальных нагнетателях, загустителях подтека и химических дозировках.

Вертикальные насосы Spindle

Вертикальные веретеновые насосы, также называемые вертикальными консольные насосы, предназначены для перекачки из глубоких отстойников или подземных шахт. Их длинный вал и подшипниковая сборка позволяют погружать головку насоса в суспензию, в то время как двигатель остается выше класса. Эти насосы прочно сконструированы с закаленными материалами и часто используются для обезвоживания шахт, рекультивации хвостов и разгрузки мельницы. Их простая конструкция снижает содержание уплотнения, но требует тщательного выравнивания и поддержки.

Другие специализированные насосы

• Погружные суспензионные насосы — электрические погружные аппараты с тяжелыми износостойкими частями, используемые для обезвоживания и переноса суспензии в ямах.
• Диафрагменные насосы — Положительные сменные насосы с гибкой диафрагмой, изолирующие суспензию от приводного механизма. Они обеспечивают хорошую износостойкость и используются для низкотемпературных высокоточечных применений.
• Прогрессирующие полости насосы — подходят для высоковязких или толстых суспензий с низкой абразивностью; не рекомендуется для очень твердых частиц из-за износа статора.

Критерии выбора ключей

Выбор правильного насоса предполагает балансирование многих факторов. Следует систематически оценивать следующие критерии:

Носить сопротивление и материалы

Наиболее важным фактором является способность компонентов насоса противостоять эрозии и коррозии. Общие материалы включают:

• Высокохромное белое железо — отлично подходит для экстремальной истирания от твердых частиц (твердость Мооса > 5). Типичные сорта HC100, HC200 или HC250 (25-28% Cr). Твердость до 600-700 BHN.
• Природная резина — Идеально подходит для тонких, абразивных суспензий с рН 4-12 и температурой до 70 °C. Резина поглощает удар и сопротивляется скольжению износа.
• Полиуретан — хорош для умеренной истирания и химических веществ; может использоваться в тонких накладках для легких применений.
• Керамика — применяется в качестве вставок в зонах высокой одежды (импеллер, ношение колец) для ультраабразивных шлепанцев, но дорогих и хрупких.
• Нержавеющие стали (дуплекс, супердуплекс) — Используются, когда коррозия является основной проблемой, а истирание низкое.

Часто используется комбинация: металлический корпус для прочности конструкции с резиновыми или полиуретановыми вкладышами, которые можно заменить. Срок службы этих материалов можно оценить с помощью тестов на износ, таких как номер Миллера или ASTM G75 (тест на влажную истирание Миллера).

Гидравлические характеристики: скорость потока и голова

Насос должен обеспечивать требуемый расход (Q) и общую динамическую головку (TDH) в точке работы системы. Для центробежных насосов важно выбрать насос, который работает вблизи своей лучшей точки эффективности, чтобы минимизировать износ и потребление энергии. Работа вдали от BEP может вызвать рециркуляции, вибрации и ускоренного удара частиц. Используйте кривые насоса, опубликованные производителями, и убедитесь, что фактическая точка работы соответствует кривой производительности выбранного насоса. Для насосов с положительным смещением, считайте, что поток определяется скоростью, а головка ограничена рейтингом давления.

Чистая положительная всасывающая головка (NPSH)

Абразивные суспензии часто содержат пузырьки воздуха или газа, а высокое содержание твердых веществ может изменять давление пара. Необходимо избегать кавитации, поскольку она разрушает износостойкие покрытия и вызывает быструю эрозию. Требуемый NPSH (NPSHR) насоса должен быть меньше, чем доступный NPSH (NPSHA) при всех условиях эксплуатации. Установки с длинными всасывающими линиями или подъемником с высоким всасыванием должны использовать бустерный насос или вертикальную конфигурацию.

Размер и форма частиц

Максимальный размер частиц определяет минимальный размер проезда крыльчатки. Как правило, насос должен иметь диаметр проезда не менее чем в три раза больше размера частиц. Угловатые, острые частицы более абразивны, чем закругленные. Сыпь с высоким содержанием тонкостей (минус 200 сеток) может увеличить вязкость и снизить эффективность насоса. Установка сывороток требует более высоких скоростей потока для удержания частиц в суспензии, что увеличивает износ.

Обслуживание и доступ

Простой насос в шахте может стоить десятки тысяч долларов в час. Выберите насосы, которые предлагают:

• Легкий доступ к износу деталей без нарушения трубопроводов.
• Дизайн обратного вытягивания для быстрого обслуживания.
• Стандартизированные, легкодоступные запасные части.
• Модульная конструкция, позволяющая модернизировать до более прочных материалов.

Производители, такие как Weir Minerals, Warman, Sulzer и Grundfos, предлагают конкретные линии продуктов для абразивных услуг.

Оперативные лучшие практики для долгой жизни насоса

Даже самый лучший насос выйдет из строя преждевременно, если не будет работать и поддерживаться правильно. Доказано, что следующие методы увеличивают среднее время между отказами (MTBF):

Правильный размер и прокладка трубопровода

Негабаритные насосы работают с более высокими скоростями, увеличивая износ. Негабаритные насосы отнимают энергию и могут вызывать рециркуляцию с низким расходом. Убедитесь, что кривая головки системы точна и насос работает на своем БЭП. Трубопроводы должны быть как можно более короткими и прямыми, с изгибами дальнего радиуса для уменьшения турбулентности и защемления частиц. Используйте проскальзывающие фланцы с прокладками низкого профиля, чтобы избежать карманов, где могут накапливаться твердые вещества.

