圓管帶式輸送機(jī)在半水-二水法磷酸裝置上的應(yīng)用

楊金會(huì)，王國強(qiáng)

（云南磷化集團(tuán)海口磷業(yè)有限公司，云南 昆明 650113）

0 引言

云南磷化集團(tuán)海口磷業(yè)有限公司（以下簡稱公司）于2014年9月對(duì)公司濕法磷酸裝置（生產(chǎn)能力為15 萬t/a，產(chǎn)品為w（P2O5）24%左右的稀磷酸）萃取Ⅰ、Ⅱ系列進(jìn)行技術(shù)改造，建成1 套7 萬t/aw（P2O5）為40%左右的半水-二水法磷酸生產(chǎn)裝置［1］，也是國內(nèi)第一套嘗試用轉(zhuǎn)臺(tái)式過濾機(jī)過濾半水料漿的裝置。

1 半水-二水法磷酸裝置試生產(chǎn)過程中存在的問題

半水-二水法磷酸裝置以磷礦粉和硫酸為主要生產(chǎn)原料，磷礦粉為陶瓷過濾機(jī)過濾后的w（H2O）14%～18%的脫水磷礦粉，硫酸為公司自產(chǎn)w（H2SO4）98%的濃硫酸。

技改裝置于2015年3月建成后投入試運(yùn)行，由于利用老裝置改造，磷礦粉脫水工序與半水-二水法磷酸裝置距離較遠(yuǎn)，脫水磷礦粉經(jīng)皮帶計(jì)量輸送至預(yù)混槽，與來自半水過濾系統(tǒng)的一部分返酸混合后用泵送至半水反應(yīng)工序。返酸和磷礦粉在預(yù)混槽中混合時(shí)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體對(duì)泵和管線造成嚴(yán)重腐蝕，同時(shí)泵氣蝕和管道堵塞情況比較嚴(yán)重，停車檢修頻繁，磷礦輸送不連續(xù)導(dǎo)致工藝指標(biāo)波動(dòng)較大。磷礦粉輸送問題一直制約半水-二水法磷酸裝置穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致裝置長時(shí)間不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。技改后半水-二水法磷酸裝置運(yùn)行過程中存在的具體問題如下。

1.1 泵損壞頻率高

磷礦粉中含有大量碳酸鹽、氟硅酸鹽，在返酸的作用下，碳酸鹽分解產(chǎn)生CO2、含氟氣體等，導(dǎo)致泵腔出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象［1］。混合后的礦漿固含量過高（w（固）≥55%），導(dǎo)致泵高速旋轉(zhuǎn)時(shí)固體顆粒對(duì)葉輪（材質(zhì)CD4MCu）磨損嚴(yán)重，葉輪正常使用周期僅為2周。

1.2 輸送管道內(nèi)磷礦沉積結(jié)垢嚴(yán)重

根據(jù)設(shè)計(jì)投礦干基量為37 t/h，為保證預(yù)混礦漿的流動(dòng)性，需要的返酸（密度1.4 g/mL，w（P2O5）33%～36%）量為30～40 m3/h，則使用DN100的管線進(jìn)行輸送時(shí)流速為1.78 m/s，使用DN150的備用管道進(jìn)行輸送時(shí)流速只有0.78 m/s。由于固含量較高加之流速低，導(dǎo)致礦漿固相物在管道內(nèi)沉積嚴(yán)重；半水過濾返酸中的氟硅酸和磷礦粉中的鈉、鉀鹽反應(yīng)產(chǎn)生部分氟硅酸鈉和氟硅酸鉀，在輸送過程中受溫度下降和輸送速度的影響，在管道內(nèi)壁沉積結(jié)垢［2］，導(dǎo)致泵出口壓力過大，清理周期變短，管道清理周期為3周。

1.3 輸送流程太長，周邊環(huán)境污染嚴(yán)重

半水過濾工序的返酸管為DN100的鋼襯PO管，長度248 m；預(yù)混后的輸送主管為DN100的鋼襯PO管，主管清理時(shí)使用的備用管為DN150 的鋼襯PO管，主管和備用管長度均為252 m。管道的清理周期為3 周左右，清理前雖已對(duì)管內(nèi)磷礦和於酸進(jìn)行回收，但管道拆除時(shí)管內(nèi)仍有部分磷礦和於酸以及清理出的積垢物，對(duì)周圍環(huán)境造成污染。在夏天，清理現(xiàn)場磷礦粉塵較多，於酸散發(fā)出的酸霧（含氟）對(duì)人體有害。

