CN102862822A - 一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统及方法。运输流程为：煤浆通过喂浆泵送入环路管道，经检测合格后进入一级泵站的输送主泵及管道，由主泵加压将合格煤浆密闭输送到第二接力泵站及管道至用户终端。泵站内都设置清水池及废浆池；泵站由接力泵站和转输泵站组成，泵站入口汇管、排出汇管和泵上安装有压力仪表及超压泄放阀门，主泵进、出口安装有缓冲气罐；泵站内的主泵为并联连接，并采用电子耦合方式，对泵的启动及关闭进行控制。具有结构合理，自动化程度高，使用及操作简便，减轻了火车及汽车的运输压力，减少了重载汽车对公路的磨损和交通事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及管道运输，具体涉及一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统及方法。
背景技术
管道运输行业发展已有一百多年的历史，其中通过管道运输的有石油、天然气、煤炭及其他矿产，美国在19世纪80年代就开始在实验室研究管道运输，其中20世纪50年代和60年代开始用于煤炭的管道世纪运输，对水煤浆的浓度设为45%～49%，这种浓度运输的成本过高，存在低效率运输的缺陷；中国专利ZL85100543.8，由中国科学院感光化学研究所发明的“高浓度水煤浆”， 水煤浆含有添加剂，添加剂为腐植酸钠盐，其用量为煤（干基）重量的0.05～10%之间，煤浆浓度为33%～70%，煤的粒度大小均小于300微米，该发明只涉及高浓度水煤浆，对于管道运输未公开，且浓度值过宽，同时还含有添加剂，美国的煤浆浓度过稀，均存在增加运输成本的缺陷。又如“云南大红山管道有限公司”2009年02月13日申请的“一种矿浆管道运输装置”， 申请号为200910008917．5和2010年05月12日申请的“一种矿浆管道运输装置及其防堵控制方法”，申请号为201010169064．6，该两项专利都用于一般短距离输送，不适宜大运量、长距离输送。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构合理，自动化程度高，使用及操作简便的一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统。
本发明的另一目的是提供一种大运量长距离密闭接力管道输煤方法。
为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统，该运输系统由煤制浆系统、泵站、管道、储浆罐、缓冲气罐、参数检测仪表组成，本发明的特殊之处在于所述煤仓与破碎及制浆系统连接；破碎及制浆系统与储浆系统一端连接，所述储浆系统另一端通过喂浆泵房与安全回路一端连接；安全回路另一端与第一泵站连接，其中所述第一泵站分别与清水池、废浆池连接；所述第二泵站、所述第三接力泵站、所述第四接力泵站、所述第五接力泵站的进口管道依次分别与第一泵站开路系统、第二泵站开路系统、第三泵站开路系统、第四泵站开路系统连接；所述第五泵站的出口管道与第一终端连接；所述第一终端依次分别与第一用户，第二用户、输送泵站一端连接；所述输送泵站另两端分别与第二终端的第三用户连接；第三终端的第四用户连接。
所述的泵站的主泵为活塞隔膜泵。
所述的管道直径为273.1mm～610mm。
所述的管道壁厚为17.5mm～7.0mm。
所述的储浆罐直径为φ24m×高25m。
所述管道的全线分别设置至少四个截断阀室。
一种所述的水煤浆密闭接力管道运输系统的运输方法，按下述步骤进行：
1）、将制浆系统制出的煤浆首选通过站场内的喂浆泵及管道送入安全环路管道检测是否合格；
2）、安全环路管道上通过安装的各种水力参数检测仪表检测煤浆的水力输送参数；
3）、煤浆经过安全环路检测后进入第一泵站的输送主泵及管道，由主泵加压后将合格煤浆密闭输送到第二接力泵站管道；
