книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

удовлетворительно, то такую формулу для данных условий сле­ дует считать непригодной (см. табл. 8).

Практическая значимость определения размеров пульпопрово­ дов и гидравлических сопротивлений очень велика: если в проекте низначен недостаточный гидравлический уклон системы гидро­

в работе обогатительной фабрики. Если назначить гидравлические уклоны с большим запасом, то при напорно-принудительном транс­ порте и при больших дальностях транспортирования получается большое количество пульпонасосных станций значительной мощ­ ности с большими капитальными вложениями и дорогой и тру­ доемкой эксплуатацией станций. При этом при диаметрах пульпо­ проводов меньше критических имеет место чрезмерный износ сте­ нок пульпопроводов, .что обусловливает частую их замену.

Кроме того, надо учитывать и частую замену изнашивающихся частей грунтовых насосов с периодической установкой новых насосов вместо износившихся. Все это приводит к излишним, неоправданным обстоятельствами гидротранспорта затратам, за­ метно сказывающимися на окончательной стоимости выпускаемой предприятием продукции.

Сказанное выше, а также неудовлетворительное состояние теории перемещения твердых частиц жидкостью характеризует проектирование систем гидротранспорта как искусство, которое должно базироваться на знании предмета, изучении и учете при проектировании опыта эксплуатации существующих и удовлетво­ рительно выполняющих свою роль систем гидротранспорта хвостов и концентратов.

Придавая большое значение учету аналогов при проектирова­ нии хвостовых хозяйств, ниже приводим имеющиеся сведения об основных параметрах существующих и удовлетворительно работа­ ющих системах гидротранспорта хвостов (табл. 14) по данным за­ рубежных обогатительных фабрик.

Исследования параметров и обобщение опыта эксплуатации благополучно действующих систем гидротранспорта хвостов Алмалыкского, «Апатит», Джезказганского, «Сихали», Тырныаузского и других комбинатов показали, что экстремальные значения коле­ баний расхода и консистенции пульпы составляют от их средних значений ± 2 5 % .

В меньших пределах находятся колебания значений плотности (ут) и крупности твердой составляющей пульпы (dcp), что обусло­ влено технологическим процессом обогатительной фабрики, но и эти параметры колеблются в пределах ± 5 % и более.

Колебания значений фактических рабочих скоростей движения пульпы находятся в пределах ±25% и гидравлических уклонов — в пределах ± 1 5 % .

Кажущееся несоответствие между диапазонами колебаний расходов (скоростей) пульпы в пределах ±25% и гидравлических

71

уклонов в пределах ±15% вызвано эксплуатационными усло­ виями и объяснено ниже.

Эти значительные колебания не вызывают аварийных ситуаций при эксплуатации систем гидротранспорта хвостов только благо­ даря тому, что все системы гидротранспорта хвостов запроекти­ рованы институтом Механобр с учетом режима заиления пульпо­ водов и с соответствующими запасами.

Рассмотрим вопрос о запасах в расчетах при проектировании системы гидротранспорта пульпы с твердой составляющей, харак­ теризуемой средневзвешенной крупностью dcp — 0,10 мм, при пользовании формулой Кнороза — Евдокимова для диапазона крупностей 0,07 мм < d Cp < 0,15 мм. Опыт эксплуатации систем гидротранспорта хвостов, запроектированных на базе использова­ ния формул Кнороза — Евдокимова (см. главу VII), показывает,

ятельства.

При большой степени неоднородностей твердой составляющей но крупности необходимо вводить запасы на гидравлический уклон в размере 10—25 '6 .