2 圓管帶式輸送機(jī)的應(yīng)用

為盡快讓技改裝置按“穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行，必須使原料磷礦粉（w（H2O）14%～18%）正常輸送到半水反應(yīng)工序，為此公司組織專業(yè)人員結(jié)合裝置現(xiàn)場位置及磷礦粉指標(biāo)要求對(duì)國內(nèi)長距離密封連續(xù)輸送、空間布置靈活、節(jié)約場地與投資的輸送設(shè)備進(jìn)行調(diào)研，最終因地制宜地選擇了投資經(jīng)濟(jì)收益最高的圓管帶式輸送機(jī)（以下簡稱管帶機(jī)）作為原料磷礦粉（w（H2O）14%～18%）的輸送設(shè)備。

2.1 管帶機(jī)的特點(diǎn)

管帶機(jī)是在槽形帶式輸送機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類特殊帶式輸送機(jī)，由呈正六邊形布置的托輥把輸送帶裹成邊緣互相搭接的圓管狀來輸送物料。管帶機(jī)輸送過程中，物料被密閉在圓管內(nèi)，從而在整個(gè)輸送線路中實(shí)現(xiàn)封閉運(yùn)輸，管帶機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1。為了加料，在管帶機(jī)尾部加裝加料斗［3］；為了卸料，將管帶機(jī)頭部的圓形輸送帶通過過渡托輥導(dǎo)向成平形輸送帶。理論上，管帶機(jī)通過增設(shè)輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置可以實(shí)現(xiàn)雙向輸送物料，公司根據(jù)裝置現(xiàn)場情況和待輸送物料的特點(diǎn)，最終選擇了頭部加料、尾部卸料的方式。管帶機(jī)和通用帶式輸送機(jī)相比，因其特有的結(jié)構(gòu)形式，具有明顯的特點(diǎn)。

圖1 管帶機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）管帶機(jī)使用的輸送帶和普通輸送帶很接近，當(dāng)輸送距離在2 km 以內(nèi)時(shí)，宜選用織物芯膠帶，當(dāng)輸送距離大于2 km 時(shí)，宜選用鋼絲繩芯膠帶。用戶根據(jù)物料特性和作業(yè)環(huán)境情況，可選擇普通輸送帶，也可以定制輸送帶，因而應(yīng)用范圍較廣。

（2）可防止外部雜物混入輸送物料，并實(shí)現(xiàn)承載段和回程段完全封閉輸送，避免漏料、灑料等，滿足環(huán)保要求。

（3）能實(shí)現(xiàn)柔性布置設(shè)計(jì)。可以實(shí)現(xiàn)小半徑三維空間轉(zhuǎn)彎，避免相應(yīng)輔助設(shè)備的投資和維護(hù)費(fèi)用［4］；特別適合于空間比較狹小或者有障礙物等復(fù)雜環(huán)境下的輸送線路建設(shè)，縮短了輸送距離，從而降低工程的總造價(jià)。

（4）輸送帶形成圓管狀而增大了物料與膠帶間的摩擦系數(shù)，故管帶機(jī)的輸送傾角可達(dá)30°，節(jié)省空間位置，降低設(shè)備成本，實(shí)現(xiàn)大傾角提升輸送。

（5）機(jī)架寬度窄。管帶機(jī)采用圓形截面輸送物料，以較窄的帶寬，獲得同樣大小的有效輸送面積。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在同等輸送量的情況下，采用管帶機(jī)時(shí)皮帶寬度可減為原來的1/3，同時(shí)減少土建和鋼結(jié)構(gòu)工程量，降低投資成本［5］。

（6）管帶機(jī)自帶有安全防護(hù)欄桿（高度1 100 mm）的連續(xù)走道（寬度750 mm，鋪設(shè)格柵板），由扶手、橫桿、貼腳板組成，為操作人員提供了日常巡檢通道，方便設(shè)備安裝和檢修、維修。可不再單獨(dú)建棧橋，節(jié)約棧橋費(fèi)用。

2.1.2 缺點(diǎn)

（1）由于管帶機(jī)運(yùn)行時(shí)物料被包圍在圓管內(nèi)，增大了物料與輸送帶的擠壓力，因此輸送機(jī)的運(yùn)行阻力系數(shù)要比通用帶式輸送機(jī)大。

（2）設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜。由于管帶機(jī)的結(jié)構(gòu)形式比通用帶式輸送機(jī)復(fù)雜，因而其設(shè)計(jì)計(jì)算更加復(fù)雜。特別需要指出的是，管帶機(jī)的運(yùn)行阻力隨運(yùn)行速度的增大而增大，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)行阻力系數(shù)的選擇較困難。

