磷石膏渣库回水系统结垢问题研究

霍志全

（湖北大峪口化工有限责任公司，湖北 荆门 431910）

磷石膏是以磷矿石为原料采用湿法制取磷酸过程中产生的、以硫酸钙为主要成分的化工副产物［1］。湿法磷酸生产企业将w（固）为20%～25%的磷石膏通过渣浆泵输送至磷石膏渣库，磷石膏渣堆存在库内，渣水自然沉积后通过库区排水系统排入回水池，再送至磷酸装置回用。

1 磷石膏渣库回水系统存在问题

磷石膏的主要化学组分为SO3、CaO、H2O，占比达到90%以上，还含有P2O5、F、K2O、Na2O、Cl等杂质。当回水温度降至16 ℃以下，回水中F、K2O、Na2O含量达到一定量时回水输送系统会形成结垢，从而堵塞输送管道及输送泵，导致回水输送不畅，不但影响磷酸装置用水，而且对库区安全造成影响。

2 磷石膏库回水结垢条件

通过生产实践，当回水中F、K、Na、SiO2等杂质富集到一定量，回水温度在16 ℃以下时回水开始结垢，当回水中ρ（F）达到1 000 mg/L以上时，结垢速率大大增加。结垢体堵塞回水管道、输送泵叶轮及泵壳，已成为制约磷酸生产的瓶颈。对某磷石膏渣库回水水质分析见表1。析，数据见表2。

表1 某渣库回水水质分析 mg/L

表2 某渣库回水结垢体分析%

以上分析数据说明，水中有K、Na的存在且水温在16 ℃以下时形成Na2SiF6、K2SiF6结垢体。

3 处理结垢试验

3.1 人工清理

3.1.1 回水泵清理

当水温降至16 ℃以下时，随着结垢体附着在回水泵叶轮、泵壳，泵输送能力大幅度降低，额定流量700 m3/h 的回水泵，使用24 h 后流量降至300 m3/h 以下，如不及时拆开清理，流量会继续降低，直到为零。这样需要每天对泵叶轮、泵壳进行解体，人工清除结垢。此方法虽然可有效清理泵结垢，但工作量大且影响泵的运行周期。

3.1.2 回水管清理

磷石膏渣库一般离磷酸装置较远（一般在5 km左右），所以回水管长度为5 km左右，根据经验回水管结垢集中在回水泵出口至1 000 m 左右长度，且越靠近泵出口结垢越严重。回水管运行周期约为2个月（每年结垢期为5个月），这样一年要对回水管清理1 ～2次，因管道长拆除难度大，且回水管一般无备用管，只能进行分段拆除更换，人工清理后再进行一次更换作业。此方法虽可清理干净结垢体，但严重影响磷酸生产。

3.2 使用预结垢方法处理

经对回水进行分析，水中K、Na含量较回水池中水的K、Na 大幅度降低，特别是ρ（K）只有30 mg/L（回水池中ρ（K）550 mg/L），说明结垢物质在回水管道和回水泵中已完全富集。鉴于此，采用预结垢的方法，在回水进入回水泵前，让结垢物质富集，从而缓解回水泵与回水管的结垢。通过试验，采用预结垢的方法处理，并对预结垢处理前后回水泵、回水管道结垢情况进行对比，发现回水泵体结垢有所缓解，但由于预结垢的速率有限，仍未解决结垢影响泵回水量的瓶颈。

3.3 提高回水温度

从回水结垢条件看，当回水温度下降至16 ℃及以下，水中K、Na、SiO2、F浓度达到一定值时，回水结垢体就会附着在回水泵及管壁上。如果将回水温度提高到16 ℃以上理论上能解决回水结垢问题。

3.3.1 采用电伴热提温方法

在回水管、回水泵上安装电伴热带并保温，电伴热带选择最高温度65 ℃，回水管上共安装300 m，300 m的管道上安装3个取样阀。试验前，将回水泵回水流量控制在500 m3/h，测回水温度为9 ℃，对电伴热带通电，当电伴热带温度升至65 ℃后开始计时，通电3 h后3个取样阀处水温分别为9.2、9.3、9.2 ℃，通电6 h后水温分别为9.3、9.3、9.2 ℃，通电10 h 后水温分别为9.5、9.5、9.4 ℃。拆开回水泵，检查泵体结垢情况，与未使用电伴热带时对比，发现结垢厚度无明显变化，分析原因，回水流量为500 m3/h，电伴热温升不足以将水温提高至16 ℃，所以此方法不能解决结垢问题。