Часто встречаются случаи проектирования систем гидротранс­ порта очень мелких хвостов (частиц —0,074 мм до 90%. dcр < < 0,06 мм). В этих случаях расчет по формулам Кнороза — Евдо­ кимова и по предложениям С. И. Горюнова дает излишние запасы (особенно при плотностях твердой составляющей пульпы < 2,65 —

проектированных на научной базе, приведенной в нервом издании настоящей книги, показала ее справедливость. Достаточно ска­ зать, что за все время эксплуатации запроектированных институ­ том Механобр хвостовых хозяйств, в том числе обогатительных фабрик: Тырныаузской, Лениногорской, Джезказганской, Каджаранской и многих других, не было ни одной рекламации, все системы работают нормально, показывая свою эксплуатационную пригодность. Большая часть систем гидротранспорта хвостов работает на режиме заиления, т. е. на наиболее экономичноом режиме, при котором затрачивается минимум энергии при мини­ мальном износе стенок пульпопроводов.

В последние годы произведены новые экспериментальные исследования с обобщением их результатов и предложениями формул для гидравлического расчета напорных, и безнапорных

73

пульпопроводов, в том число — пульповодов Ллмалыкского, Джезказганского, Зыряновского, «Печенгапикель», «Апатит», Оленегорского, Ковдорского и других комбинатов. Метод их оценки — прежний: сопоставление гидравлических расчетов по новым формулам с параметрами благополучно действующих систем гидротранспорта хвостов, в частности исследованных Ленинградским горным институтом им. Г. В. Плеханова (В. Н. По­ кровская, Д. Г. Поволоцкий, Е. В. Сергеев и др). Из него сле­ дует, что формулы С. Г. Коберника — В. И. Войтепко [116], инструкции [104] и ИГМ АН УССР [117] могут привести к тому, что проектировщики выберут заниженный диаметр пульпопро­ вода, так как критические скорости, полученные в результате расчета по этим формулам, могут в 1,5—2 раза превышать ско­ рости движения пульпы благополучно действующих систем гидро­

Ниже приводятся основные указания по гидравлическому расчету безнапорных и напорных хвостопроводов.

Безнапорные хвостопроводы. Основными предпосылками опре­ деления уклона для безнапорных лотков-пульпопроводов яв­ ляются следующие:

установившееся равномерное движение пульпы по лоткампульпопроводам возможно только при скоростях движения, рав­ ных или больших критической скорости ккр:

v > 1>Кр »

74

при безнапорном равномерном движении пульпы гидравли­ ческий уклон равен геометрическому уклону дна лотка и, следова­ тельно, имеет место следующее равенство:

/ п = / в — i ~ sin Р,

где i — геометрический уклон дна лотка-пульпопровода; р — угол наклона линии дна лотка-хвостопровода к горизонту.

На основании указанных предпосылок гидравлический расчет лотков-хвостопроводов при равномерном движении пульпы сле­ дует производить по формуле Шези

v —С / Ri ,

где v — скорость равномерного движепия пульпы; С — коэффи­ циент Шези; R — гидравлический радиус; i — геометрический уклон дна лотка-хвостопровода или потери напора на единицу длины прямолинейного участка лотка-хвостопровода.

Осповная расчетная формула для определения геометрического уклона дна лотка-хвостопровода имеет вид

где Qn — расход пульпы; со — площадь живого сечения потока. При заданных значениях геометрического уклона лотка-пуль­ попровода, формы и размеров его сечения задача гидравлического

75

расчета сводится к определению транспортирующей способности потока, т. е. к определению максимально допустимой копсистенции пульпы при заданной плотности и гранулометрическом составе твердой составляющей. При этом сначала определяют но указан­ ным выше формулам размеры живого сечения и скорость v. Пола­ гая затем v — нкр, определяют транспортирующую способность потока Рв в по одной из рекомендуемой формул в зависимости от гранулометрического состава и плотности твердой составляющей пульпы.

При проектировании новых лотков-пульпопроводов сначала определяют по одной из рекомендуемых формул размеры живого сечения и критическую скорость движепия пульпы v„p, а затем — геометрический уклон по формуле Шези.