（3）從結(jié)構(gòu)看，管帶機(jī)不會(huì)產(chǎn)生跑偏問題，但存在輸送帶扭曲問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使輸送帶的邊緣進(jìn)入2 個(gè)托輥的間隙內(nèi)，造成輸送帶損壞，甚至輸送帶被扭轉(zhuǎn)成麻花形狀。

2.2 本項(xiàng)目難點(diǎn)和對(duì)策

（1）管帶機(jī)由尾部過渡段、成管段和頭部過渡段組成。原料磷礦粉位于高程1 945.4 m 處，且加料過程無腐蝕氣體產(chǎn)生，為確保電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)正常穩(wěn)定運(yùn)行，降低損壞頻率，公司計(jì)劃頭部過渡段安裝在原料工序；半水反應(yīng)工序位于高程1 938.48 m 處，且該工序發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過程產(chǎn)生大量腐蝕氣體，因此尾部過渡段安裝在半水反應(yīng)工序。中間經(jīng)過磷酸罐區(qū)、空地、三層樓開關(guān)所，為確保此三段能按照策劃的布置方案進(jìn)行準(zhǔn)確定位，測(cè)量就必須及時(shí)準(zhǔn)確，公司采用多種方法進(jìn)行測(cè)量對(duì)比，最終選用測(cè)量精度高的全站儀進(jìn)行定位，設(shè)計(jì)單位根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)對(duì)管帶機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。管帶機(jī)參數(shù)：輸送量86 t/h，帶速0～2 m/s，帶寬600 mm，管徑150 mm，輸送機(jī)長度135 m。

（2）為減少設(shè)備運(yùn)行阻力，在設(shè)計(jì)階段，公司設(shè)計(jì)人員和技術(shù)人員進(jìn)行多次溝通，根據(jù)原料在不同狀態(tài)下的物料參數(shù)，經(jīng)過不斷核算，最終選擇適合的阻力系數(shù)。

（3）管帶機(jī)設(shè)計(jì)單位根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實(shí)際情況對(duì)管帶機(jī)位置進(jìn)行布置，要把設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)換到現(xiàn)場，施工前測(cè)量、放線、定位的準(zhǔn)確性以及施工質(zhì)量將影響管帶機(jī)的整體性。為消除偏差，土建基礎(chǔ)的測(cè)量、放線和定位工作都應(yīng)由同一組人員負(fù)責(zé)，同時(shí)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位人員進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)和協(xié)調(diào)。

（4）由于各建筑物存在較大高度差，土建基礎(chǔ)施工時(shí)也會(huì)存在一定的偏差，在施工過程中采取加大地腳板螺栓孔、制作大厚墊片方法來解決土建基礎(chǔ)偏差。

（5）設(shè)備投運(yùn)后能否正常運(yùn)行以及設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)是公司面臨的難題。為此公司安排技術(shù)人員和設(shè)備維修人員參與設(shè)備的安裝，學(xué)習(xí)如何減少托輥組與支架安裝誤差、如何使用卷揚(yáng)機(jī)牽引膠帶進(jìn)行安裝、如何校正扭曲的輸送帶、如何調(diào)整輸送帶的張緊力、如何觀察驅(qū)動(dòng)裝置和輸送帶的異常狀態(tài)等。

3 管帶機(jī)投運(yùn)后的效果

（1）管帶機(jī)安裝調(diào)試正常并投入運(yùn)行后，原料磷礦能連續(xù)正常輸送，半水反應(yīng)工序工藝指標(biāo)控制正常，最終產(chǎn)品指標(biāo)控制正常，節(jié)能效果明顯。管帶機(jī)投運(yùn)前后指標(biāo)對(duì)比情況見表1。

表1 管帶機(jī)投運(yùn)前后指標(biāo)對(duì)比

（2）項(xiàng)目實(shí)施后，取消了管道清理工作，杜絕管道清理過程中磷礦粉塵和於酸酸霧（含氟）產(chǎn)生，減少對(duì)環(huán)境的污染和人體的傷害。

4 結(jié)論

（1）項(xiàng)目實(shí)施后，確保原料磷礦粉能連續(xù)輸送至半水反應(yīng)工序，提高了半水反應(yīng)裝置的運(yùn)行率和穩(wěn)定性。每年至少增產(chǎn)磷酸3 240 t，產(chǎn)生771.12萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）每年節(jié)約電量約100 萬kW·h，年節(jié)約電費(fèi)約60萬元。

（3）每年節(jié)約檢、維修成本（含備件）約90萬元。

（4）杜絕管道清理過程中磷礦粉塵對(duì)環(huán)境的污染和於酸酸霧（含氟）對(duì)人體的傷害。