选煤厂渣浆泵机封供水系统优化
斜沟煤矿选煤厂属矿井型选煤厂，年处理原煤15.0 Mt，主要入洗8号、13号煤。采用全重介分选工艺，1.5～0.2 mm粗煤泥采用TCS智能分选机分选；-0.2 mm粒级的煤泥不分选，其中粗煤泥采用浓缩-沉降过滤离心机脱水回收，细煤泥采用浓缩-压滤脱水回收。主要产品为炼焦精煤、洗混煤。全厂共有渣浆泵180台，采用双端面机械密封型渣浆泵34台，其中压滤机入料泵12台、滤液泵8台、煤泥水泵6台、旋流器溢流泵8台。34台泵中有4种型号，压滤入料泵型号100ZJA-I-A50，流量180 m3/h，扬程80 m；滤液泵型号200ZJA-I-A60，流量550 m3/h，扬程20 m；煤泥水泵型号300ZJ-I-A70，流量1 600 m3/h，扬程32 m；旋流器溢流泵300ZJ-I-A56，流量1 050 m3/h，扬程38 m.
2 机封供水系统存在问题
1) 渣浆泵机型密封要求使用的是无污染清洁工业用水，但因矿区水源供应不足，该厂机封供水全部采用沉淀后的中水，水质不达标。
2) 厂内机械密封、盘根两种密封型式的渣浆泵共用一套供水管网，管线长、分支多，供水压力波动大。
3) 蓄水箱内水处理主要是采用抬高水泵进口管路和定期清理的方法，效率低、效果差，使用时沉积物上浮造成二次污染。
4) 使用机械密封的34台渣浆泵中，型号为100ZJA-I-A50的压滤入料泵供水压力不足，更换频率最高。
5) 渣浆泵、沉降离心机这两类设备的用水没有进行整合利用，造成清洁水的浪费。
6) 渣浆泵机封冲洗水泵至用水终端之间有多个手动控制阀门，因设备数量较多，常出现阀门漏开情况，造成机封烧毁。
3 现场使用状况的研究分析
3.1 机械密封使用寿命分析
该厂渣浆泵输送介质为煤泥水，浓度200～400 g/L，参照JB/T 4127.1—1999《机械密封技术条件》、JB/T 8723—2008《机械密封》，机械密封的使用期应不低于1年，且按照目前制造条件，机械密封使用寿命应达到25 000 h，正常使用寿命应在2年。但该厂34台渣浆泵机械密封平均使用寿命不足3个月，部分机械密封更换后7天就会出现漏水现象。现场通过批量更换、局部使用优质水试验、同工况对比、质量检查、选型调研等方式进行对比验证，确定机械密封寿命短的主要原因集中在水质和压力上。
3.2 机械密封类型及冲洗水压力、流量计算
1) 该厂34台渣浆泵全部使用的是双端面机械密封，且属于外装式机械密封，双端面机械密封通过向密封腔内注入高于介质压力0.05～0.15 MPa的外供封液起“堵封”和润滑密封端面的作用。34台使用机械密封的渣浆泵，同时安装有副叶轮，按照厂家设计说明，冲洗水压力按照P′=(P进+P出)/2进行计算，就可以达到介质不外漏。冲洗水流量Q′为泵流量Q的0.1%-1%，泵输送量较大时取小值，流量较小时取大值，但最小冲洗水水量应不低于1 m3/h，计算结果见表1.
表1 机械密封冲洗水压力及流量计算表
2) 从表1中可以看出，型号为100ZJA-I-A50的压滤机入料泵的介质压力达到0.75 MPa，按双端面机械密封对冲洗水压力要求，冲洗水压力最小应为0.8 MPa，按照渣浆泵厂家设计要求，冲洗水最小压力应达到0.405 MPa.现场试用的水泵扬程为50 m，且管路分支多，压滤损耗较大，到达该泵机械密封时冲洗水压力为0.3 MPa，小于设计要求的最小压力，造成介质外漏，损坏机械密封。
3) 机械密封冲洗水压力P′的最小值按照设计说明从表1中计取，最大值按照双端面机械密封使用要求，以不大于介质压力0.15 MPa进行计取。其最终参考取值按保证介质不外漏的条件计取，即稍大于最小值。冲洗水流量最小不小于1 m3/h，表1中Q′较大时，按照小值计取，双端面机械密封冲洗水流量约为0.5 L/s. 统筹考虑冲洗水泵选型、管网布置、管损等情况，可取P′和Q′标准参考值，见表2.
