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磷酸濃縮石墨換熱器列管破裂的原因及預(yù)防措施分析
1 概述
石墨換熱器是二水濕法磷酸濃縮系統(tǒng)的主要設(shè)備之一。該設(shè)備事故發(fā)生率高,且一旦發(fā)生事故,停車時(shí)間較長(zhǎng),影響整個(gè)濃縮裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)率,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。安徽六國(guó)化工股份有限公司現(xiàn)有2套濃縮裝置,12萬t/a磷酸二銨于1987年建成,24萬t/a磷酸二銨于2001年7月建成投產(chǎn),現(xiàn)使用的石墨換熱器均為國(guó)產(chǎn)設(shè)備。2套裝置在運(yùn)行的過程中,曾多次因石墨管斷裂而停車,嚴(yán)重制約了磷銨產(chǎn)量的提高。基于上述情況,公司成立QC小組,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行攻關(guān),取得了顯著的成效?，F(xiàn)將石墨換熱器列管破裂的原因及預(yù)防措施分析如下。
二水濕法磷酸生產(chǎn)中,石墨換熱器列管破裂的主要原因有3個(gè)方面。
(1) 剛開車階段石墨換熱器列管的破裂
系統(tǒng)剛開車時(shí),若有操作人員違章作業(yè),極易造成石墨換熱器列管的破裂。具體表現(xiàn)為以下3種形式。
1 溫差效應(yīng) 剛開車時(shí),系統(tǒng)管程磷酸溫度為70℃左右,殼程中蒸汽的溫度為120～130℃,兩者溫差約60℃,由于突然加大蒸汽量,會(huì)使一些積滿堅(jiān)硬堵塞物的石墨管因膨脹系數(shù)大,而造成管子脹裂。
2 低壓蒸汽的沖擊力 系統(tǒng)剛開車時(shí),由于操作不慎,瞬間向系統(tǒng)加入大量蒸汽,會(huì)使石墨管受到巨大的沖擊力而斷裂。
3 循環(huán)酸的沖擊力 剛開車時(shí),若磷酸未充滿系統(tǒng),就開啟軸流泵,則會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力,造成換熱器管擺動(dòng),從而損傷石墨管,甚至導(dǎo)致列管破裂。
(2) 生產(chǎn)過程中石墨換熱器列管的破裂
1 生產(chǎn)過程中,當(dāng)系統(tǒng)提濃蒸發(fā)水量過大,而長(zhǎng)時(shí)間未能補(bǔ)充液位,使得系統(tǒng)靜壓頭不足,造成磷酸在石墨換熱器管內(nèi)沸騰,引起爆管。同時(shí)由于系統(tǒng)酸循環(huán)量不足,引起酸的沖擊而損傷石墨管。
2 生產(chǎn)過程中,磷酸循環(huán)泵跳?；蛲蝗煌ｋ?使得系統(tǒng)的磷酸停止循環(huán),而此時(shí)蒸汽未能及時(shí)切斷,管內(nèi)酸溫局部過熱導(dǎo)致石墨換熱器管的爆裂。
3 由于生產(chǎn)過程中磷酸爆沸,造成蒸發(fā)室氣相空間存在著大量的液沫,液沫中的雜質(zhì)附在器壁上,形成垢層脫落堵塞石墨管口,在連續(xù)加熱過程中結(jié)垢物堵塞管子,導(dǎo)致磷酸中止循環(huán),引起石墨換熱器爆裂。
(3) 清理過程中石墨換熱器列管的破裂
二水濕法磷酸生產(chǎn)中,石墨管堵塞主要表現(xiàn)為石膏堵塞和結(jié)垢(主要成分為Na2SiF6與K2SiF6)堵塞兩種方式。這些堵塞物有的用水沖洗就可疏通,有的很難疏通,不得不借助機(jī)械器具或高壓水槍(一般高壓水槍沖洗水壓力為15～20MPa)進(jìn)行清理,這樣極易造成管子破裂。
3 預(yù)防石墨換熱器列管破裂的措施
(1) 嚴(yán)把磷礦品位關(guān),對(duì)礦質(zhì)較差的礦源進(jìn)行配礦，目前,六國(guó)公司基本使用開陽、宜昌、甕福3家磷礦,根據(jù)礦源狀況,搭配使用,基本上控制礦中w(K2O+Na2O)≤0.35%;w(P2O5)≥32%;w(Fe2O3+Al2O3+MgO)≤3.2%,從而在一定程度上減少了系統(tǒng)堵塞。
(2) 嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)
1 嚴(yán)格控制進(jìn)系統(tǒng)低壓蒸汽的工藝參數(shù)。一般低壓蒸汽的溫度控制在120～130℃,蒸汽壓力控制在0.10～0.22MPa,這樣可以避免因溫差效應(yīng)引起石墨換熱器列管的破裂及蒸汽壓力過大對(duì)管子的沖擊力。
