深海采矿提升管系统优化研究

深海采矿提升管系统优化研究
随着陆上资源的日渐枯竭,深海开发已经成为世界主要大国的重要战略目标,实现高效、低能耗的深海矿产提升具有重要意义。本文考虑4000m的深海采矿提升管ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ采用离心泵多级提升的方案。具体研究方法是:运用荷兰代尔伏特大学垂直管道内泥浆运输基本理论,估算垂直管道内大颗粒输送的最小速度,在此基础上针对特定矿浆浓度和管径估算大颗粒矿物在提升过程中的压力损失,结合离心泵特性对泵级和提升管直径进行优化,从而实现稳定高效和低能耗的矿物水力提升。概括起来,本文的研究内容主要包括:(1)拟定扬矿管和矿浆流体的相关物理参数,并建立物理模型;(2)考虑不同管道直径,确定垂直输送的最小速度;(3)针对不同矿浆浓度,换算不同口径泵的基本特性曲线;(4)对每种特定管道直径和矿浆浓度,分别计算管阻,并绘制管阻特性曲线;(5)结合相同工况下的管阻特性曲线和泵特性曲线,在合理范围内设定不同的泵级数,分别求解提升系统的工作点;(6)以系统单位产量能耗为指标,考虑保证泥泵效率能较好地发挥,母船装配功率满足以及节约材料的情况下,优化提升管管径和相应管径下的泵级设置。本文研究结果表明,单位产量能耗在某一临界泵级数处可取得最小值,此时亦可保证较高的产量和泥泵效率较好的发挥;针对20%的矿浆浓度和30000 kW的母船功率配给,提升管直径取600 mm可使系统单位产量能耗最低化且让产量和泥泵效率维持在较高水平,此即深海采矿提升管系统最终优化方案。