Наиболее частые проблемы при эксплуатации насосных установок в горной добыче связаны с частыми перегрузками, недостижением требуемых показателей подачи и напора, сбоями при работе с пиковыми притоками и кавитацией. Как следствие — быстрый износ насосной части, частый ремонт и простои производства.
Эти проблемы, как правило, закладываются на этапе проектирования: при подготовке техзадания и гидравлических расчетах. В статье объясняем, как избежать ошибок и на что обращать внимание при выборе оборудования.
Где применяются насосные станции
В горнодобывающей отрасли насосные системы задействованы во всех ключевых производственных процессах: от водопонижения в карьере до перекачивания химических растворов. Выбор насосной установки, в первую очередь, основывается на ее технической задаче.
Технологическое водоснабжение. Насосные станции подают воду на промывку, обогащение, пылеподавление сырья. Для таких задач наиболее важны стабильные параметры подачи и напора в течение всего рабочего цикла.
Карьерный и шахтный водоотлив. Станции откачивают воду из карьеров, водосборников, зумпфов и шахтных выработок. От стабильного водоотлива зависят безопасность горных работ, состояние бортов, доступ техники к рабочим зонам и соблюдение производственного графика.
Оборотное водоснабжение. В инфраструктуре ГОКов насосные станции обеспечивают циркуляцию воды между технологическими участками, отстойниками, хвостовым хозяйством и производственными линиями.
Пожаротушение. Насосные станции применяются для подачи воды в системы пожаротушения и оперативной локализации возгораний.
Из чего состоит насосная станция
Комплектующие для насосных станций подбирают в зависимости от технической задачи, объемов и состава перекачиваемой среды, гидрогеологических условий и климата эксплуатации.
Насосная часть. Насос подбирается соответственно перекачиваемой среде. В горной добыче редко работают с чистой водой. Среда обычно содержит песок и абразивные частицы. Также требуются установки для перекачивания илистой гидросмеси и шлама. В оборотном водоснабжении часто требуется оборудование для агрессивных химических растворов: в частности, в технологии кучного выщелачивания руды. Каждый вид абразивной среды требует подбора специализированных насосов, материалов и уплотнений.
Приводная часть. Насосные станции могут работать на дизельном или электрическом двигателе. Выбор зависит от доступности сетевой инфраструктуры на объекте. На этапе геологоразведки применяются дизельные насосные установки (ДНУ) для автономной работы и возможности перемещения по территории. В дальнейшем жизненном цикле горного объекта ДНУ применяются для ситуативных задач по водоотведению.
При обустройстве ГОКов после подключения центральной сети насосные системы строятся на базе насосных станций с электрическими двигателями. Они чаще всего проектируются с несколькими группами агрегатов для параллельной работы, основного и аварийного режимов.
Исполнение. Насосная станция может быть стационарной или мобильной (на шасси или полозьях). Оборудование может быть смонтировано на раме в открытом виде или под капотом – с базовой защитой от осадков. Такие решения чаще всего применяются для дизельных мотопомп.
Для круглогодичной эксплуатации в условиях Сибири, Арктики, Дальнего Востока (где сосредоточен основной объем полезных ископаемых) применяются блочные насосные станции (БНС), которые монтируются в утепленные блок-контейнеры. БНС также могут быть стационарными или передвижными.
В карьерном водоотведении востребованы плавучие решения – БНС на понтонах – и каскадное размещение береговых дожимных БНС для подъема воды со дна и вывода за пределы карьера.
Трубопроводы с КИПиА. Конфигурация всасывающих и напорных магистралей, траектория трубопроводной обвязки, расположение измерительных приборов, клапанов и задвижек определяется объемом, высотой подъема и типом перекачиваемой среды.
Ошибки в гидравлических расчетах
Комплектация насосной станции подчеркивает, что это сложная инженерная система. На практике при выборе оборудования специалисты часто фокусируются на характеристиках только насосной части – это самая главная ошибка.
Необходимо рассматривать насосную станцию как систему. Насос – ключевой элемент. Но для эффективной работы важно сопоставлять его параметры с характеристиками двигателя, конфигурацией трубопроводов, расположением КИПиА, а также соотносить работу станции с инженерной инфраструктурой и географией объекта.
Перечислим типичные ошибки, которые допускаются при проектировании насосных станций.
Ориентация на максимальные параметры насоса. Максимальная подача или максимальный напор, указанные в паспорте оборудования, не означают, что насос будет устойчиво работать в этих режимах. Для эксплуатации важна рабочая точка. Если она находится вне зоны необходимого КПД, оборудование работает с перегрузкой и быстрее выходит из строя.
Недооценка гидравлических потерь. На фактический напор влияет не только высота подъема, но и сопротивление трубопровода: длина трассы, диаметр труб, количество поворотов, переходов, задвижек и обратных клапанов. Занижение потерь приводит к недобору подачи и нестабильной работе станции.
Ошибки в расчете всасывания. Для насосной системы критичны условия на входе: высота всасывания, длина линии, наличие подпора, риск завоздушивания, температура и свойства жидкости. Неверный расчет может привести к кавитации, повреждению рабочего колеса и аварийным остановкам.
Игнорирование состава среды. Карьерная и технологическая вода часто содержит абразив, песок, ил, шлам и реагенты. Если насос подобран как для чистой воды, ресурс проточной части быстро снижается. Для таких задач требуются износостойкие материалы, корректные проходные сечения и подходящий режим работы.
Отсутствие запаса по режимам. Географические, климатические параметры и свойства среды на месторождениях нестабильны: интенсивность водопритоков меняется по сезонам, горизонты разработки смещаются, трассы удлиняются, свойства жидкости меняются. Станция, рассчитанная «впритык», быстро оказывается на пределе возможностей и тормозит производственные процессы.
Неверный выбор диаметра трубопровода. Слишком малый диаметр увеличивает скорость потока и потери напора. Слишком большой может приводить к заиливанию и неэффективной работе системы. В обоих случаях растут затраты – на энергию, обслуживание или переделку трассы.
Что учитывать при проектировании насосной станции
Насосная станция для горной добычи должна подбираться по совокупности условий:
- назначение;
- климат;
- свойства среды;
- рельеф, перепады высот;
- режимы работы;
- доступность энергии;
- требования к мобильности;
- возможности обслуживания и потребность в автоматизации.
Правильно рассчитанная система обеспечивает стабильный водоотлив, поддерживает технологические процессы и снижает риск внеплановых остановок. Игнорирование комплексного инженерного подхода становится причиной простоев, ремонтов, материального и производственного ущерба.
Поэтому на этапе проектирования насосную станцию нужно рассматривать как единый инженерный комплекс, связанный с технологией добычи, энергетикой и инфраструктурой объекта. Чем точнее исходные данные и гидравлический расчет, тем меньше риски в течение всего жизненного цикла месторождения.
текст и фото: ООО «Завод ПСМ»