磷酸浓缩系统技术改造

念吉红

(云南云天化股份有限公司 云峰分公司，云南 宣威 655413)

8万t/a磷酸装置采用湿法二水物流程，湿法磨矿、多格方槽、低位闪蒸冷却、转台过滤机过滤、干法(或湿法)排渣、强制循环真空蒸发浓缩生产工艺。主要产品为42%～44% P2O5的磷酸，副产品为10%～13% H2SiF6的氟硅酸。

1 工艺流程

通过过滤得到的磷酸浓度较低，不能满足磷铵生产需要，必须进行增浓，蒸发掉部分水分，将浓度提高到42%～44% P2O5。

1.1 浓缩方法

稀磷酸浓缩采用强制循环真空蒸发工艺，即采用一台酸加热器将磷酸加热至82 ℃～86 ℃，在大于等于13 kPa(A) 绝压条件下，在蒸发室内蒸发水分，达到浓缩目的。

磷酸在蒸发过程中，氟硅酸受热分解，生成含氟气体。

H2SiF6→SiF4+2HF

含氟气体与蒸发出来的水蒸汽一起进入下道工序。

1.2 浓缩条件选择

浓缩控制主要工艺指标为磷酸浓度、温度、蒸发室真空度、低压蒸汽压力和温度。磷酸浓度要求达到42%～44% P2O5，温度为82 ℃～86 ℃，蒸发室绝压大于等于13 kPa(A) ，低压蒸汽压力为1.5 kg/cm2～2.2 kg/cm2，温度为125 ℃～135 ℃。

蒸汽压力通过调节回路进行控制。蒸汽压力太高, 超过酸加热器石墨列管耐压值，会导致石墨管损坏。蒸汽压力太低，带水严重，同样会冲击石墨列管，使列管受到损坏。

蒸汽温度通过调节回路调节加入减温装置脱盐水量进行控制。温度太高，说明蒸汽过热度大，会降低传热系数，温度太低，带水严重，会损坏石墨列管。

磷酸浓度通过调节稀酸加入量和进加热器蒸汽流量进行。磷酸浓度太低，不能满足商品磷酸要求，同时氟回收部分会产生大量硅胶，堵塞喷头及设备管道。磷酸浓度太高，粘度增加太多，会降低生产负荷，增加蒸汽消耗，同时加快酸加热器石墨列管的结垢速度，缩短运行同期。

蒸发器酸温通过调节进酸加热器蒸汽流量和蒸发器真空度进行控制，酸温太高会烧坏设备橡胶衬里，酸温太低水蒸发量小，不能满足生产负荷的需要。

蒸发器真空度通过调节进浓缩大气冷凝器循环冷却水量和浓缩真空泵进口泄真空阀的开度进行控制。真空度控制不宜太高，能满足酸温控制即可，太高会引起真空系统设备、管道、橡胶衬里脱落，损坏设备管道。

2 问题的提出

8万t/a浓缩系统[1]主要包括浓缩循环泵、石墨换热器、蒸发室、氟洗涤器等，浓缩系统运行至今，现存在如下问题。

2.1 浓缩循环泵存在的问题

浓缩循环泵为进口泵，从1992年运行至今，轴承箱局部已腐蚀严重，致使轴承箱[2](材质为铸件)基座已多处断裂，备品备件已经很难购买，如果重新制作一新的轴承箱需费用23万元～29万元。

随着磷矿石的不断贫化，稀酸杂质含量的急剧上升，石墨列管中介质的流速仅有2.17 m/s，循环泵的流量和扬程已不能满足现磷矿品质条件下的需求，导致石墨列管结垢速度越来越快。

浓缩循环泵电机为380 V低压电机，电机效率低，能耗比较高。

2.2 石墨换热器存在的问题

石墨换热器于2006-05更换为国产换热器[3]，受当时技术限制，石墨列管换热效率差且内壁粗糙，石墨列管内壁易结垢，致使浓缩系统运行周期短，浓酸产量低，蒸汽消耗上升，而现阶段国产石墨换热器的换热效率及内壁光滑程度得到了极大提高。

石墨换热器有97根石墨列管因渗漏而被堵死，使换热面积减少17%，浓缩系统产量大幅下降。

石墨换热器上、下液室、循环泵出口循环管都已腐蚀严重，每次停车清洗都要花5 h～7 h进行补焊修复，减少了浓缩运行时间。

2.3 系统清洗存在的问题

在浓缩生产中，系统清洗效果比正常生产控制[4]更为重要。清洗效果的好坏直接影响到开车后的生产强度，评价清洗效果的好坏，可根据投运后正常出酸时的壳压及进汽量判断。目前清洗效果较差。

