濕法磷酸裝置管道除垢技術進展

李維紅

（甕福（集團）有限責任公司甕福化工公司，貴州福泉 550501）

磷酸的工業生產方法可分為熱法和濕法。廣義上講，凡是用酸性強的無機酸分解磷礦制成的磷酸，可統稱為濕法磷酸［1］。濕法磷酸裝置有建設規模可大可小的彈性優勢，也有因管道結垢影響裝置長周期穩定運行、限制產能發揮的問題。

1 濕法磷酸裝置容易結垢的管道

濕法磷酸裝置主要由反應、過濾、濃縮、酸儲存、冷卻等工序和渣漿系統、磷石膏堆場組成。二水法工藝中磷酸w（P2O5）大多控制在25%左右，磷酸中的溶解性雜質較多。由于磷酸與環境溫度差較大，其中溶解的雜質易在工藝管道析出，導致其結垢堵塞問題非常嚴重［2］。在反應、過濾、濃縮、酸儲存工序容易結垢的管道主要有料漿管、返酸管、成品稀磷酸管、濃縮產品磷酸管、磷酸儲槽送下游裝置的長輸管線。渣漿系統將過濾分離得到的w（游離水）25%的磷石膏用渣場導滲出的酸性回水在渣漿槽中攪拌再漿后送往磷石膏渣場堆存。長期生產運行中，渣漿管道受生產負荷，泵流量、揚程，停車時沖洗清理程度等因素影響，而出現沉積結垢現象。磷石膏再漿后帶到渣場的酸性回水經長時間的自然冷卻溫度可從55 ℃下降到常溫，冬天時水溫會變得更低。酸性回水冷卻過程中，雜質出現過飽和析出，在管道內壁形成結垢，使酸性回水管道流量變小、泵出口壓力升高，安全環保風險增大。

2 濕法磷酸裝置管道除垢技術

化學清洗、物理清洗是濕法磷酸裝置除垢的基本方法，近些年管道除垢技術既有常規方法的應用，也有創新方法的突破。

2.1 化學清洗技術

濕法磷酸裝置反應、過濾、濃縮工序的酸管道，渣漿系統的回水管、渣漿管，磷酸儲槽送下游裝置的長輸管線，均可以構建循環清洗回路進行化學除垢。循環清洗系統屬于封閉清洗系統，是由配制清洗液的罐和泵、閥、管、流量計、加熱清洗液的換熱器等組成。化學清洗的藥劑有酸性藥劑，也有堿性藥劑。磷酸管道清洗中常用的酸性藥劑主要是無機酸，包括硫酸、硝酸、氟硅酸等；清洗中常用的堿性藥劑有氫氧化鈉、碳酸鈉、硅酸鈉等。無論是酸循環清洗，還是堿循環清洗，都要控制合適的清洗液濃度、溫度和清洗時間，才能達到既有利于成本控制，又能除垢的效果。

2.2 物理清洗技術

化學清洗技術在磷酸生產運行實踐中雖具有普遍的適用性，但對于一些特殊生產單元，如渣漿系統的渣漿管、酸性回水管，以及不便于或沒有必要建立循環清洗回路的裝置管道的結垢，又表現出相應的劣勢。甕福化工公司馬場坪磷酸廠經過20 多年實踐、認識、再實踐的探索，針對特殊生產單元的管道采用物理清洗技術進行除垢［3］，取得了非常不錯的效果。

2.2.1 氣脈沖清洗技術

氣脈沖清洗技術以壓縮空氣為動力源，以水（可以是酸性水）為清洗介質，由空壓機送出的高壓氣流，通過可編程邏輯控制器（PLC）脈沖震蕩發生器，與水一起形成脈沖和高速水氣流。脈沖隨水氣流向下繼續傳播，使管內形成高速水氣湍流，與管道內的硬性雜質（如鈣、鈉、鉀化合物的顆粒等）一起對管道內壁產生沖刷和噴砂效應，促使附著在管壁上的垢層脫落，并隨著水從管道末端排出。甕福化工公司馬場坪磷酸廠渣漿泵距離磷石膏堆場4.5 km，堆場導滲緩存池酸性回水泵距離廠區3.5 km。經過十多年的運行，磷石膏渣場回水管道流量因結垢從設計時的550 m3/h 下降到230 m3/h，管道末端壓力從0.30 MPa下降到0.15 MPa，制約了裝置用水，也嚴重影響雨季防洪度汛。過去的幾年間，為解決回水管道堵塞問題，每年都利用大修時間構建循環清洗回路，用硫酸、氟硅酸、堿液浸泡等方式除垢。但因管線長、化學清洗熱量易損失、清洗時間長，一直收效甚微。2020年在廠區DN150的酸性回水管道上試用氣脈沖清洗技術除垢，取得非常不錯的效果。而后將氣脈沖清洗技術推廣到磷石膏渣漿系統DN200、DN400 酸性回水管道，DN500 渣漿管道除垢上，相繼也取得很好的效果，有效解決了渣漿管、酸性回水管流量小、泵出口壓力高難題。

2.2.2 PIG清管技術

PIG 清管技術是一種預防管道結垢的有效手段。該清管技術是將PIG放入發射器，發射介質在PIG 前進方向產生壓力差，形成前進推力，使PIG沿管線前進，PIG與管壁的結垢物接觸、摩擦、刮削。運行中介質在PIG與管壁之間形成高速環形射流，推動脫落的垢層排出管道。PIG清管技術較適用于清除質地偏軟的管道結垢物，對濕法磷酸裝置管道附著的氟硅酸鈉（鉀）化合物等硬質結垢物效果有限。四川達州某磷酸工廠每年利用集中停車檢修時間對磷石膏渣漿管通PIG球，經過十多年預防性清管，渣漿管的流量和壓力完全在正常狀態運行。

2.2.3 空氣爆破清洗技術

空氣爆破清洗技術是利用氣動彈的特殊氣室結構，以及管道內原有的流體作為工作介質，將管道中充入的壓縮空氣所儲存的能量瞬間釋放出來，形成巨大的水氣波，沖刷管壁結垢物使其松動、破碎，并在高速水氣的推力作用下排出管道。使用空氣爆破清洗技術最成功的案例屬貴州某磷肥企業磷石膏渣場至礦山的長距離酸性廢水輸送管道結垢清理。該公司應用空氣爆破清洗技術，將結垢的長輸管線分成多段爆破清理，成功將大管徑、長距離管道中的結垢物清除，恢復了管道設計流量，解決了濕法排渣企業渣場積水多的安全環保難題。

2.2.4 高壓水射流技術

高壓水射流技術利用加壓泵將水壓力升高到一定值（＞10 MPa）后，通過規定的路徑從噴嘴中排泄出來而形成高壓水流，射流的形狀有圓柱形、扇形、扁鏟等。根據生產中結垢管道的需要自由選擇合適形狀的噴嘴，并調節適當的射流壓力完成管道除垢。高壓水射流清洗技術對濕法磷酸裝置中使用次數少、結垢速度慢、成垢周期長的不銹鋼或耐腐蝕材質管道以及無法建立化學循環清洗回路的非標直段、彎管、盲腸管道除垢效果較為理想。

3 結語

筆者介紹的更多為近年來濕法磷酸裝置管道除垢較為實用的方法和技術進展，對于超聲波清洗技術、表面活化清洗技術還需在濕法磷酸裝置管道除垢應用中進一步深層次認識、實踐和探索。當然，更要做好管道結垢的預防。