氧化鋁溶出閃蒸針型閥與孔板共用調(diào)節(jié)探索實(shí)踐

古正環(huán) 鐘為民

摘 要：氧化鋁溶出是氧化鋁生產(chǎn)的核心工序，閃蒸系統(tǒng)是氧化鋁溶出汽熱能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，也是防止乏汽帶料、系統(tǒng)磨損穩(wěn)定生產(chǎn)工藝控制的關(guān)鍵，文章通過對針型閥、孔板等閃蒸系統(tǒng)節(jié)流方式進(jìn)行技術(shù)分析，并通過實(shí)踐驗(yàn)證了針型閥與孔板節(jié)流聯(lián)合使用的可行性與良好運(yùn)行效果，實(shí)現(xiàn)了對傳統(tǒng)閃蒸系統(tǒng)控制方式的良性改革，對氧化鋁生產(chǎn)具有推廣意義。

關(guān)鍵詞：氧化鋁；溶出；閃蒸；調(diào)節(jié)

中圖分類號：TQ133.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0101-02

Abstract： Alumina stripping is the core process of alumina production， flash system is the key of heat energy conversion of alumina stripping steam， and it is also the key of preventing spent steam belt material， system wear and stable production process control. Through the technical analysis of the throttling mode of the pin valve orifice plate and other flash steaming systems the feasibility and good operation effect of the combined use of the needle valve and orifice plate throttling are verified through practice. The benign reform of the control mode of the traditional flash system has been realized， which is of great significance to the production of alumina.

Keywords： alumina； dissolution； flash； regulation

1 背景與現(xiàn)狀

閃蒸系統(tǒng)是氧化鋁生產(chǎn)工藝必備的重要設(shè)備之一，其作用是利用飽和礦漿溶液沸點(diǎn)隨著壓力降低的原理，由多個閃蒸器（即礦漿自蒸發(fā)器）構(gòu)成多級閃蒸系統(tǒng)以用來回收礦漿溶液閃蒸的乏汽熱能，從而實(shí)現(xiàn)熱能回收利用以及方便下一級工序接受低溫低壓的生產(chǎn)物料。

閃蒸系統(tǒng)的操作控制核心是壓力平衡，即各級閃蒸器之間的壓力差，它是決定閃蒸效果乃至氧化鋁溶出效果的核心參數(shù)，也是控制料漿流動的動力。

當(dāng)前閃蒸系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)主要有兩種方式：

一是孔板調(diào)節(jié)。如圖1所示，將經(jīng)過精密測算與實(shí)驗(yàn)確定的不同孔徑的孔板安裝于閃蒸器進(jìn)料管泄料端，料漿在此處節(jié)流進(jìn)入下一級低壓閃蒸器實(shí)現(xiàn)閃蒸。其主要優(yōu)點(diǎn)是料漿在進(jìn)料管道的卸料口節(jié)流泄壓，進(jìn)料管內(nèi)料漿充滿管道，磨損主要集中在卸料口，而管內(nèi)磨損相對較輕；其主要缺點(diǎn)是孔板孔徑固定，各級閃蒸器間的壓力梯度也相對固定，不適用于溶出系統(tǒng)負(fù)荷的頻繁調(diào)整。

二是針型閥調(diào)節(jié)。如圖2所示，將電動針型調(diào)節(jié)閥安裝于閃蒸器進(jìn)料管道系統(tǒng)中段，通過調(diào)整閥門開度促使料漿在此處節(jié)流后經(jīng)過末端進(jìn)料管泄放進(jìn)入下一級低壓閃蒸器實(shí)現(xiàn)閃蒸。其主要優(yōu)點(diǎn)是閃蒸系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)由電動針型閥在線控制，適用于溶出系統(tǒng)負(fù)荷的頻繁調(diào)整；其主要缺點(diǎn)是料漿在進(jìn)料管道系統(tǒng)中段節(jié)流泄壓，針型閥后的管道受三相流沖刷，磨損劇烈。

中國鋁業(yè)遵義氧化鋁有限公司（以下簡稱遵義氧化鋁）采用拜耳法溶出工藝生產(chǎn)一級品冶金級砂狀氧化鋁，配備4套管道化溶出系統(tǒng)，4套系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行未配置備用系統(tǒng)，主要為了滿足溶出系統(tǒng)生產(chǎn)負(fù)荷的頻繁調(diào)節(jié)需要，其閃蒸系統(tǒng)采用的是針型閥調(diào)節(jié)。自2010年投產(chǎn)以來，隨著鋁土礦品位的逐漸變化，閃蒸器進(jìn)料管磨損日趨加劇，直管中段與出料三通磨損尤其劇烈甚至頻繁磨穿，已逐漸發(fā)展為制約氧化鋁生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。多年來，遵義氧化鋁致力于改善閃蒸器進(jìn)料系統(tǒng)磨損，在耐磨材料方面作了大量嘗試與探索，但主要受制于耐磨性與焊接性的矛盾等因素未能取得突破性實(shí)效。如何有效改善閃蒸進(jìn)料調(diào)節(jié)方式，既能滿足生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)節(jié)需要，又能切實(shí)降低系統(tǒng)磨損以減少非計(jì)劃停機(jī)，成了當(dāng)前遵義氧化鋁生產(chǎn)經(jīng)營急需解決的重要難題。

2 針型閥與孔板共用調(diào)節(jié)的技術(shù)分析與探索試驗(yàn)