综上所述，对8万t/a浓缩系统进行技术改造，为浓缩生产的长周期稳定运行创造了条件。

3 技改措施

3.1 浓缩循环泵的技改

对8万t/a浓缩循环泵进行国产化改造，用原20万t/a浓缩A系列循环泵代替现有8万t/a浓缩循环泵。

改造后，循环泵流量由6 171 m3/h 提高至7 563 m3/h，石墨列管中介质流速由2.17 m/s提高到3.25 m/s。循环泵的流量和扬程大幅提高，在磷矿不断贫化的情况下，首次通过提高循环泵流量以提高石墨换热器中酸的流速，石墨列管结垢速度得到缓解。达到了提高浓缩装置运行周期的目的。

更换循环泵的进出口变径、出口循环管，并将循环管的通径由DN1150改为DN1330，使循环管与技改后的循环泵相匹配。

技改后的循环泵电机为6 000 V高压电机，提高了电机效率，能耗得到缓解。

改造前后设备规格如表1。

表1 改造前后设备规格Tab.1 Equipment specifications before and after modification

3.2 石墨换热器的技改

购买一台国产石墨换热器，将上液室的出口管改在换热器顶部，在原出口管位置新增一人孔，重新配制出口管、制作新的检修平台。石墨换热器更换为高效率石墨换热器，提高了石墨列管的换热效率，降低蒸汽消耗和提高浓磷酸产量。

购买匹配的电缆线(电压6 000 V)等电器、仪表设备。

更换循环泵的进出口变径、出口循环管，并将循环管的通径由DN1150改为DN1350。

改造前后设备规格如表2。

表2 改造前后设备规格Tab.2 Equipment specification before and after modification

3.3 系统清洗的技改

通过技改，清洗流程如下：排完酸后，打开人孔，检查换热器堵塞情况，对堵塞的换热管进行人工机械清理，清理后根据情况试压补漏，同时清理横管沉积物。

确保清洗液的各项指标，待各项指标正常后开始计算有效清洗时间，过程中至少5次分析清洗液指标，发现偏离时及时调整。

排完清洗液后，打开人孔检查清洗效果，确定是否进行辅助清洗或确定下次清洗方法。如清洗效果差。在停车一周时可用酸、碱交替清洗法清洗。

3 72 h考核标定结果

3.1 考核范围

此次72 h性能考核主要是对蒸汽用量、浓磷酸产量、浓磷酸浓度、壳压是否达到设计能力进行测定。

3.2 考核项目

浓磷酸产量≥11.7 t/h；浓磷酸浓度41%～46%。蒸汽用量≥27.3 t;壳压≤147 kPa。

3.3 考核值分析

3.3.1 产量及物料消耗

浓磷酸产量记录见表3。

表3 浓磷酸产量(以100% P2O5计)Tab.3 Concentrated phosphoric acid yield

浓磷酸浓度记录见表4。

蒸汽用量见表5。

石墨换热器壳压见表6。

表4 浓磷酸浓度Tab.4 Concentration of concentrated phosphoric acid %

表5 蒸汽用量Tab.5 Stream consumption

表6 石墨换热器壳压Tab.6 Shell pressure of graphite heat exchanger

3.3.2 生产能力产品质量分析

72 h性能考核期间共生产浓磷酸921.93 t，生产负荷率及各项指标[5]达到了装置设计能力，达到了提高浓缩装置运行周期的目的。

4 取得的效益

4.1 经济效益

换热器更新后，浓酸产量可增加6%，以2012年生产浓酸87 795 t计，相同的生产时间可增产87 795×6%=5 267.7 t。浓缩运行周期可由19 d提高到27 d，如果每年设备运行按330 d计，那么每年石墨列管的清洗次数可减少330÷19-330÷27=5.14次。正常情况下清洗时间58 h/次，那么浓缩每年可增加生产时间58×5.14=298.1 h，每年可增加浓酸产量298.1×102.4÷8=3 815 t(102.4 t为每班产量)。

每次浓缩清洗需消耗蒸汽51 t，蒸汽105元/t，硫酸37 t，硫酸503元/t，每年可以减少成本(51×105+37×503)×5.14=12.318万元。

综上所知石墨换热器更新后每年可增产5 267.7+3 815=9 082.7 t，以每吨P2O5利润310元计，那么每年可增利润9 082.7×310/10 000+12.318=293.88万元。

4.2 社会效益

每年节约蒸汽262.14 t，节约硫酸190.18 t，节约了资源，保护了环境增加了产值，降低了员工的劳动强度。

5 总结

云峰分公司磷酸厂8万t/a浓缩装置进行技改，在磷矿不断贫化的情况下，首次通过提高循环泵流量以提高石墨换热器中酸的流速，达到了提高浓缩装置运行周期的目的。使用待利用物质进行改造，节约了资金。用高压电机代替低压电机，提高电机效率，节约电能。石墨换热器更换为高效率石墨换热器，提高了石墨列管的换热效率，降低蒸汽消耗和提高浓磷酸产量。