新型自動化脈動除垢管道在濕法磷酸生產中的應用

田井速，羅 恒，黃安榮，劉開文，朱建國，唐曉林，黃中權，胡 鑫

（貴州省材料技術創新基地，貴州 貴陽 550014）

0 引言

管道結垢影響生產效能，一直是困擾油井采出液輸送、巖鹽礦制鹽鹵水輸送、濕法冶金礦漿輸送、燃煤電廠水力輸送、濕法磷酸生產中酸液輸送等輸送系統的共性難題。在濕法磷酸生產中，管道結垢、堵塞是制約裝置連續、穩定運行的重要因素，管道結垢后直徑縮小，流通截面積變小，排量減小，易造成管道堵塞。管道結垢、堵塞還會誘發局部腐蝕，導致管道漏失頻繁甚至穿孔，造成破壞性事故，嚴重影響濕法磷酸的正常生產［1-2］。針對濕法磷酸生產中酸液輸送管道易結垢影響產能的難題，貴州省材料產業技術研究院開發了自動化脈動除垢復合管道，并在貴州川恒化工股份有限公司半水法濕法磷酸生產線208B管線進行試驗。

1 管道除垢方法對比

目前管道防垢、阻垢措施眾多，但是大部分處于實驗階段，推廣應用的還很少，并且某些措施還與所用磷礦原料以及工藝條件有關。現有的除垢方法主要包括化學除垢、機械除垢、物理除垢3 種，對這3 種除垢方法的應用情況及特點進行總結對比，結果如表1所示［3-5］。

2 自動化脈動除垢管道除垢原理

脈動除垢復合管道由氣源、控制系統、除垢管道組成。除垢管道采用高強聚合外管材和柔性耐酸橡塑內材，經特定模具及復合裝配技術開發，可由氣、液推動產生脈動。結垢因子在管道內壁凝聚之初，管道柔性內壁及時脈動破壞結垢層，破壞的垢層被輸送的液體沖出，從而實現在線阻垢防堵。氣源采用壓縮空氣。控制系統可根據管道結垢情況對蠕動時間及壓力進行設置。除垢管道由內層軟管及外層硬管組成，內層材料采用耐酸性好、回彈性佳、抗蠕變能力強的橡膠，橡膠管設有法蘭翻邊，外層管道起到承壓作用，內外層管道間形成密封夾套，在外層硬管上設有快裝氣閥接頭及輸氣管道。自動化脈動除垢復合管道的控制系統及氣源見圖1。

圖1 控制系統及氣源

3 自動化脈動除垢復合管道的設計與制作

（1）控制系統的設計及制作。針對酸液輸送管道結垢特點及智能化的要求，采用PLC（可編程邏輯控制器）自動化控制系統控制蠕動時間及壓力。

（2）除垢管道的設計與制作。管道內層柔性軟管直接與輸送液接觸，輸送液中含有氟硅酸、氫氟酸、硫酸等強酸，固體顆粒以及從管壁脫落的堅硬垢層，因此管道內壁易被腐蝕和沖刷劃傷。而且軟管需要通過脈沖氣流產生蠕動，因此內層管道材料選用具有良好耐腐蝕性、化學穩定性、熱穩定性以及耐疲勞性的三元乙丙橡膠。外層為增強硬管，需要滿足高強、高剛且耐高溫的要求，因此選用熱固性增強纖維材料，基體樹脂選擇間苯型不飽和聚酯樹脂或者耐腐蝕性強的乙烯基樹脂；增強材料選用價格相對較低的無堿玻璃纖維。同時，內層橡膠軟管材料通過簾子線增強使內層管道能承受0.6 MPa的壓力；在氣道設計上多根管道間采用串聯連接，以確保徹底除垢。

4 現場試驗

試驗管道在貴州川恒化工股份有限公司半水法濕法磷酸生產線208B 管路上進行安裝試驗，系統設置為4 h蠕動一次，蠕動壓力為0.4 MPa，系統連續運行。原磷酸管道和新型自動化脈動除垢復合管道使用一周之后的結垢情況見圖2。由圖2 可知，試驗管道與原管道相比內壁無明顯結垢，直管及兩管連接處也無結垢。

圖2 原管道以及復合管道使用一周后結垢情況

自動化脈動除垢復合管道連續運行一周試驗結果表明，該管道可連續自動化運行，通過蠕動的方式進行除垢在實際生產中是可行的。該方法簡便易行，能夠滿足工業化生產需求，有較大的工業利用價值，用簡便的方法解決了重大問題。

5 經濟效益對比

以貴州川恒化工股份有限公司半水法磷酸（產能P2O515萬t/a）裝置為例進行經濟效益分析。

（1）貴州川恒化工股份有限公司半水車間結垢及清理情況：目前半水法濕法磷酸生產裝置運行8 ～10 d便需停車清理，全年因清理而停車的時間=3.5×12 d=42 d。全年因停車而減少磷酸產量=42×500 t=21 000 t，磷酸價格以2 800元/t計，減少產值約5 880 萬元。

全年清理工作約需人工1 872個，人工費用為1 872×150元=28.08萬元。

堵塞的管道約600 m，鋼骨架管約200 元/m，價格共約12 萬元。

以上因管道堵塞造成的全年經濟損失約5 920 萬元。

（2）除垢管道使用后經濟效益：管道更換費用約 1 000 元/m，600 m 管道需 60 萬元。計劃每 4 h 蠕動工作一次，持續時間約15 s，對連續生產無影響，全年管道維護費用不超過20 萬元。

6 結論

采用自動化脈動除垢管道能很好地解決濕法磷酸裝置因結垢影響生產連續平穩進行的問題，具有較好的經濟效益。