浆体管道的探路人

——访中国恩菲原水工业所浆体管道试验室主任刘德忠

2023年07月25日 15:38 15732次浏览 来源:   分类: 铜资讯   作者:

第一次见到中国恩菲工程技术有限公司原水工业所浆体管道试验室主任刘德忠,个头不高的他,戴着一副经典的方形金属细框眼镜,拉着满载“史料”的小拖车,穿着熨烫整齐的白衬衣,精神抖擞地出现在电梯口。刚一落座,刘德忠便从鼓鼓囊囊的拖车中拿出数十斤重的科研设计成果,打开了话匣子。提到他所从事的工作与专业技术,刘德忠如数家珍。直穿回那条由七秩恩菲人终生奉献铺就而成的有色之路。

责任

——国家的需要就是对口的专业

1962年9月26日凌晨,云南个旧云锡公司火谷都尾矿库发生溃坝事故,300多万平方米的尾矿涌出,造成十几个村寨的近1.4万人受灾、171人死亡。该地属于少数民族地区,巨大的生命财产损失严重影响到民族关系的稳定。彼时,我国工业基础薄弱、自主科研设计能力落后。该尾矿库在建设过程中缺乏科学技术支持,且施工不规范,导致工程质量差、坝体失稳引发事故。尾矿库是矿山选矿厂生产过程中必不可少的设施,同时,也存在高势能的人造泥石流危险源。

尾矿库建设包含了尾矿坝、排洪系统、回水系统等,与水利工程类似。为加强尾矿建设专业设计力量,原冶金部便向水利部申请选录水利专业毕业生。

1964年,清华大学水利系毕业的刘德忠在国家分配下,来到原冶金部有色冶金设计总院(以下简称中国恩菲或有色院)矿山处水道科尾矿组。

对于学习了6年水利知识的刘德忠而言,冶金系统是一个完全陌生的领域,他甚至都没有听过“尾矿”这个名词。该部门老同志姜云奇和他打趣道:“尾矿就是选矿的‘厕所’,我就是搞‘厕所’的!”说者无心听者有意,此言一出,作为全国顶尖学府高才生的刘德忠感到哭笑不得。从学习“生命的源泉”到从事“生命的排泄物”;从凤毛麟角的本科生,到从头开始的“新生”,刘德忠始终充满干劲。经过与同事们的相处,刘德忠渐渐得知,他们中的许多人都是从土建、给排水、机械等专业改行从事的尾矿设计。“只要国家有需要,不懂的问题我就去学习,没什么好怕的。”在前辈们的影响下,刘德忠迅速克服困难,主动融入集体,跟着老同志们在实践中边干边学,义无反顾地投身于尾矿工程设计工作中。

1964年,恰逢我国开展“设计革命”,有色院顺应时代变化实行“三面向、五结合”,号召设计人员“下楼出院”,把工作地点从设计院搬到现场。305设计大队一鞭先著,在金川基建会战上取得了优异的成绩。次年,有色院撤销了重有色各专业科,参照305设计大队的成功经验,正式成立负责东川工程的301队,负责云锡、昆明工程的302队,负责锡矿山、凤凰山、金堆城工程的303队,负责葫芦岛锌厂、株冶、大冶、白银和国外设计的304队,以及负责金川工程的5支综合专业设计队伍的305队。刘德忠跟随有色院的发展脚步,加入303设计大队。

创新

——从无到有的浆体环管试验

1969年,刘德忠在陕西华县金堆城钼矿5000t/d中厂设计工程尾矿负责人姜云奇的带领下,参与到该工程的尾矿库和浆体管道设计工作中。当时,建设水库和翻越秦岭36公里的矿浆管道两个项目在同时进行。对于刘德忠而言,一个项目涉及他所熟悉的专业,另一个项目是新兴事物。不惧未知、敢于挑战的刘德忠,选择成为我国浆体管道事业首批“探路人”。