4）、再经第二接力泵站内主泵及管道加压输送到第三接力泵站，以此类推最终通过转输泵站输送到第一用户终端、第二用户终端、第三用户终端；
5）、所述第一用户终端、第二用户终端、第三用户终端设置有储浆罐区域，所述储浆罐区域内安装至少三个储浆罐；
6）、所述储浆罐内煤浆通过喂浆泵及管道再输入到终端工业场地内的脱水厂进行脱水处理，脱水后的煤炭经过二次转运供给用户；
7）、根据工艺系统需要，在每个泵站内都设置清水池及废浆池；
8）、所述运输系统泵站由接力泵站和转输泵站组成，所述运输系统安装至少5个接力泵站，每个接力泵站内至少安装6台主泵，其中5台工作，1台备用；
9）、所述接力泵站两端通过阀门、管线设置有第一开路系统、第二开路系统、第三开路系统、第四开路系统；
10）、所述转输泵站内安装至少4台主泵，其中2台供给第一终端用户、另2台供给第二终端用户，工作方式为1用1备；
11）、所述泵站入口汇管、排出汇管和泵上安装有压力仪表及超压泄放阀门；
12）、为了减少泵进出口的压力脉动，主泵进、出口安装有缓冲气罐；
13）、所述检测仪表包括密度计、流量计、压力变送器，密度计用于测定输送浆体的密度及浓度，流量计用于测定管道中浆体的流量、流速，压力变送器用于测定管道中浆体的摩阻损失；
14）、在安全环路上安装一活动短管，输送煤浆前将短管称重计量，每隔一段时间将短管取下，洗净后再称重计量，根据前后的重量差准确地计算出管道的磨蚀量；
15）、每个泵站内的主泵为并联连接，并采用电子耦合方式，对泵的启动及关闭进行控制。
本发明与现有技术相比，具有结构合理，自动化程度高，使用及操作简便，减轻了火车及汽车的运输压力，减少了重载汽车对公路的磨损和交通事故的发生的特点，采用本种运输方式，对地形的适应性最大可达到±13%，沿途无任何的运输损失，由于管道深埋于冻土层以下，对气候的适应性强，沿途无任何飘尘等的污染，由于沿线仅有5个接力泵站、1个转输泵站（位于一个终端的场地内）和3个终端共8个永久占地构成，环节少，劳动定员少，仅200人，建成后，运费低于0.15 元/吨公里，比铁路和公路运费最少低50%，且煤源稳定、连续运输，对用户煤质的保证性很强，广泛用于煤炭及其他矿产行业。
附图说明
图1为本发明运输系统结构示意图。
图中：1-煤仓，2-破碎及制浆系统，3-合格储浆系统，4-喂浆泵房，5-安全回路，6～10为1#～5#泵站，11-清水池，12-废浆池，13～16为1#～4#开路系统，17-第一用户，18-第二用户，19-输送泵站，20-第三用户，21-第四用户，Ⅰ～Ⅲ为第一～第三终端。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对发明的内容作进一步说明：
参照图1所示，一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统，该运输系统由煤制浆系统、泵站、管道、储浆罐、缓冲气罐、参数检测仪表组成，所述煤仓1与破碎及制浆系统2连接；破碎及制浆系统2与储浆系统3一端连接，所述储浆系统3另一端通过喂浆泵房4与安全回路5一端连接；安全回路5另一端与第一泵站6连接，其中所述第一泵站6分别与清水池11、废浆池12连接；所述第二接力泵站7、所述第三接力泵站8、所述第四接力泵站9、所述第五接力泵站10的进口管道依次分别与第一泵站开路系统13、第二泵站开路系统14、第三泵站开路系统15、第四泵站开路系统16连接；所述第五泵站的出口管道与第一终端Ⅰ连接；所述第一终端Ⅰ依次分别与第一用户17，第二用户18、输送泵站19一端连接；所述输送泵站19另两端分别与第二终端Ⅱ的第三用户20连接；第三终端的第四用户21连接。
所述的泵站的主泵为活塞隔膜泵。
所述的管道直径为273.1mm～610mm。
所述的管道壁厚为17.5mm～7.0mm。
所述的储浆罐直径为φ24m×高25m。
所述管道的全线分别设置至少四个截断阀室。
一种所述的水煤浆密闭接力管道运输系统的运输方法，按下述步骤进行：
