新型自動化脈動除垢管道在濕法磷酸生產(chǎn)中的應(yīng)用

田井速，羅 恒，黃安榮，劉開文，朱建國，唐曉林，黃中權(quán)，胡 鑫

（貴州省材料技術(shù)創(chuàng)新基地，貴州 貴陽 550014）

0 引言

管道結(jié)垢影響生產(chǎn)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(chǎn)中酸液輸送等輸送系統(tǒng)的共性難題。在濕法磷酸生產(chǎn)中，管道結(jié)垢、堵塞是制約裝置連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，管道結(jié)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(jié)垢、堵塞還會誘發(fā)局部腐蝕，導(dǎo)致管道漏失頻繁甚至穿孔，造成破壞性事故，嚴(yán)重影響濕法磷酸的正常生產(chǎn)［1-2］。針對濕法磷酸生產(chǎn)中酸液輸送管道易結(jié)垢影響產(chǎn)能的難題，貴州省材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院開發(fā)了自動化脈動除垢復(fù)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(chǎn)線208B管線進(jìn)行試驗(yàn)。

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(shí)驗(yàn)階段，推廣應(yīng)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(guān)。現(xiàn)有的除垢方法主要包括化學(xué)除垢、機(jī)械除垢、物理除垢3 種，對這3 種除垢方法的應(yīng)用情況及特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)對比，結(jié)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(fù)合管道由氣源、控制系統(tǒng)、除垢管道組成。除垢管道采用高強(qiáng)聚合外管材和柔性耐酸橡塑內(nèi)材，經(jīng)特定模具及復(fù)合裝配技術(shù)開發(fā)，可由氣、液推動產(chǎn)生脈動。結(jié)垢因子在管道內(nèi)壁凝聚之初，管道柔性內(nèi)壁及時脈動破壞結(jié)垢層，破壞的垢層被輸送的液體沖出，從而實(shí)現(xiàn)在線阻垢防堵。氣源采用壓縮空氣。控制系統(tǒng)可根據(jù)管道結(jié)垢情況對蠕動時間及壓力進(jìn)行設(shè)置。除垢管道由內(nèi)層軟管及外層硬管組成，內(nèi)層材料采用耐酸性好、回彈性佳、抗蠕變能力強(qiáng)的橡膠，橡膠管設(shè)有法蘭翻邊，外層管道起到承壓作用，內(nèi)外層管道間形成密封夾套，在外層硬管上設(shè)有快裝氣閥接頭及輸氣管道。自動化脈動除垢復(fù)合管道的控制系統(tǒng)及氣源見圖1。

圖1 控制系統(tǒng)及氣源

3 自動化脈動除垢復(fù)合管道的設(shè)計與制作

（1）控制系統(tǒng)的設(shè)計及制作。針對酸液輸送管道結(jié)垢特點(diǎn)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(tǒng)控制蠕動時間及壓力。

（2）除垢管道的設(shè)計與制作。管道內(nèi)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(qiáng)酸，固體顆粒以及從管壁脫落的堅硬垢層，因此管道內(nèi)壁易被腐蝕和沖刷劃傷。而且軟管需要通過脈沖氣流產(chǎn)生蠕動，因此內(nèi)層管道材料選用具有良好耐腐蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及耐疲勞性的三元乙丙橡膠。外層為增強(qiáng)硬管，需要滿足高強(qiáng)、高剛且耐高溫的要求，因此選用熱固性增強(qiáng)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(qiáng)的乙烯基樹脂；增強(qiáng)材料選用價格相對較低的無堿玻璃纖維。同時，內(nèi)層橡膠軟管材料通過簾子線增強(qiáng)使內(nèi)層管道能承受0.6 MPa的壓力；在氣道設(shè)計上多根管道間采用串聯(lián)連接，以確保徹底除垢。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)

試驗(yàn)管道在貴州川恒化工股份有限公司半水法濕法磷酸生產(chǎn)線208B 管路上進(jìn)行安裝試驗(yàn)，系統(tǒng)設(shè)置為4 h蠕動一次，蠕動壓力為0.4 MPa，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。原磷酸管道和新型自動化脈動除垢復(fù)合管道使用一周之后的結(jié)垢情況見圖2。由圖2 可知，試驗(yàn)管道與原管道相比內(nèi)壁無明顯結(jié)垢，直管及兩管連接處也無結(jié)垢。

圖2 原管道以及復(fù)合管道使用一周后結(jié)垢情況

自動化脈動除垢復(fù)合管道連續(xù)運(yùn)行一周試驗(yàn)結(jié)果表明，該管道可連續(xù)自動化運(yùn)行，通過蠕動的方式進(jìn)行除垢在實(shí)際生產(chǎn)中是可行的。該方法簡便易行，能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求，有較大的工業(yè)利用價值，用簡便的方法解決了重大問題。

5 經(jīng)濟(jì)效益對比

以貴州川恒化工股份有限公司半水法磷酸（產(chǎn)能P2O515萬t/a）裝置為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

（1）貴州川恒化工股份有限公司半水車間結(jié)垢及清理情況：目前半水法濕法磷酸生產(chǎn)裝置運(yùn)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(chǎn)量=42×500 t=21 000 t，磷酸價格以2 800元/t計，減少產(chǎn)值約5 880 萬元。

全年清理工作約需人工1 872個，人工費(fèi)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(jīng)濟(jì)損失約5 920 萬元。

（2）除垢管道使用后經(jīng)濟(jì)效益：管道更換費(fèi)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(xù)時間約15 s，對連續(xù)生產(chǎn)無影響，全年管道維護(hù)費(fèi)用不超過20 萬元。

6 結(jié)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(jié)垢影響生產(chǎn)連續(xù)平穩(wěn)進(jìn)行的問題，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。