20世纪50年代,我国在苏联的援助下步入工业化起步阶段,工业发展都沿用了苏联技术,这在金堆城的项目上也不例外。金堆城钼矿的副产品是硫精矿,其主要品位是硫和铁。经过多年的自主生产实践,发现早前浆体管道输送水力计算采用的苏联克诺罗兹公式,已不适用于大密度、高浓度硫精矿浆体临界流速计算,严重影响到工程项目的进展。这对于当时的科研设计者而言,无疑极具挑战。在尾矿浆体管道行业摸索了几年的刘德忠,结合熟知的水利专业知识,萌生了做浆体环管试验的想法。1970年,敢想、敢干、敢闯、敢试的他,在有色院领导的大力支持下,联系了陕西水利科学研究所,一头扎进硫精矿和钼尾矿环管试验之中。没有数据支撑、场地保障和案例借鉴,一切都要从头开始。

此次试验是我国首次进行较完整、系统的精矿和尾矿浆体环管试验。刘德忠收集了丰富的精矿和尾矿浆体环管试验数据,结合河流挟沙理论,推导出半理论半经验临界流速矿浆输送水力计算公式。该试验数据和公式被编入尾矿设计手册中,我国第一本较为系统地表述浆体管道水力计算的《矿浆输送的水力计算》也应运而生,从该书中能够很方便地查询清水水力坡度,广义浓度换算关系、颗粒在清水中的沉速等数据,极大地方便了设计人员的查用,为行业发展提供了可参考经验。

刘德忠的浆体环管试验成果得到了不同程度的发表,并受到了表彰,他作为“先进科技工作者”入选《冶金部光荣册》、被授予原冶金部劳模,还受邀登上了天安门城楼。讲到这里,刘德忠感慨地说:“如果当初不是领导们的支持,就不会有环管试验的成果。”这成果亦为其后来终身从事的事业打下了坚实的基础,自此,刘德忠的有色冶金“筑路之旅”正式开启。

1978年全国科学大会召开后,有色院认识到,科学技术是当代社会生产力发展的核心要素,便重建了科研机构,正式恢复了中断已久的科研工作。次年,经原冶金部决定,有色院更名为北京有色冶金设计研究总院,自此踏上了名副其实的设计与研究相结合的综合发展道路。同时,有色院看到了环管试验的潜力,建设了浆体管道试验室,安装了环管系统和测试仪表等设施,试验和设计人员共5人,由刘德忠担任室主任。

20世纪80年代,刘德忠到金川出差。当时,金川一选厂原设计采用火车运输,浮选精矿需浓缩、脱水、干燥运到冶炼厂。冬天,火车运输过程中,由于精矿含水量大,易解冻,卸车困难;夏天,气温高、水分蒸发快,导致精矿粉尘飞扬,污染环境,在运输过程中由于风吹、震动及装运卸环节多损失了大量精矿。金川一选厂火车运输的方式从1965年开始延续使用了近30年。在了解情况后,刘德忠向金川提出了将火车运输改为管道运输的方案。

有色矿山通常地处偏远山区,交通不便,而选矿大多需要将矿石磨碎,运送存在难度。浆体管道运输则能更好地适应矿区复杂的地形,缩短实际运输距离,减少损耗,具有不可替代的优势。刘德忠提出的管道运输方案被金川列为技改项目。他负责的浆体管道试验室针对该项目进行了试验和设计,经历了从现场踏勘选线、画施工图、现场施工服务和试车投产全过程。该项目于1991年顺利运行至今。

实践证明,管道运输显著提升了经济效益和社会效益,得到了金川公司的高度赞扬。该技改项目在1992年获评有色院优秀项目二等奖,在1993年获评中国有色金属工业总公司科学技术进步奖四等奖。

刘德忠说,浆体管道试验室除了没搞过煤方面的试验,铜、铁、镍、铅、锌、金、硫、磷等精矿,多金属尾矿、黄河泥沙、电厂灰渣、水泥料浆、井下充填物料、青海察尔汗盐湖光卤石、供水污泥等其他材料,基本上都被他拿来做过试验,可以说是浆体管道科研设计中试验种类最多的。直到1997年刘德忠退休,该试验室共进行了试验约57项,其间,多次荣获省部级奖项及有色院奖项,为我国甘肃金川工程、江西德兴铜矿、湖南锡矿山锑矿等项目作出了不同程度的贡献。这些试验结果不仅为工程设计提供了依据,还为我国浆体管道理论研究和设计提供了基础数据。