1）、将制浆系统2制出的煤浆首选通过站场内的喂浆泵4及管道送入安全环路5管道检测是否合格；
2）、安全环路5管道上通过安装的各种水力参数检测仪表检测煤浆的水力输送参数；
3）、煤浆经过安全环路5检测后进入第一泵站6的输送主泵及管道，由主泵加压后将合格煤浆密闭输送到第二接力泵站7管道；
4）、再经第二接力泵站7内主泵及管道加压输送到第三接力泵站8，以此类推最终通过转输泵站19输送到第一用户终端Ⅰ、第二用户终端Ⅱ、第三用户终端Ⅲ；
5）、所述第一用户终端Ⅰ、第二用户终端Ⅱ、第三用户终端Ⅲ设置有储浆罐区域，所述储浆罐区域内安装至少三个储浆罐；
6）、所述储浆罐内煤浆通过喂浆泵及管道再输入到终端工业场地内的脱水厂进行脱水处理，脱水后的煤炭经过二次转运供给用户；
7）、根据工艺系统需要，在每个泵站内都设置清水池11及废浆池12；
8）、所述运输系统泵站由接力泵站和转输泵站组成，所述运输系统安装至少5个接力泵站，每个接力泵站内至少安装6台主泵，其中5台工作，1台备用；
9）、所述接力泵站两端通过阀门、管线设置有第一开路系统13、第二开路系统14、第三开路系统15、第四开路系统16；
10）、所述转输泵站内安装至少4台主泵，其中2台供给第一终端用户、另2台供给第二终端用户，工作方式为1用1备；
11）、所述泵站入口汇管、排出汇管和泵上安装有压力仪表及超压泄放阀门；
12）、为了减少泵进出口的压力脉动，主泵进、出口安装有缓冲气罐；
13）、所述检测仪表包括密度计、流量计、压力变送器，密度计用于测定输送浆体的密度及浓度，流量计用于测定管道中浆体的流量、流速，压力变送器用于测定管道中浆体的摩阻损失；
14）、在安全环路上安装一活动短管，输送煤浆前将短管称重计量，每隔一段时间将短管取下，洗净后再称重计量，根据前后的重量差准确地计算出管道的磨蚀量；
15）、每个泵站内的主泵为并联连接，并采用电子耦合方式，对泵的启动及关闭进行控制。
综上所述，下面就运行系统分别叙述如下：
实施例1
一、管输工艺主要设计参数
1、设计煤浆浓度、流速及管径
本设计煤浆重量为53%，管输流速要同时满足安全流速及运量的要求，本项目管输浓度、流速与管径选择见表4-4-2。
管道直径对应设计流速表
表4-4-2
2、输送阻力
根据所选择的管道直径及输送浓度，同时根据实验室实验数据，设计各段管道设计流速下的阻力见表4-4-3。
管道直径及摩阻损失一览表
表4-4-3
3、管输流量
各管段正常输送流量见表4-4-4。
各管段正常输送流量（重量浓度53%）
表4-4-4
三、泵输工艺
1、泵站设置
全线共设置6个泵站，其中1到5号泵站为干线泵站，管道直径为610mm，年运输精煤10Mt；6号泵站为转输泵站，位于第一终端，承担分输第二终端的第三用户及第三终端的第四用户所需煤量。
2、泵输工艺
泵输工艺系统采用各泵站密闭接力输送方式，将合格煤浆连续不断地输送到管道的终端客户。制浆系统制出的合格煤浆首先通过首端站场内的喂浆泵送入安全环路，安全环路上设置各种水力参数检测仪表，检测煤浆的水力输送参数。煤浆经过安全环路检测后进入1号泵站的输送主泵，由主泵加压后将合格煤浆密闭输送到2号泵站。煤浆进入2号泵站后，再经2号泵站内主泵加压输送到3号泵站，以此类推最终输送到第一终端。在每个泵站都设置满足工艺系统需要的水池及废浆池。主要功能是提供泵站内冲洗水及干线管道冲洗水。各泵站内的冲洗废浆流向泵站内的废浆池。管输煤浆输送到第一终端后，经煤浆储存设施分别再转输至第一用户终端Ⅰ的第一用户、第二用户及位于第二用户终端Ⅱ的第三用户，第三用户终端Ⅲ的第四用户。
3、主泵系统
主输泵采用隔膜活塞泵，其中1号泵站至5号泵站每个泵站内设置6台主泵，5台工作，1台备用。第一终端的6号泵站内设置4台主泵，其中2台供给第三用户、2台供给第四用户，工作方式为1用1备。每个泵站内主泵并联运行，并采用电子耦合方式，对泵的启动及关闭进行控制。为保证主泵的正常运行，在每个泵房入口汇管、排出汇管和泵上装有压力仪表及超压泄放阀门。同时为了减少泵进出口的压力脉动，主泵进、出口安装有缓冲气罐。