Учет местных сопротивлений на поворотах лотков-пульпо­ проводов следует производить путем увеличения расчетного гео­ метрического уклона дна лотка-пульнопровода:

Напорные хвостопроводы. Основными предпосылками определе­ ния гидравлических сопротивлений при гидравлическом расчете напорных труб-хвостопроводов являются следующие:

а) установившееся равномерное напорное движение пульпы по трубам имеет место при скоростях движения, равных или больших критической скорости fKP*.

Величина критической скорости у,ф при заданных копсистенции пульпы Рв в, плотности и гранулометрическом составе твер­ дой составляющей зависит от размера диаметра пульпопровода. Следовательно, каждому значению диаметра соответствует опре­ деленная величина расхода, который можно назвать критическим расходом для данного диаметра QKр. При уменьшении расхода пульпы против критического расхода хвостопровод частично заиливается и работает неполным сечением. При этом и величина критической скорости уменьшается;

б) потери напора по длине напорного хвостопровода при условии соблюдения неравенства о укр вычисляются ио изве-

* Здесь, так же как и в случае безнапорного движения пульпы, мы не рассматриваем случай смешанного движения твердой составляющей (ча­ стично путем передвижения по дпу, частично во взвешенном состоянии).

76

стным формулам гидравлики при напорном движении воды, т. е. устанавливается следующее равенство:

I n ~ U П ’

где / п — гидравлический уклон при движении пульпы, т. е. потери напора на единицу длины пульпопровода, выраженные высотой столба пульпы в метрах на 1 м длины пульпопровода; /„ — гидра­ влический уклон при движении воды, т. е. потери напора на еди­ ницу длины водовода, выраженные высотой столба воды в метрах на 1 м длины водовода; уП— плотность пульпы;

в) при понижении расхода пульпы против критического (т. е. при работе пульпопровода с неполным сечением) при разных сте­ пенях частичного заиления гидравлический уклон сохраняет величину, отвечающую критическому расходу *.

За расчетный случай принимается транспортирование по хвостопроводу максимального расхода пульпы при максимальных значениях плотности и крупности твердой составляющей и кон­ систенции пульпы.

На основании изложенных предпосылок определение гидравли­ ческих сопротивлений нри проектировании напорных хвостопроподов в общем следует производить по формулам, для расчета напорных водоводов с использованием известных таблиц Маиинга ** (для формул Кнороза — Евдокимова).

При проектировании новых напорных хвостопроводов надле­ жит придерживаться следующего порядка их гидравлического расчета:

1) сначала определяется по одпой из рекомендуемых формул критический диаметр хвостопровода и критическая скорость;

2)затем, если в результате расчета по п. 1 получится нестан­ дартное значение диаметра хвостопровода (например D = 287 мм), следует принимать ближайшее большее стандартное значение диаметра (D — 300 мм);

3)для принятого по п. 2 ближайшего стандартного значения диаметра хвостопровода следует вновь по припятой формуле определить критическую скорость;

4) по принятому по п. 2 стандартному значению диаметра и найденной по п. 3 величине критической скорости определяют необходимый гидравлический уклон по формулам Манинга при п = 0,012 (при определении критических скоростей движения пульпы по формулам Кнороза — Евдокимова).

*Диапазон колебаний расходов пульпы, при котором справедливо указанное положение, нельзя считать установленным.

**Эта рекомендация дается в связи с тем, что действующие и удовле­

творительно работающие системы гидротрапспорта хвостов рассчитаны по формуле Кнороза — Евдокимова с определением гидравлических сопро­ тивлений по таблицам Манинга при п = 0,012.

77

Местные потери напора при длинных хвостопроводах можно учитывать путем введения коэффициента 1,1 — 1,25 в выражение для потерь по длине.

Местные потери в различных фитингах необходимо определять по известным формулам гидравлики с введением коэффициента (на пульпу) 1,5—2,0.