刘德忠根据多项试验研究数据和多年管道设计经验,推导出浆体管道公式十余个,其中,“刘德忠达西摩阻系数公式、刘德忠矿砂沉速公式、刘德忠临界流速公式”等,被编入国标《尾矿设施设计现范》GB50863-2013和《浆体长距离管道输送工程设计标准》T/CECS-2019中。在有色冶金系统“混迹”多年的他,还推导出了CCD逆流洗涤流量权重调和传递法计算公式,通过中国恩菲的协助编写成了语言程序,供湿法冶金专业使用。

回忆过往,刘德忠说,有色院员工常常四海为家,在那个困难时期,他笑称要过好“四关”:一是“洗澡关”,金属矿山地处偏远,只有进了城才能洗上澡。二是“睡觉关”,住的是临时搭建的板房,板房床上有臭虫,只能每周日统一用开水浇床试图消灭臭虫;出差的地方卫生条件差,睡觉时怕沾上虱子,就把裤子脱了吊起来放。三是“交通关”,从城区到项目现场,路况车况都不大好,汽车总是半路抛锚。司机师傅难免抱怨,而刘德忠却不觉得为难,乐呵呵地跟着司机一起修车。四是“辟谷关”,工作时常忙得吃不上饭,工作结束了饭也没了。说起这些,刘德忠眯着眼哈哈大笑,舞动着双手,语气丝毫感觉不到所说内容的艰苦。

刘德忠最长一次在项目上连续停留了10个月。那一年春节前回到家,刘德忠的儿子已经不认识爸爸了。话题到这戛然而止,这是他唯一没有再细说下去的事。在笔者的全部访谈中,刘德忠鲜少提及家庭。“奉献国家是我的心愿”,提到国家,他言语格外坚定,提到家庭,他言语中有着闪躲回避。也许,这是他无法弥补的亏欠,但眼神中的坚定却映射出几代有色院儿女的模样——始终坚守矿业报国、矿业强国的初心,一生忠诚担当,苟利国家,不求富贵。

奉献

——功成不必在我 归来仍是少年

20世纪90年代,是有色行业发展历程中的一个重要时期,国家开始由计划经济向市场经济体制过渡,以建设社会主义市场经济为目标的各项改革措施相继出台,中央提出加强宏观调控的政策和措施,压缩有色行业基建投资,设计任务急剧减少。有色行业没有大型基建项目,设计力量供过于求。刘德忠退休时,有色行业仍不景气,为了把不多的机会留给后辈,他主动提出退休后不参与返聘。

2004年8月11日,商务部对有色院申请对外工程总承包权予以批复,同意该院将经营范围扩大。次年3月,有色院承担的海外采选冶为一体的矿业总承包项目——“巴布亚新几内亚镍钴项目”(以下简称巴新项目)正式签署。该项目技术难度之高、工程覆盖面之大,堪称世界级挑战性工程。

2006年,始终心系有色的刘德忠终于等到了这个机会,他担任了“巴新135km红土矿浆体管道设计项目”的技术顾问。该项目也是首次将长距离管道输送技术应用于高黏度红土矿浆体输送的项目。70岁的刘德忠根据红土矿浆体流变特性,编制了汉克斯宾汉体阻力计算程序,与尾矿室同事经过验证,提出了低浓度、大流量、大管径、低压力、离心泵紊流输送方案。

该管道纵断面有翻越点,末端需建消能站,由于内径610mm的大管径,国内无消能孔板制造厂家,国外订货价格昂贵,周期长、成本高且不易获得。刘德忠另辟蹊径,采用三氧化二铝陶瓷拼装法,设计出了国内可以制造的消能孔板,并与团队共同取得了国家发明专利和实用新型专利证书。该孔板安装在巴新消能站上,运行10年未更换。

