濕法磷酸脫氟尾氣風機葉輪的改造

楊偉根，羅 通，胡志亮，訾春福，尹 松

（云南磷化集團有限公司，云南 昆明 650600）

云南磷化集團有限公司30 萬t/a 磷酸裝置是由中國五環工程有限公司設計，裝置以磷礦和硫酸為原料，采用二水法生產工藝，產品供下游飼料級磷酸鹽裝置使用。

磷酸裝置脫氟尾氣風機是脫氟工序的關鍵設備，有氣體交換、帶走多余生產熱量、為洗滌氣體提供動力等作用，其運行正常與否直接關系到脫氟系統安全環保及生產效率問題。而在日常生產中經常出現因風機振動過大緊急停車的情況，嚴重影響了脫氟系統生產效率。脫氟尾氣風機投產后，不斷嘗試對葉輪材質進行更換，未找到較為合適的材料，后采取在葉輪表面襯D3 膠板的形式，提高了風機葉輪的使用壽命，但使用過程中葉輪結垢嚴重，需要經常停機清理，清理過程中會對襯膠表面造成損傷，導致葉輪無法使用；同時葉輪使用中，由于較大固體顆粒物進入尾氣系統，沖擊葉輪，會造成膠板損壞，進而引起風機振動［1］，導致損壞，制約裝置長周期連續運行。

1 脫氟工藝簡介

磷酸裝置脫氟工序采用塔式空氣吹凈脫氟工藝。在脫氟塔內添加脫氟劑活性SiO2，濃縮后的濕法磷酸脫除重金屬后循環加熱為熱磷酸噴淋于脫氟塔，濃磷酸液滴與常溫空氣逆流接觸，磷酸中HF、H2SiF6轉化為SiF4逸出，從而得到氟濃度較低的磷酸［2］。

磷酸中部分顯熱和氟化物（HF、H2SiF6）以水和SiF4形態進入空氣，使空氣升溫增濕變成含氟廢氣自脫氟塔頂排出。含氟廢氣經除沫器除去夾帶的磷酸液沫后進入第一、第二洗滌塔，用稀氟硅酸溶液進行2次洗滌凈化，再經除沫器分離掉所含液沫后被尾氣風機送入第三洗滌塔，經稀氟硅酸溶液進一步洗滌達標后放空。在此過程中由于系統內產生大量硅膠，經過一定時間就會產生結垢物。

2 葉輪運行過程中存在的問題及分析

2.1 結垢速率加快

在原有F9-38NO14D 葉輪上外襯D3 膠板并沒有改變葉輪曲面多的結構特性，而且膠板表面光滑度要低于不銹鋼。雖然襯膠后壓縮了風道空間，一定程度上加快了風速，但是作用較小，相比不銹鋼葉輪結垢速率加快。

2.2 清理難度增加，無法重復使用

膠板較脆，清理和使用過程中膠板有任何的損壞則必須重新襯膠。硅膠結垢物較硬，葉輪襯膠后就無法直接使用電鎬等進行清理，若使用高壓水槍無法清理時則必須重新襯膠。襯D3膠板的葉輪目前最長的使用周期可以達到6個月［2］，因清理困難基本無法重復使用。而且襯膠葉輪本體材質為碳鋼，經過多次撕除舊膠板、打磨、外襯新的D3膠板、高溫硫化處理，也會影響到碳鋼葉輪的使用壽命。

2.3 平衡精度較差

相比于不銹鋼葉輪，襯膠葉輪動平衡調校難度大而且存在局限性。襯膠葉輪的動平衡只能采用打磨質量較大一端的外襯來控制，而膠板允許打磨厚度不能超過自身厚度的1/2，否則將會影響膠板的防腐性能。一般新的襯膠葉輪安裝后振動值就達到200 μm以上，而振動值一旦超過300 μm就需要監護運行。新不銹鋼葉輪安裝后的振動值可以控制在50 μm左右。所以襯膠葉輪安裝后需要頻繁地對葉輪加水沖洗以降低結垢速率，否則使用周期會明顯縮短。

3 改造措施

3.1 防腐材料選擇

在多年生產過程中使用了不同的防腐材料對葉輪進行防腐，主要的優缺點見表1。

表1 不同防腐材料應用情況

3.2 葉輪材質及型號的選擇

前期考慮到生產成本，需要重點考慮有效的利用現有葉輪來延長使用周期。后期將原有葉輪消耗以后，開始試用新材質葉輪。在試用新材質葉輪的同時，考慮滿足生產要求前提下降低結垢速率的新結構形式葉輪，見表2。

表2 各種材質葉輪的使用周期

F7-46NO16D 型號的葉輪相比F9-38NO14D 型號的葉輪所有參數都沒有做出大的改動，保證了原有設備能平穩運行，葉輪直徑增大20 cm，現有機殼可以安裝，葉片結構變得簡單無曲面結構，更易清理。葉輪型號參數對比見表3。

表3 葉輪型號參數對比

4 改造效果

4.1 運行周期

2020 年6 月9 日在A 系列安裝進口904L 材質F7-46NO16D葉輪后，裝置一直穩定運行至2021年6月8日，連續穩定運行12個月。振動值一直控制在200 μm 以內，對葉片腐蝕較嚴重部分進行修復，預計還可以穩定運行6個月以上。

4.2 效益分析

原葉輪平均使用周期2 ～3 個月，價格70 000元/個，襯膠30 000 元/次。改造后葉輪使用壽命12個月以上，價格160 000元/個。原葉輪按使用壽命6個月，襯膠2 次計算，單機月消耗費用21 700 元；新葉輪按使用壽命12個月，單機月消耗費用13 333元，單月葉輪消耗費用下降8 367 元。更換葉輪檢修費用為3 300元/次（人工費+吊車費），更換一次葉輪耗時4 h，脫氟需降一半負荷生產，直接影響產量70 t 以上。更換新葉輪每年可直接節約費用（舊葉輪以平均每年更換3 次計，增加產量效益暫不計）：（3 300×3+8 367×12）元/a=110 304元/a。

5 結語

外襯D3 膠板葉輪雖然可以滿足延長運行周期的目的，但是存在清理困難、動平衡校驗難、不可重復使用等缺點。新型號的進口904L 材質葉輪不僅很好地解決了襯膠葉輪的不足，而且使用周期延長到12 個月以上，保證了裝置的長周期安全運行，節約了成本，提高了生產效益。