4、管材及变壁设计
在选用管道材质时既要考虑经济性，更要考虑安全性。结合本工程的工艺条件和自然条件，以及保证线路用管的可靠性，本工程钢管的制造标准应采用《石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第2部分：B级钢管》（GB/T9711.2-1999）。
钢级L450MB的管材广泛地应用在石油天然气输送管上，其主要特点是除了具有较高的强度外，还具有较好的韧性和可焊性。鉴于输煤管道具有固液两相流的特点，在管材的选择上，对钢级L450MB的管材进行合理的改进，适当提高其管材的耐磨性和可焊性，将是十分有益的。
管道壁厚的选择是管道安全运行的重要保障。在安全运行的前提下，为节约工程钢材用量，节约管道投资，本设计按照各段所承受压力的不同，管道全线采用变壁设计，壁厚范围为17.5~7.1mm。全线钢材量近12万吨。
5、阀室
管道干线根据需要设置了若干的阀室，用于保障管道运行的安全。
6、管道防腐
（1）管道外防腐
管道防腐方案推荐采用3PE外防腐层，一般管道3PE的补口采用无溶剂液体环氧加热收缩补口套（带）。定向钻穿越段采用帕罗特结构防腐层并选用帕罗特J的双组份配套涂料。对小于或等于30mm的损伤，用聚乙烯补伤片进行修补。对于大于30mm的损伤，在用聚乙烯补伤片修补后，在修补处包覆一条热收缩带，包覆宽度应比补伤片的两边至少各大于50mm。
（2）阴极保护
管道推荐采用强制电流阴极保护，局部采用牺牲阳极保护的方式。全线根据需要设置阴极保护站若干座，均与站场、阀室合建。
终端系统
一、终端厂址
项目共设置终端厂址三个，即第一用户终端Ⅰ、第二用户终端Ⅱ和第三用户终端Ⅲ。
二、终端煤浆储存设施
三个终端煤浆储存设施根据需要设置若干大型机械搅拌式钢制储罐。
三、第一终端脱水系统
1、产品用户及要求
终端脱水后的产品主要作为动力用煤，脱水产品全水分Mt小于等于20.0%。
2、脱水工艺
脱水拟采用沉降过滤+压滤机+两级浓缩处理的联合工艺方案。
脱水产品最终数质量指标见表4-5-1。
脱水产品数质量表
表4-5-1
| 产品名称 | 产率（%） | 外水分（%） | 全水分（%） |
| 沉降过滤离心机 | 80.000 | 15.000 | 18.000 |
| 压滤机 | 20.000 | 20.000 | 23.000 |
| 最终产品 | 100.000 | 16.000 | 19.000 |
3、主要脱水设备
主要脱水设备为沉降过滤离心机和压滤机，其中：
沉降过滤离心机选用直径D=1118mm，L=3353mm型，压滤机选用国内组装，型号为f=1000m2。
一、第一用户终端Ⅰ脱水煤储运系统
1、脱水煤储存
煤浆脱水产品（沉降过滤离心机产品和压滤机产品）混合后直接入圆形储煤场，圆形储煤场直径80m，设计储量约为脱水厂4天的产品储量。圆形煤场配煤从落煤柱顶落下，自然堆积，形成一个圆锥形煤堆，直到煤场充满，推土机辅助作业。
2、脱水煤产品运输
脱水煤产品设圆形储煤场内，储煤场下布置带式输送机，其中储煤场下一条转载带式输送机系将煤运至汽车装车带式输送机后，再通过一台配仓刮板配入三个汽车装车仓内，仓上设有一台配煤刮板输送机，仓下设有防寒型装车闸门用于装车。储煤场下另一条输送机运煤至铁路装车点外运，输送机设计运量满足2小时装满万吨列车的需要。
考虑到脱水煤市场可能的变化情况，第一终端脱水系统预留了今后建设干燥系统的可能性。
本发明为我国首次公开，由于我国地域相差较大，各地区的煤质、地质条件不同，本发明的保护范不受实施例的限制。
Claims (7)