Системы печати и фальши

Механические уплотнения являются наиболее распространенным местом отказа. Для абразивных суспензий рассмотрите возможность использования:

• Динамическая печать (эксплер или репеллер) — Использует вторичный импеллер для создания жидкого барьера, устраняя необходимость в уплотнении.
• Двойные механические уплотнения с барьерной жидкостью — барьерная жидкость поддерживается при более высоком давлении, чем суспензия, не позволяя частицам достигать граней уплотнения.
• Гланды, упаковывающие с промывной водой — Традиционно, но требует тщательной корректировки и сохранения воды.

Всегда следуйте рекомендациям производителя для типа смыва уплотнения и скорости потока.

Синхронный мониторинг ношения

Внедрить программу измерения износа: измерить диаметр рабочего колеса, толщину корпуса лайнера и износ горловины через запланированные интервалы. Сравнить измерения с исходным уровнем для прогнозирования оставшегося срока службы. Используйте датчики износа или ультразвуковые датчики толщины на критических участках. Некоторые современные насосы поставляются со встроенными системами мониторинга износа, которые предупреждают операторов, когда лайнеры носят.

Управление запасными частями

Запас критических деталей износа (импеллер, набор вкладышей, горловой куст, механические уплотнения) для по крайней мере одной полной реконструкции. Поскольку ставки износа варьируются, вести учет потребления деталей и соответствующим образом корректировать инвентарь. Рассмотрите возможность партнерства с поставщиком, который предлагает программу обмена износостойких деталей для сокращения времени выполнения заказа.

Обучение операторов

Операторы поездов распознают симптомы износа или неисправности: повышенная вибрация (показатели аксерометра), более высокая моторная ампература, снижение расхода, утечка суспензии из уплотнений или необычный шум (кавитация или удар твердых тел). Раннее обнаружение предотвращает катастрофический сбой.

Тематическое исследование: Выбор насоса для применения медных хвостов

Медный концентратор, необходимый для перекачки хвостов (30% твердых веществ, 60 μm D50, pH 10, температура суспензии 25 °C) из подтека загустителя в хвостохранилище 5 km. Требуемый поток составлял 4000 m3/h в головке 120 m. Первоначально был выбран центробежный суспензионный насос с высокохромными железными внутренностями. Однако срок службы был всего 800 часов на крыльце и 600 часов на корпусных вкладышах. Шахта перешла на резиновый центробежный насос, предназначенный для тонкодисперсных частиц. С резиновыми вкладышами срок службы увеличился до более чем 6000 часов, а эффективность насоса улучшилась, потому что гладкая резиновая поверхность уменьшала трение. Переключатель привел к ежегодной экономии более 150 000 долларов США в запасных частях и сокращению простоев на 90%.

Этот пример иллюстрирует, что выбор материала так же важен, как и гидравлический дизайн. Для тонкой, абразивной суспензии резина часто превосходит металл, в то время как для грубых, острых частиц высокохромное железо превосходит. Лабораторные испытания износа (например, ASTM G75) должны проводиться на вашей конкретной суспензии, чтобы подтвердить лучший материал.

Новые тенденции в технологии суспензионных насосов

Инновации продолжают повышать надежность и производительность насосов:

• Умные насосы с датчиками IoT — данные о вибрации, температуре и износе в реальном времени позволяют прогнозировать обслуживание и уменьшают незапланированные остановки.
• Аддитивное производство деталей насоса — 3D-печатные рабочие колеса и вкладыши со сложной геометрией и градуированными материалами могут оптимизировать распределение износа.
• Передовые эластомеры — Новые полиуретановые смеси и керамические резиновые соединения обеспечивают лучшую устойчивость к истиранию, чем натуральный каучук.
• Приводы с переменной скоростью (VSD) — позволяют точно контролировать скорость насоса в соответствии с изменяющимися условиями процесса, уменьшая износ при уменьшенном расходе.

Для получения дополнительной информации о последних конструкциях суспензионных насосов и тематических исследованиях обратитесь к техническим ресурсам из Weir Minerals или SAGIND Engineering Group , которая публикует обширные белые бумаги по износу и выбору насосов.

Заключение

Выбор правильного насоса для абразивных суспензий в горнодобывающей промышленности является систематическим процессом, который начинается с точной характеристики суспензии и заканчивается хорошо поддерживаемой системой, работающей в пределах ее проектируемых параметров. Тип насоса должен соответствовать размеру частиц суспензии, концентрации, абразивности и химии. Выбор материала - будь то высокохромное железо, резина или полиуретан - является единственным наиболее важным решением для продления срока службы насоса. Не менее важно правильное гидравлическое измерение, запас NPSH, надежные системы уплотнения и упреждающая программа обслуживания.

Следуя приведенным выше рекомендациям и используя опыт производителей, горнодобывающие операции могут значительно снизить общую стоимость владения, минимизировать время простоя и повысить безопасность персонала, работающего с этими требовательными материалами. Инвестиции в тщательный выбор насоса окупаются много раз в течение срока службы шахты.