3.3.2 将回水从地下隧道引至回水泵进口达到升温的目的

磷石膏渣库一般建有排水井、排水隧道，且排水隧道从渣库底部修建至回水池，一般渣库隧道长在1 000 m左右。回水经排水隧道流量在550 m3/h的情况下，一般比环境温度高5 ～6 ℃，所以当环境温度为10 ℃，隧道内出来的回水将达到16 ℃，这样就可以避开回水结垢的条件之一——温度因素。试验分3 个阶段进行：第一阶段，选择环境温度为10 ℃时，控制排水隧道入口水量为550 m3/h，测排水隧道出来的水温为16 ℃，开回水泵运行24 h，每小时对回水流量和回水温度进行记录，发现当回水水温16 ℃时，回水流量保持在550 m3/h左右，进入晚上环境温度较低时间段（最低6 ℃）时，回水温度在10 ℃，回水流量逐步下降。此种条件下泵运行72 h，回水流量从550 m3/h 降至310 m3/h。第二阶段，选择环境温度为5 ℃时，控制排水隧道入口水量为550 m3/h，测排水隧道出来的水温为11 ℃，开回水泵运行24 h，每小时对回水流量和回水温度进记录，发现回水流量逐步下降，此种条件下泵运行24 h，回水流量从550 m3/h降至320 m3/h，此条件下结垢较快。第三阶段，选择环境温度为0 ℃时，控制排水隧道入口水量为550 m3/h，测排水隧道出来的水温为6 ℃，开回水泵运行24 h，每小时对回水流量和回水温度进行记录，发现回水流量逐步下降，此种条件下泵运行24 h，回水流量从550 m3/h降至280 m3/h，此条件下结垢更快。

通过以上排水隧道引水至回水泵进口，利用隧道温度恒温原理来升高回水温度的方法处理回水结垢问题的试验来看，当环境温度高于10 ℃时，无结垢附着在泵体上，当环境温度低于10 ℃时，泵体开始结垢，且温度越低结垢越快。总体来看，通过此方法能解决部分结垢问题，且无运行投入，是较好缓解结垢对生产的影响的方法。

3.4 在回水系统中加入阻垢剂

将回水流量控制在550 m3/h，在回水泵进口以每小时30 kg的阻垢剂量加入回水系统中，回水温度为5 ℃，每小时记录回水流量，试验24 h，回水流量从550 m3/h 降至280 m3/h。将阻垢剂量从30 kg/h提高到50 kg/h，回水温度为5 ℃，试验24 h，回水流量从550 m3/h降至280 m3/h。将阻垢剂量从50 kg/h提高到100 kg/h，回水温度为5 ℃，试验24 h，回水流量从550 m3/h降至280 m3/h。通过试验，添加阻垢剂对回水结垢处理无效果。

3.5 利用渣浆冲洗结垢的回水管

湿法磷酸生产装置渣浆温度一般在40 ℃以上，w（固）在20%～25%。当回水管线结垢达到一定厚度后，将回水管与渣浆管进行互换。试验前，拆除一根回水管，检查回水管结垢厚度并做好影像记录，将磷酸装置渣浆泵的出口的渣浆管与磷石膏渣库回水泵出口的回水管对换，实现磷石膏渣库的回水用原渣浆管进入磷酸装置，磷酸装置的渣浆通过结垢的回水管进入库区，从而达到利用具有一定温度和固含量的渣浆冲洗回水管结垢。所有管道改造完后，启动渣浆泵，磷酸装置正常生产，进行试验。试验30 d 后，拆除回水管检查结垢情况，与互换前结垢进行对比。对比后发现通过清洗回水管的结垢厚度由120 mm 降低至60 mm，表明此方法对结垢处理有一定的效果。

4 结论

磷石膏渣库回水系统结垢的原因与回水温度、回水杂质含量、矿石中杂质的性质、磷酸装置生产工艺及所在地理位置等因素有关，每套磷酸生产装置回水系统所产生的结垢体形式和条件不同。同时，磷石膏回水系统结垢问题也是困扰湖北等地磷复肥生产企业的一个难题。通过人工清理、排水隧道引水至回水泵进口，利用隧道温度恒温原理来升高回水温度的方法处理回水结垢及渣浆冲洗结垢的回水管等方法能对回水结垢进行事后处理，从而维持磷酸装置生产用水的平衡。