表2 机械密封冲洗水压力及流量计取范围表
3.3 冲洗水泵适用性及供水系统分析
该厂主厂房一层区域有34台机封类渣浆泵和56台填料密封类渣浆泵，这两种采用不同密封型渣浆泵的密封冲洗水共用同一台冲洗水泵，水泵流量100 m3/h，扬程50 m. 从表1，2中可以看出，考虑管损，扬程50 m的泵经过管损后，压力并不能满足所有机封类渣浆泵的需求，尤其对于100ZJA-I-A50型号渣浆泵，其压力过小。在渣浆泵轴密封的冲洗水管网及泵的选型布置上，应依据渣浆泵的出口压力、冲洗水流量、渣浆泵空间布置、管路损耗等进行统一考虑，机械密封类渣浆泵应与填料密封类渣浆泵在冲洗水供应上保持独立。
4 机封供水系统的优化与实践
4.1 机封供水系统分离，新增冲洗水泵
该厂34台机械密封类渣浆泵均分在主厂房一期、二期厂房，每期厂房17台。将34台机械密封类渣浆泵供水系统各自与原有供水系统分离，并新增2套冲洗水泵。流量选择按17台同时运行的最大工况考虑(单台渣浆泵分支管路上不考虑安装手动或自动控制阀门)，每期共需供水流量为40.8 m3/h，确定水泵的流量为50 m3/h. 水泵压力按100ZJA-I-A50型冲洗水压力0.45 MPa考虑，选取水泵扬程为60 m.
4.2 选取洁净水源并循环回收，制作缓冲沉淀水箱
对矿区清水供给情况进行统计，单日可供水量约9 200 t，厂内单日中水补水量100～200 t. 主厂房一、二期各有17台渣浆泵采用机械密封，每期单独制作缓冲沉淀水箱。每期机械密封用水量约40.8 m3/h，17台渣浆泵单日需供水量652.8 m3，系统补水量超出煤泥水系统负载，因此需对机封用水进行回收、沉淀、再利用。按照现场布置空间可制作12 m×2 m×2.2 m的水箱，并制作隔板，对回收水进行两次沉淀，蓄水容积48 m3，单日循环13.6次。水箱分为3个空间，分别是回收收集箱(一次沉淀)、二次沉淀溢流箱、洁净水箱，洁净水箱上设补水管，根据水位自动补水。机封运行正常情况下，单日补水量小于2 t,每周对水箱进行置换2次，平均单日排入煤泥水系统的水约13.7 t，单日补水量及排水量远小于矿区供水量和厂内补水量，因此可依据现场水质情况对水箱内的水进行多次置换，且可应对机封外漏后的水源多次置换和清洁的问题。
4.3 优化机封供水管路
主厂房每期17台机械密封类渣浆泵采用独立的供水系统后，泵出口主管分出两趟，一趟管先经过100ZJA-I-A50型渣浆泵供0.45 MPa水压，后至200ZJA-I-A60型渣浆泵供0.35 MPa水压；另一趟管路直接向300ZJ-I-A70、300ZJ-I-A56型渣浆泵供0.3 MPa水压。每种型号渣浆泵均有单独的分支管路供机封冲洗水，分支管路上安装流量调节器、压力表、减压阀、压力传感器等。冲洗水泵至每台渣浆泵之间的管路上除流量调节、压力调节、流量与压力监测外，不再设置其他控制阀门，一次调节到位后，无论泵是否运行，机封冲洗水正常循环(除检修或故障外)。这种情况会增加机封磨损，但生产实际中会避免因岗位误操作、阀门故障、电气故障等原因造成机封无水烧毁的情况发生。
4.4 水箱沉降区的水与沉降筛网冲洗水形成循环
沉降离心机筛网冲洗水水质要求不高，筛网冲洗水喷头直径4 mm，机封冲洗水箱沉淀区的水首先经过篮式过滤器，通过泵加压后进行沉降筛网冲洗，并在水箱沉淀区增加一趟洁净水补水管路。沉降筛网冲洗水每天消耗水量为30 m3，通过该方法，除每周定期进行2次水箱清理外，每天沉淀区的水都可以进行一次水质替换。
5 实施效果
该厂34台渣浆泵机械密封供水系统进行优化升级后，机械密封运转温度正常，水箱内水温一直保持在室温，渣浆泵机械密封平均使用寿命从不到3个月提升至1.5年左右，尤其是12台100ZJA-I-A50型渣浆泵机械密封使用寿命从平均不到1个月提升至1年左右，取得了明显效果。
6 结 论
斜沟煤矿选煤厂34台渣浆泵机械密封使用寿命短的原因主要集中在水质、水压问题上。通过替换水源和选取合理的机封冲洗水压力，使得渣浆泵机封使用寿命明显增长。去除冲洗水分支管路上的手动或电动阀门，在操控上减去了岗位操作环节，避免了因漏开阀门造成机封烧毁的情况发生。此次对机封供水系统的优化升级，效果较好，弥补了初始管网设计施工的缺陷，具有一定的生产实用性，为该类型水泵的使用维护提供了新的方案。