1.一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统，该运输系统由煤制浆系统、泵站、管道、储浆罐、缓冲气罐、参数检测仪表组成，其特征在于所述煤仓（1）与破碎及制浆系统（2）连接；破碎及制浆系统（2）与储浆系统（3）一端连接，所述储浆系统（3）另一端通过喂浆泵房（4）与安全回路（5）一端连接；安全回路（5）另一端与第一泵站（6）连接，其中所述第一泵站（6）分别与清水池（11）、废浆池（12）连接；所述第二接力泵站（7）、所述第三接力泵站（8）、所述第四接力泵站（9）、所述第五接力泵站（10）的进口管道依次分别与第一泵站开路系统（13）、第二泵站开路系统（14）、第三泵站开路系统（15）、第四泵站开路系统（16）连接；所述第五泵站的出口管道与第一终端（Ⅰ）连接；所述第一终端（Ⅰ）依次分别与第一用户（17），第二用户（18）、输送泵站（19）一端连接；所述输送泵站（19）另两端分别与第二终端（Ⅱ）的第三用户（20）连接；第三终端的第四用户（21）连接。
2.根据权利要求1所述的一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统，其特征在于所述的泵站的主泵为活塞隔膜泵。
3.根据权利要求1所述的一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统，其特征在于所述的管道直径为273.1mm～610mm。
4.根据权利要求1所述的一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统，其特征在于所述的管道壁厚为17.5mm～7.0mm。
5.根据权利要求1所述的一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统，其特征在于所述的储浆罐直径为φ24m×高25m。
6.根据权利要求1所述的一种大运量长距离密闭接力管道输煤系统，其特征在于所述管道的全线分别设置至少四个截断阀室。
7.一种权利要求1的所述的水煤浆密闭接力管道运输系统的运输方法，按下述步骤进行：
1）、将制浆系统（2）制出的煤浆首选通过站场内的喂浆泵（4）及管道送入安全环路（5）管道检测是否合格；
2）、安全环路（5）管道上通过安装的各种水力参数检测仪表检测煤浆的水力输送参数；
3）、煤浆经过安全环路（5）检测后进入第一泵站（6）的输送主泵及管道，由主泵加压后将合格煤浆密闭输送到第二接力泵站（7）管道；
4）、再经第二接力泵站（7）内主泵及管道加压输送到第三接力泵站（8），以此类推最终通过转输泵站（19）输送到第一用户终端（Ⅰ）、第二用户终端（Ⅱ）、第三用户终端（Ⅲ）；
5）、所述第一用户终端（Ⅰ）、第二用户终端（Ⅱ）、第三用户终端（Ⅲ）设置有储浆罐区域，所述储浆罐区域内安装至少三个储浆罐；
6）、所述储浆罐内煤浆通过喂浆泵及管道再输入到终端工业场地内的脱水厂进行脱水处理，脱水后的煤炭经过二次转运供给用户；
7）、根据工艺系统需要，在每个泵站内都设置清水池（11）及废浆池（12）；
8）、所述运输系统泵站由接力泵站和转输泵站组成，所述运输系统安装至少5个接力泵站，每个接力泵站内至少安装6台主泵，其中5台工作，1台备用；
9）、所述接力泵站两端通过阀门、管线设置有第一开路系统（13）、第二开路系统（14）、第三开路系统（15）、第四开路系统（16）；
10）、所述转输泵站内安装至少4台主泵，其中2台供给第一终端用户、另2台供给第二终端用户，工作方式为1用1备；
11）、所述泵站入口汇管、排出汇管和泵上安装有压力仪表及超压泄放阀门；
12）、为了减少泵进出口的压力脉动，主泵进、出口安装有缓冲气罐；
13）、所述检测仪表包括密度计、流量计、压力变送器，密度计用于测定输送浆体的密度及浓度，流量计用于测定管道中浆体的流量、流速，压力变送器用于测定管道中浆体的摩阻损失；
14）、在安全环路上安装一活动短管，输送煤浆前将短管称重计量，每隔一段时间将短管取下，洗净后再称重计量，根据前后的重量差准确地计算出管道的磨蚀量；
15）、每个泵站内的主泵为并联连接，并采用电子耦合方式，对泵的启动及关闭进行控制。
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