2控制進(jìn)濃縮系統(tǒng)稀磷酸的含固量。六國(guó)公司控制稀酸的含固量主要從兩方面著手。第1,先將稀磷酸在沉降槽進(jìn)行沉降,隨著溫度的逐漸降低,稀磷酸中的雜質(zhì)鹽類不斷達(dá)到過飽和而析出,從而使進(jìn)入系統(tǒng)的稀酸得到凈化。第2,控制好磷酸反應(yīng)的工藝指標(biāo),特別是反應(yīng)料漿中SO42-余量,形成粗大均勻的CaSO4•2H2O晶體,并對(duì)破損的濾布及時(shí)更換,減小細(xì)晶、碎晶進(jìn)入稀酸。生產(chǎn)中,一般要求控制進(jìn)系統(tǒng)稀酸含固量小于2%。
3 控制閃蒸室真空度,避免因管程磷酸溫度過高而爆管。在生產(chǎn)中,我公司控制系統(tǒng)絕壓為10～20kPa,管程酸溫低于77℃,這樣在減緩管壁結(jié)垢速率、延長(zhǎng)設(shè)備和石墨管壽命等方面都起到了很大的作用。
4 確保進(jìn)、出系統(tǒng)的酸管暢通,并適當(dāng)提高循環(huán)酸在石墨管中的流速,有利于減少石墨管內(nèi)的結(jié)垢。對(duì)石墨列管式換熱器通常要求管內(nèi)磷酸流速維持在2.5m/s左右,我公司石墨換熱器管內(nèi)磷酸流速為2.12m/s,基本滿足了生產(chǎn)要求。
5 嚴(yán)格控制閃蒸室的液位及磷酸循環(huán)軸流泵的電流。在操作中,我公司老裝置主要通過磷酸循環(huán)軸流泵的電流(160～170A)來控制液位,新裝置則通過閃蒸室液位計(jì)進(jìn)行觀察,從而確保系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)液位達(dá)到操作要求,保持一定的靜壓頭,防止磷酸在管程中沸騰,從而在一定程度上防止結(jié)垢,避免管子爆裂。
(4) 優(yōu)化系統(tǒng)清洗流程,定期熱洗
經(jīng)過一段時(shí)間的操作,石墨換熱器的內(nèi)壁總難免產(chǎn)生鹽類沉積和結(jié)垢,定期進(jìn)行清洗十分必要。對(duì)于石墨管的清洗一般要求洗水溫度維持在85～90℃。六國(guó)公司采用含60～80g/L(即5%H2SO4)的熱硫酸液對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)清洗,清洗時(shí)間為6～8h,清洗周期為5～6天1次。同時(shí)在對(duì)石墨換熱器進(jìn)行清洗時(shí),每次都對(duì)進(jìn)、出系統(tǒng)的酸管線清洗約40min,從而減少結(jié)垢,確保整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)。
在生產(chǎn)中,操作人員一定要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章制度,避免人為因素造成對(duì)石墨換熱器的損害。六國(guó)公司要求員工在操作中注意以下幾點(diǎn)。1 減少各種介質(zhì)的冷熱沖擊,減緩溫差效應(yīng)。開停車時(shí),注意控制換熱器的加(減)汽量,一般控制為1～2t/h,石墨管溫升(或溫降)速度小于20℃/h,從而避免冷熱沖擊而損傷石墨管。2 在向系統(tǒng)加汽時(shí),應(yīng)先打開疏水閥,及時(shí)排出蒸汽管線中的不凝氣體和冷凝水,以防水擊現(xiàn)象。3 開車時(shí),要確定系統(tǒng)充滿酸后,再開啟軸流泵;停車時(shí)先關(guān)閉軸流泵,再倒酸,可防止酸液對(duì)管束的沖擊。4 清理時(shí),先熱水清洗石墨管,再派專人清理。這樣既可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,又可積累經(jīng)驗(yàn),減少清理時(shí)對(duì)石墨列管的傷害。
3 對(duì)破損石墨管的處理
當(dāng)石墨管破裂后,就應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行處理,其步驟如下:(1) 試漏 系統(tǒng)清洗完畢,從低位(或高位)向殼程中充水試壓,查找裂管。試壓壓力為0.3MPa(表壓)。(2) 堵管 排完水后封堵裂管,一般采用酚醛石墨膠泥的石墨柱并固化20h,或采用橡膠堵頭進(jìn)行堵管。(3) 換管 當(dāng)石墨換熱器堵管數(shù)多達(dá)不能滿足生產(chǎn)計(jì)劃的要求時(shí)(一般達(dá)到總管的30%左右),就應(yīng)該換管。
4 結(jié)束語
造成石墨換熱器管束破裂的原因很多,但只要按規(guī)程認(rèn)真操作,定期熱洗,就能防患于未然,使整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)平穩(wěn)地運(yùn)行。
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