通過閃蒸器進(jìn)料管的磨損機(jī)理分析，要根本上改善其磨損趨勢，核心思路是改變閃蒸點(diǎn)的相對位置，促使管內(nèi)料漿盡可能充滿管道，減少三相流沖刷磨損。因此將針型閥與孔板共用調(diào)節(jié)作為主要探索方向。

主要存在兩個難點(diǎn)：

一是要在確保針型閥節(jié)流對生產(chǎn)的實(shí)時調(diào)節(jié)作用的前提下，盡可能提高孔板節(jié)流的壓降比例，以有效減少管內(nèi)三相流沖刷磨損。其關(guān)鍵問題在于要確定針型閥與孔板兩段節(jié)流的相對比例，這需要對每一級孔板尺寸（孔徑）區(qū)別于常規(guī)孔板進(jìn)行更加精密的計(jì)算并通過試驗(yàn)加以確定，既要滿足生產(chǎn)實(shí)時調(diào)節(jié)需要，也要實(shí)現(xiàn)降低磨損的目的。

二是兩段節(jié)流降低了管內(nèi)料漿沖刷磨損的強(qiáng)度（但管內(nèi)沖刷磨損仍然存在），出料部分（孔板）磨損會相對加劇，需要尋求高質(zhì)量的管內(nèi)及孔板的耐磨材料或者結(jié)構(gòu)加以緩解，以實(shí)現(xiàn)磨損趨勢的可控與維修工作量的降低。

基于以上分析基礎(chǔ)，遵義氧化鋁尋求到具備較強(qiáng)專業(yè)技術(shù)實(shí)力的供應(yīng)商（河津市鑫浩泵閥有限公司）協(xié)作實(shí)施新技術(shù)的開發(fā)，首先通過大量計(jì)算確定了每一級閃蒸的孔板尺寸，其次根據(jù)每一級閃蒸壓力情況選用了不同的耐磨合金作為管道內(nèi)襯及孔板材料，并通過等離子切割加工后異種鋼無縫“包邊”達(dá)成焊接條件（圖3）。

其主要有以下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）針型閥及其閥座部分保留原狀，僅重新設(shè)計(jì)孔板尺寸，實(shí)現(xiàn)以孔板固定節(jié)流為主、針型閥微調(diào)節(jié)流為輔的兩段節(jié)流控制，負(fù)荷調(diào)整時操作更精準(zhǔn)。

（2）進(jìn)料管前端磨損程度大幅下降，劇烈磨損點(diǎn)轉(zhuǎn)移到尾部區(qū)域（出料口）。

（3）進(jìn)料管前端采用防磨內(nèi)襯管襯里，后端采用孔板復(fù)合件對焊，復(fù)合件采用超耐磨合金等離子切割襯里、易焊鋼材包邊，對焊點(diǎn)為整個進(jìn)料管磨損最輕區(qū)域。維修時僅需更換孔板復(fù)合件及前端防磨內(nèi)襯管，既滿足了防磨需要，也有利于日常檢查維修。

3 實(shí)踐效果

3.1 降低工藝操作難度，減少乏汽帶料

兩段節(jié)流以孔板節(jié)流為主，通過精密測算并試驗(yàn)確定的孔板尺寸形成了各級閃蒸器之間相對科學(xué)的壓力梯度，在生產(chǎn)負(fù)荷需要調(diào)整時，僅需對部分針型閥作微調(diào)即能滿足生產(chǎn)需要，有效避免了原有針型閥調(diào)節(jié)大幅調(diào)整時易出現(xiàn)的乏汽帶料等事故。

3.2 進(jìn)料管磨損改善，溶出機(jī)組運(yùn)行周期大幅延長

改造后的進(jìn)料管劇烈磨損點(diǎn)僅有尾部區(qū)域，重點(diǎn)針對此區(qū)域采用了新結(jié)構(gòu)、新材料的防磨設(shè)計(jì)，整個進(jìn)料管的磨損趨勢得以改善。以同樣的輸送礦漿成分、（磨損最劇烈的）同一級閃蒸進(jìn)料管作為對比，未改造的進(jìn)料管使用38天后其前端內(nèi)襯管與尾部出料口已基本磨穿不能再使用，而經(jīng)過改造后的進(jìn)料管使用50天后檢查未發(fā)現(xiàn)明顯磨損。

3.3 磨損趨勢有效掌控，減少非計(jì)劃停機(jī)

進(jìn)料管磨損的改善，實(shí)現(xiàn)了磨損趨勢朝符合生產(chǎn)組織需要的方向有效把控，溶出機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)大幅減少，減少了生產(chǎn)損失，同時為提高溶出機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率奠定了基礎(chǔ)。自改造投用以來，遵義氧化鋁溶出機(jī)組因閃蒸進(jìn)料管磨損導(dǎo)致的非計(jì)劃停機(jī)下降到了0次，溶出機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率同比2017年提高了3.39%。

3.4 降低維修時間，節(jié)約維修成本

改造前每運(yùn)行一個周期（40天左右）一個溶出機(jī)組共計(jì)十級閃蒸器中平均要更換4-5個嚴(yán)重磨損的進(jìn)料管內(nèi)襯與出料三通；改造后連續(xù)運(yùn)行兩個周期只需預(yù)防性更換部分進(jìn)料管內(nèi)襯與孔板，孔板座磨損極其輕微。極大的降低了維修時間并且解決了維修成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]畢詩文.拜耳法生產(chǎn)氧化鋁[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[2]楊重愚.氧化鋁生產(chǎn)工藝學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993.