石墨換熱器清洗改造及72 h性能考核

張忠朝，念吉紅

(云南云天化股份有限公司云峰分公司，云南宣威 655413)

云南云天化股份有限公司云峰分公司磷酸廠有3套磷酸濃縮裝置，設(shè)計產(chǎn)能為280 kt/a。通過不斷技改，3套磷酸濃縮裝置產(chǎn)能已達(dá)315 kt/a。由于磷酸短缺，多套磷肥裝置均達(dá)不到滿負(fù)荷生產(chǎn)，而磷肥廠對磷酸的需求量為345 kt/a。因此，云峰分公司決定對磷酸濃縮裝置進(jìn)行技改，以增加濃磷酸供應(yīng)量。磷酸濃縮裝置工藝流程見圖1。

圖1 磷酸濃縮裝置工藝流程

1 存在的問題

2018年以來磷礦不斷貧化，為保證濃磷酸產(chǎn)品的質(zhì)量，濃磷酸密度不斷提高，石墨換熱器結(jié)垢速率明顯加快，結(jié)垢物厚度達(dá)到1.5 mm以上。采用傳統(tǒng)清洗方式清洗后，石墨換熱器列管內(nèi)壁還附著一層結(jié)垢物，無法去除。隨著生產(chǎn)時間延長，結(jié)垢物越積越厚，影響了石墨換熱器的換熱效率，增加了流體阻力，造成石墨換熱器換熱能力下降，生產(chǎn)成本提高[1]。石墨換熱器成為限制磷酸產(chǎn)能擴(kuò)大的關(guān)鍵因素。云峰分公司決定改變清洗方式，對石墨列管進(jìn)行徹底清洗及除垢，確保石墨換熱器恢復(fù)原有換熱能力[2]。

2 工藝原理

石墨換熱器列管內(nèi)壁結(jié)垢物主要由硫酸鈣、氟硅酸鉀、氟硅酸鈉、硅酸鈣、鈣鎂鋁磷酸鹽等組成。其中氟硅酸鈉、氟硅酸鉀在用硫酸清洗時很容易清洗干凈。其主要化學(xué)反應(yīng)式為[3]：

硫酸鈣、硅酸鈣等會形成堅硬致密的硬質(zhì)結(jié)垢物粘附在石墨換熱器石墨列管內(nèi)壁上，不易被硫酸溶液清洗除掉，但容易被氟硅酸溶解。其主要化學(xué)反應(yīng)式為：

3 石墨換熱器清洗技改

3.1 原清洗流程

石墨換熱器原清洗方式為一次清洗工藝流程，采用硫酸清洗。清洗步驟為先排盡濃磷酸，加入硫酸和水清洗一定時間，再排盡清洗液，進(jìn)行人工清理石墨列管。清洗后的石墨換熱器經(jīng)試壓、補充稀磷酸后投入運行。

3.2 改造后清洗流程

技術(shù)人員對石墨換熱器列管中的結(jié)垢物進(jìn)行分析，分別用硫酸、氟硅酸進(jìn)行溶解，觀察溶解速率及效果。試驗發(fā)現(xiàn)，硫酸和氟硅酸對結(jié)垢物均有較好的溶解效果。在完成石墨換熱器清洗工藝管線的改造后，技術(shù)人員采用新的清洗方式對石墨換熱器進(jìn)行了清洗，并檢查清洗效果。磷酸濃縮裝置停車后，先通過高壓清洗機(jī)清理石墨換熱器列管，將已經(jīng)完全結(jié)垢堵死的石墨列管清通，再用w(H2SO4)5%～15%的硫酸溶液清洗，有效清洗時間為12～17 h；排完硫酸溶液后，補入質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%～15%的氟硅酸溶液進(jìn)行二次清洗。補入的氟硅酸液位只需剛好超過石墨換熱器高度即可，使氟硅酸在石墨列管內(nèi)流動，溫度控制在60～75 ℃，有效清洗時間為12～17 h。清洗完成后，將氟硅酸排進(jìn)氟硅酸儲槽備用。總清洗時間與改造前的清洗時間相同。清洗后石墨換熱器經(jīng)試壓、補充稀磷酸后投入運行。

4 改造后效果

技術(shù)人員優(yōu)化了石墨換熱器的清洗方式，使用氟硅酸進(jìn)行二次清洗，確定了氟硅酸清洗的溫度、清洗時間。在清洗時間相同的情況下，清洗效果明顯改善。石墨列管內(nèi)壁結(jié)垢物完全被清洗干凈，石墨換熱器換熱效率和運行周期得到提高，生產(chǎn)成本降低。

5 性能考核

5.1 性能考核目的

性能考核是為檢驗裝置投產(chǎn)后的生產(chǎn)能力，消耗是否達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。石墨換熱器清洗技改項目投運后，技術(shù)人員對裝置的設(shè)計、工程安裝質(zhì)量、設(shè)備運行狀況、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢驗。該次72 h性能考核指標(biāo)為濃磷酸產(chǎn)量、蒸汽消耗、產(chǎn)品質(zhì)量。

5.2 考核項目

技術(shù)人員在2018年5月23日00∶00至5月25日24∶00對磷酸廠濃縮磷酸B系列石墨換熱器進(jìn)行考核。通過考核不僅可以取得大量真實的第一手生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且可以充分暴露工藝、設(shè)備上還存在的問題，為今后進(jìn)行技術(shù)改造、節(jié)能降耗，以及實施最佳生產(chǎn)工藝控制提供原始數(shù)據(jù)。72 h性能考核濃磷酸產(chǎn)量(以100% P2O5計)、蒸汽用量、蒸汽單耗、殼程壓力、冷凝液電導(dǎo)率情況見表1。

表1 72 h性能考核濃磷酸產(chǎn)量、蒸汽用量等情況

續(xù)表1

濃磷酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。

表2 72 h性能考核濃磷酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以P2O5計) %

5.3 生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量分析

1)生產(chǎn)能力。72 h性能考核期間，磷酸濃縮裝置生產(chǎn)濃磷酸(以100% P2O5計)1 085 t，平均產(chǎn)能為15.1 t/h，達(dá)到裝置的設(shè)計能力。

2)產(chǎn)品質(zhì)量分析。72 h性能考核期間，磷酸濃縮裝置濃磷酸濃度、冷凝液電導(dǎo)率、蒸汽單耗在指標(biāo)范圍內(nèi)，達(dá)到設(shè)計要求。考核期間各主要設(shè)備、電氣、儀表運行及檢修情況運行正常，工藝指標(biāo)正常。

6 結(jié)語

云峰分公司磷酸廠濃縮裝置通過采用硫酸和氟硅酸對石墨換熱器進(jìn)行二次清洗。石墨列管內(nèi)壁結(jié)垢物被完全清洗干凈，石墨換熱器換熱能力得到提升。且氟硅酸為濕法磷酸副產(chǎn)品，清洗后可回收利用，不會增加清洗成本。