Пример использования полупогружных насосов в системах карьерного водоотведения
В системах водоотведения в карьерах и хвостохранилищах все большее распространение получает использование полупогружных турбинных насосов.
Одним из примеров использования таких систем может являться система водоотведения установленная компанией ITT в Перу для компании FreePort McMorgan Cooper&Gold Inc Company, на шахте по добыче меди и молибдена. Добыча производится открытым способом.
Основные сложности насосной системы:
- Необходимость отвода большого количества воды, до 10.000 м3/час на высоту 60 метров.
- Содержание в перекачиваемой среде большого количества взвесей и растворенных солей
- Переменный уровень воды в зумпфе (что существенно затрудняет использование насосов с двусторонним входом в связи с переменным NPSH)
- По возможности отсутствие капитальных работ для монтажа насосных агрегатов Задачу водоотведения можно решить различными способами.
На данный момент наиболее распространены решения на базе насосов с двусторонним входом и многоступенчатых насосов. Такжевстречаются решения на базе погружных насосов. Все эти решения, наряду с очевидными плюсами имеют и целый ряд минусов.
Одним из основных вопросов, который встает перед заказчиком является необходимость обеспечения достаточного подпора на входе насосов. Эта задача усложняется в связи и тем, что уровень воды в зумпфе как правило переменный и колеблется в широких пределах(большинство центробежных насосов очень чувствительны к изменению уровня на входе в пределах 1-2 метров). Этот вопрос может быть решен применением погружных насосов, что оправдывает себя в случае использования насосов с мощностью не более 400 кВт. Однако решение не позволяет обеспечить высокий напор и является более дорогим по сравнению с использованием насосов с«сухими» двигателями.
Второй вопрос, который необходимо принимать во внимание при выборе насосного оборудования для подобных задач – максимальный напор, который может обеспечить насос. Как правило, одноступенчатые насосы не дают требуемого напора для решения задач по водоотведению.
Этот вопрос может решаться как установкой насосов последовательно в несколько ступеней, так и использованием многоступенчатых насосов. В случае с последовательной установкой, существенно возрастают затраты на обслуживание насосов, обустройство мест под монтаж насосов (что не всегда возможно), затраты на обслуживание нескольких насосных станций, затраты на подведение электропитания и т.п.
Использование многоступенчатых насосов также имеет некоторые ограничения. В частности многоступенчатые насосы подвержены большему абразивному износу при перекачивании жидкостей с содержанием твердых частиц. Особенно это отражается на первой(всасывающей) ступени. Она принимает на себя частицы с острыми кромками. За счет большой скорости потока на входе в рабочее колесо, эти частицы наносят максимальный ущерб рабочему колесу и направляющему аппарату. Также при использовании многоступенчатых насосов необходимо обратить внимание на промежуточные подшипники установленные в насосе.
Как правило, в подобных насосах используются подшипники скольжения. Это также может вызывать определенные сложности, особенно если подшипники смазываются перекачиваемой средой и не имеют внутренней промывки или не заполнены консистентной смазкой. В этом случае ресурс подшипников и вала существенно снижается.
Принимая во внимание все указанные выше моменты, в качестве решения задачи по водоотведению были выбраны насосы VIT производства Goulds Pumps, установленные на понтоне и соединенные гибкими трубопроводами.
Постараемся осветить причины, которые повлияли на выбор:
- Полупогружные турбинные насосы менее восприимчивы к колебанию уровня воды в зумпфе в связи с тем, что всасывающая ступень находиться ниже уровня воды и, как правило, имеет достаточно большой запас по NPSH. В данном случае было принято решение разместить насосы на понтоне, но существуют решения и со стационарной установкой.
- В связи с отсутствием чистой воды для промывки подшипников скольжения(как правило используется такая схема, для полной защиты подшипников) было принято решение применить локальное упрочнение поверхности вала, для снижения абразивного износа и использования композитного материала в подшипниках. Это решение позволило существенно увеличить ресурс подшипников скольжения. За два года эксплуатации существенных нарушений в работе подшипников не выявлено.
- Требуемый напор обеспечен с помощью одного насоса. В данном случае использована двухступенчатая конструкция, так как напор который необходимо обеспечить не велик. Существуют также решения обеспечивающие напор до 1000 метров. Итак, насосы установлены в одной из конечных стадий процесса, хвосты проходят через гидроциклоны и очищенная вода уходит в карьер, из карьера верхний слой воды откачивается насосами, расположенными на понтоне. Отведенная насосами вода возвращается в технологический процесс. Вода содержит химические реагенты, а также около 5 % абразива
- Всего в системе установлено5 насосов(3 рабочих+ 2 резервных). Расход 10000 м3/ч можно было бы обеспечить даже одним насосом серииVIT (максимальный расход 15000 м3/ч), но ограничения по электрической мощности потребовали разбивки на насосы по мощности не превышающи х 1 мВт.
- Для уменьшения износа рабочего колеса на входе, и для уменьшения требуемого столба жидкости над входом в насос (в крайней нижней точке насосы практически касаются грунта и уровень воды очень невысок, так как стояла задача максимально возможного отвода воды) были применены рабочие колеса с двусторонним входом. Это позволило существенно уменьшить скорость на входе в колесо и сократить абразивный износ. Кроме того, рабочее колесо на входе выполнено из более твердого материала. После прохождения первой ступени, абразивные частицы«обкатываются» и лишаются большинства острых граней. Это позволило достичь экономии используя для остальных ступеней более дешевый материал.
- В связи с наличием в перекачиваемой среде растворенных солей, кроме вопросов абразивного износа встали вопросы короззионного износа. Эти вопросы были решены использованием материала 316SS для рабочих колес. В случае наличия агрессивных сред, может быть использована любая комбинация стандартных материалов. В особо тяжелых случаях насосы могут быть выполнены из любого металла подвергающегося механической обработке.
- В случае необходимости, турбинные насосы могут быть модернизированы для обеспечения большего расхода. Это достаточно стандартная практика.
Насосы VIT 28GXC находятся в эксплуатации на шахте компанииFreePort McMorgan с октября 2007 года и на данный момент никаких сбоев в работе насосов не зафиксировано. Проведены плановые замены набивки, подшипников, сменных колец и рабочих колес. Чрезмерного износа насоса не выявлено.
Контроль за состоянием насосов и двигателей осуществляется датчиками температуры двигателя и датчиками вибрации, установленными на напорном патрубке насосов и в двигателях. Таким образом, использование современных турбинных насосов позволило существенно сократить затраты на установку насосов и обеспечить долгосрочную и надежную работу системы.