Приведенные указания и рекомендации по гидравлическим расчетам напорных хвостопроводов, в частности по расчету кри­ тических скоростей движения пульпы, относятся к случаям гори­ зонтально располагаемых труб. Условия гидротрансиорта на наклоппых участках хвостопроводов будут лучше, чем на гори­ зонтальных. Так, для восходящего (снизу вверх) транспортиро­ вания пульпы по вертикальным трубопроводам необходимая скорость движения пульпы теоретически должна быть несколько больше гидравлической крупности частицы наибольшей плотности и наибольшей крупности. Принимая во внимание указанное об­ стоятельство, на вертикальных участках хвостоироводов можно назначать большие диаметры, чем на горизонтальных. Гидравли­ ческие сопротивления на этих участках надо определять в едини­ цах высоты водяного столба но формуле

7 = / у

■* П J В * П

Приведенные выше предпосылки определения гидравлических сопротивлений при гидравлическом расчете напорных пульпо­ проводов могут быть приемлемы при использовании формул, рекомендуемых С. Г. Коберннком — В. И. Войтенко [116], а также Г. Л. Поповой [119].

Инструкцией [104] гидравлический уклон, характеризующий удельные потери по длине пульповода, рекомендуется определять по формуле 7П= 7„ А7.

Сотрудники ИГМ АН УССР [117] предлагают две расчетные зависимости. Первая формула для определения гидравлических

где п — доля легких частиц (<70 ^ 0,1 мм) в транспортируемом твердом материале по кривой гранулометрического состава; 70 — составляющая гидравлического уклона, учитывающая влияние на гидравлические сопротивления мелких (легких) твердых частиц (d0 0,1 мм) и вычисляемая но известной формуле Дарси:

Yo — объемная масса смеси жидкости с транспортируемыми лег­ кими частицами:

V0= V B-f (Т т-7») S0;

78

ГЛАВА IV

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ СИСТЕМЫ ГИДРОТРАНСПОРТА ХВОСТОВ

1. Некоторые общие рекомендации по проектированию систем гидротранспорта хвостов

Система гидротрансиорта хвостов — комплекс сооружений и обо­ рудования, требующий соответствующей надежной эксплуатации, обеспечивающей бесперебойную работу обогатительной фабрики. Своевременные замены износившихся деталей грунтового насоса, ремонт пульпопровода обеспечивают бесперебойную работу си­ стемы гидротранспорта хвостов фабрики.

Эксплуатационный персонал часто ставит перед проектиров­ щиками задачу составления такого проекта, который обеспечил бы бесперебойную работу системы гидротранспорта хвостов при минимальном их внимании к нему. К сожалению, проектиров­ щики не могут удовлетворить пожеланий эксплуатационного персонала (обогатителей), так как проектирование систем гидро­ трансиорта таким образом, чтобы после сдачи их в эксплуатацию можно было о них «забыть», требует обеспечения режима боль­ ших скоростей движения пульпы, предотвращающих возможные забивки хвостопроводов при любых изменениях расхода пульпы, консистенции и плотпости твердой составляющей, и вызывает необходимость проектировать увеличенное количество землесос­ ных станций с соответствующей затратой энергии. Вместе с тем режим больших скоростей вызывает значительную интенсивность износа пульпопроводов и груптовых насосов и обусловливает повышенные заботы о состоянии сооружений и оборудования хвостового хозяйства и высокую стоимость эксплуатации.

Приведем примеры проектирования хвостового хозяйства на режимах малых и больших скоростей.

Хвостовой безнапорный коллектор Балхашской обогатитель­ ной фабрики запроектирован с геометрическим уклоном дна 0,006. В течение более чем двадцатилетней эксплуатации коллектора было несколько случаев его забивки отложениями хвостов, в ре­ зультате которых были вынужденные остановки фабрики. Эти явления, как было установлено, вызвались отклонениями от проектного режима измельчения руды.

Необходимо отметить, что в течение десятилетий эксплу­ атационники буквально забывали о существовании коллек-

80