圓管帶式輸送機在半水-二水法磷酸裝置上的應用

楊金會，王國強

（云南磷化集團海口磷業(yè)有限公司，云南 昆明 650113）

0 引言

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

1 半水-二水法磷酸裝置試生產過程中存在的問題

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

技改裝置于2015年3月建成后投入試運行，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，脫水磷礦粉經皮帶計量輸送至預混槽，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工序。返酸和磷礦粉在預混槽中混合時發(fā)生反應，產生的氣體對泵和管線造成嚴重腐蝕，同時泵氣蝕和管道堵塞情況比較嚴重，停車檢修頻繁，磷礦輸送不連續(xù)導致工藝指標波動較大。磷礦粉輸送問題一直制約半水-二水法磷酸裝置穩(wěn)定運行，導致裝置長時間不能達產達標。技改后半水-二水法磷酸裝置運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，碳酸鹽分解產生CO2、含氟氣體等，導致泵腔出現氣蝕現象［1］。混合后的礦漿固含量過高（w（固）≥55%），導致泵高速旋轉時固體顆粒對葉輪（材質CD4MCu）磨損嚴重，葉輪正常使用周期僅為2周。

1.2 輸送管道內磷礦沉積結垢嚴重

根據設計投礦干基量為37 t/h，為保證預混礦漿的流動性，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的管線進行輸送時流速為1.78 m/s，使用DN150的備用管道進行輸送時流速只有0.78 m/s。由于固含量較高加之流速低，導致礦漿固相物在管道內沉積嚴重；半水過濾返酸中的氟硅酸和磷礦粉中的鈉、鉀鹽反應產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，在管道內壁沉積結垢［2］，導致泵出口壓力過大，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)境污染嚴重

半水過濾工序的返酸管為DN100的鋼襯PO管，長度248 m；預混后的輸送主管為DN100的鋼襯PO管，主管清理時使用的備用管為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，清理前雖已對管內磷礦和於酸進行回收，但管道拆除時管內仍有部分磷礦和於酸以及清理出的積垢物，對周圍環(huán)境造成污染。在夏天，清理現場磷礦粉塵較多，於酸散發(fā)出的酸霧（含氟）對人體有害。

2 圓管帶式輸送機的應用

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

2.1 管帶機的特點

管帶機是在槽形帶式輸送機基礎上發(fā)展起來的一類特殊帶式輸送機，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。管帶機輸送過程中，物料被密閉在圓管內，從而在整個輸送線路中實現封閉運輸，管帶機結構見圖1。為了加料，在管帶機尾部加裝加料斗［3］；為了卸料，將管帶機頭部的圓形輸送帶通過過渡托輥導向成平形輸送帶。理論上，管帶機通過增設輸送帶翻轉裝置可以實現雙向輸送物料，公司根據裝置現場情況和待輸送物料的特點，最終選擇了頭部加料、尾部卸料的方式。管帶機和通用帶式輸送機相比，因其特有的結構形式，具有明顯的特點。

圖1 管帶機結構

2.1.1 優(yōu)點

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

（2）可防止外部雜物混入輸送物料，并實現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）能實現柔性布置設計。可以實現小半徑三維空間轉彎，避免相應輔助設備的投資和維護費用［4］；特別適合于空間比較狹小或者有障礙物等復雜環(huán)境下的輸送線路建設，縮短了輸送距離，從而降低工程的總造價。

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

（5）機架寬度窄。管帶機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。據統(tǒng)計，在同等輸送量的情況下，采用管帶機時皮帶寬度可減為原來的1/3，同時減少土建和鋼結構工程量，降低投資成本［5］。

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

2.1.2 缺點

（1）由于管帶機運行時物料被包圍在圓管內，增大了物料與輸送帶的擠壓力，因此輸送機的運行阻力系數要比通用帶式輸送機大。

（2）設計計算復雜。由于管帶機的結構形式比通用帶式輸送機復雜，因而其設計計算更加復雜。特別需要指出的是，管帶機的運行阻力隨運行速度的增大而增大，實際設計時運行阻力系數的選擇較困難。

（3）從結構看，管帶機不會產生跑偏問題，但存在輸送帶扭曲問題，嚴重時會使輸送帶的邊緣進入2 個托輥的間隙內，造成輸送帶損壞，甚至輸送帶被扭轉成麻花形狀。

2.2 本項目難點和對策

（1）管帶機由尾部過渡段、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生，為確保電動機和減速機正常穩(wěn)定運行，降低損壞頻率，公司計劃頭部過渡段安裝在原料工序；半水反應工序位于高程1 938.48 m 處，且該工序發(fā)生化學反應，反應過程產生大量腐蝕氣體，因此尾部過渡段安裝在半水反應工序。中間經過磷酸罐區(qū)、空地、三層樓開關所，為確保此三段能按照策劃的布置方案進行準確定位，測量就必須及時準確，公司采用多種方法進行測量對比，最終選用測量精度高的全站儀進行定位，設計單位根據測量數據和工藝參數對管帶機進行設計。管帶機參數：輸送量86 t/h，帶速0～2 m/s，帶寬600 mm，管徑150 mm，輸送機長度135 m。

（2）為減少設備運行阻力，在設計階段，公司設計人員和技術人員進行多次溝通，根據原料在不同狀態(tài)下的物料參數，經過不斷核算，最終選擇適合的阻力系數。

（3）管帶機設計單位根據測量數據和現場實際情況對管帶機位置進行布置，要把設計圖紙轉換到現場，施工前測量、放線、定位的準確性以及施工質量將影響管帶機的整體性。為消除偏差，土建基礎的測量、放線和定位工作都應由同一組人員負責，同時請設計單位人員進行現場指導和協(xié)調。

（4）由于各建筑物存在較大高度差，土建基礎施工時也會存在一定的偏差，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偏差。

（5）設備投運后能否正常運行以及設備的維護保養(yǎng)是公司面臨的難題。為此公司安排技術人員和設備維修人員參與設備的安裝，學習如何減少托輥組與支架安裝誤差、如何使用卷揚機牽引膠帶進行安裝、如何校正扭曲的輸送帶、如何調整輸送帶的張緊力、如何觀察驅動裝置和輸送帶的異常狀態(tài)等。

3 管帶機投運后的效果

（1）管帶機安裝調試正常并投入運行后，原料磷礦能連續(xù)正常輸送，半水反應工序工藝指標控制正常，最終產品指標控制正常，節(jié)能效果明顯。管帶機投運前后指標對比情況見表1。

表1 管帶機投運前后指標對比

（2）項目實施后，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）產生，減少對環(huán)境的污染和人體的傷害。

4 結論

（1）項目實施后，確保原料磷礦粉能連續(xù)輸送至半水反應工序，提高了半水反應裝置的運行率和穩(wěn)定性。每年至少增產磷酸3 240 t，產生771.12萬元的經濟效益。

（2）每年節(jié)約電量約100 萬kW·h，年節(jié)約電費約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環(huán)境的污染和於酸酸霧（含氟）對人體的傷害。