好事多磨,在这个极具挑战性、其关键技术和装备在当时我国尚属空白的世界顶级矿业项目上,难题自然层出不穷。

2010年,73岁的刘德忠到巴新出差,当时的红土矿浆体管道系统已初具雏形,泵站采用敞开式设计,但试车时遇到了难题。贮槽24m水头沿溢流管水平喷出,水溅到泵电气仪表等设备上,使得现场一片狼藉。刘德忠与该项目现场团队多次实地考察后,在不改变原设计的前提下,根据“水力水垫消能原理”提出设计方案,解决了当时设计中矿浆贮槽溢流水消能不散,溢流出的矿浆产生大压力浆液喷射、喷溅,带来的安全性、环保性不足的问题。该设计“具有自流消能结构溢流管的矿浆贮槽”获得国家专利。

2010年10月,刘德忠在调试湿法冶炼工艺流程中发现,两个加料室的隔膜计量泵在输送时,管道出现振动。设计中选用12台隔膜计量泵,用于输送98%的浓硫酸至2个加料室。在冷水试车的过程中,第2个加料室管道振动严重,使得浓硫酸隔膜计量泵出口总管测压点处管道开裂喷液。如果事故发生在正常生产中,浓硫酸喷出将会造成严重的生产事故,后果不堪设想。

刘德忠立即核实缓冲器容积,对共振和激振水击进行计算。经过分析,管路系统的固有频率跟隔膜计量泵激振主频率相近而导致产生共振。经过团队商议,通过增加管道固定支座减振,并将装有红土的一根管径D100mm的钢管焊在垂直管道上,增加原有管道的有效截面惯性矩,使管道受力时抵抗弹性变形的能力增强。另外,在隔膜计量泵出口管道上增加调压罐(蓄能器),通过以上多种措施的组合,解决了高压釜喂料隔膜泵和管道系统的共振问题,避免了生产中浓硫酸喷溅的事故。

在巴新项目上,前线与后方的众多建设者协同奋战、共克时艰,在团队的努力下,该项目团队自主研发设计的红土浆体管道设计方案取代了两家美国公司提出的高浓度、小流量、小管径、高压力、隔膜泵层流输送方案,相较国外方案节省投资1.043亿元,每年节省运营费用3997万元。2012年3月份,该项目顺利实现全流程一次性投料试车成功;12月份举行竣工典礼,迄今已安全生产10余年。

“虽然在名义上我退休了,但只要身体能行,国家需要,我就继续干下去。哪怕身体不行了,和年轻人一起干,发挥我的余热,也能够把这些传承下去。”2015年,刘德忠的“传帮带”徒弟周积果,因《巴新瑞木镍钴项目——矿山工程及长距离矿浆管道工程》获评“中国有色金属建设协会部级优秀工程设计一等奖”。提到这些,刘德忠的脸上洋溢着和当年登上天安门城楼时一样的自豪。如今的他,仍满载激情在业内活跃着,期盼再度回到项目现场,回到那些与有色院同仁并肩奋战的地方。

“今年,我已经85岁了,我希望把自己曾经得出的经验整理出来,留给尚在从事这份工作的人一些可参考的资料,为行业尽一点绵薄之力。”作为我国浆体管道事业的开拓者、参与者、见证者,刘德忠依然壮心不已。今年,《刘德忠浆体管道论文集》《刘德忠浆体管道计算表》两本书正式出版,这是他向中国恩菲建院70周年的献礼。笔者眼中,这不是一位生于1937年已腿脚不便的老人,而是那个在1964年的秋天初来乍到,怀着满腔热血手持画图工具在项目现场练出一身腱子肉、皮肤逐渐黝黑的年轻工程师。

1953年,为恢复和发展我国有色金属工业,有色院便扎根在了这片大地上。文人笔下,秋日的北京“银杏黄、枫叶红,西山有红叶”,可有一种美是他们所不知,但有色院的四方土地知道的。七秩轮回里,有色院看见无数的面庞青涩褪去,赤心仍在;她看见年龄的增长从不让青春逝去,致仕也不是脚步停下的休止符。竹露夕微微,每一个先辈的脚印都承托着后来者前进,在这片有色大地上晨露总是与夕阳互映着光辉。

责任编辑:付宇

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