濃磷酸澄清槽耙壓耙故障原因分析與處理探討

胡文武

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北 鐘祥 431910）

某公司磷酸二期裝置是2012年新建并投產(chǎn)，采用多格方槽二水生產(chǎn)工藝；稀酸過濾采用真空轉(zhuǎn)臺式過濾機(jī)真空抽濾；濃縮采用強(qiáng)制循環(huán)真空蒸發(fā)，合格的濃磷酸先送至濃磷酸陳化槽進(jìn)行陳化，再送至濃磷酸澄清槽進(jìn)行澄清。裝置中的濃磷酸澄清槽型式為拱頂圓槽，帶錐形排渣口，規(guī)格為φ18200×12500mm（直段），配套有濃磷酸澄清槽耙。澄清槽運(yùn)行原理：濃縮系統(tǒng)生產(chǎn)的濃磷酸由陳化槽陳化，再送至濃磷酸澄清槽進(jìn)行澄清；澄清的濃磷酸從上中下溢流口排出，送至下游復(fù)合肥車間進(jìn)行生產(chǎn)，而底部沉降的酸泥，會被濃磷酸澄清槽耙收集至錐形排渣口排出。

1 濃磷酸槽耙壓耙故障概述

1.1 槽耙結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)參數(shù)

磷酸二期裝置的濃磷酸澄清槽槽耙共有2臺，主要由槽耙驅(qū)動裝置、槽耙提升驅(qū)動裝置、底部轉(zhuǎn)耙機(jī)構(gòu)三大部分組成。其主要的技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 濃磷酸槽耙技術(shù)參數(shù)

1.2 槽耙工作原理及控制

該設(shè)備是通過有用功率表對負(fù)荷進(jìn)行測控（功率與扭力的關(guān)系：T=8553×P/n），由攪拌和升降兩部分組成，正常情況下只有攪拌部分工作。當(dāng)攪拌超過所設(shè)定的輕度過載有用功率值時(shí)，會有聲光報(bào)警來預(yù)警，邊攪拌邊提耙；在提升過程中，如果過載消失，則停升；延時(shí)30分鐘，邊攪拌邊下降；下降過程中如又出現(xiàn)輕度過載，則會邊攪拌邊提耙，反復(fù)進(jìn)行，直到過載消除，恢復(fù)正常狀態(tài)。如果升到頂，過載還沒有消除，則會在頂部一直轉(zhuǎn)耙，直到過載消除，延時(shí)后降耙情況和上面一樣，則會反復(fù)，直到正常為止，升降部分停止工作。當(dāng)攪拌部分超過所設(shè)定的嚴(yán)重過載值時(shí)，控制箱嚴(yán)重故障燈亮并將該設(shè)備全部停機(jī)。

1.3 槽耙壓死故障過程

當(dāng)攪拌有輕度過載時(shí)，按正常工藝操作規(guī)程，操作人員立即排放酸泥，但是排放口排放出來的酸泥含固量只有22%，小于正常值35%。在排放酸泥消除輕度過載期間發(fā)現(xiàn)：越排放酸泥槽耙電流越升高，槽耙只會一直提升，不能下降，從而進(jìn)入了“死循環(huán)”。最后在槽耙停機(jī)壓死前的一個(gè)時(shí)間段，電流迅速上升，就像大量酸泥短時(shí)間內(nèi)垮塌，導(dǎo)致槽耙嚴(yán)重過載，聯(lián)軸器過載保護(hù)螺栓切斷或者控制箱嚴(yán)重故障燈亮并將該設(shè)備全部停機(jī)，槽耙壓死。

1.4 槽耙壓死后果

每次槽耙壓停后開罐檢查發(fā)現(xiàn)，槽底沉積酸泥高度均在3m左右，酸泥量到達(dá)763m3，其中有效磷含量超過30%，導(dǎo)致大量可回收磷酸損失；且單次清理最少需10天，每天需20人進(jìn)行不間斷清理；初步預(yù)估濃磷酸槽耙每壓死一次，直接經(jīng)濟(jì)損失超過100萬元。

2 原因分析及依據(jù)

濃磷酸槽耙的固液分離原理與濃縮機(jī)內(nèi)部濃縮過程是一致的，濃磷酸槽耙結(jié)構(gòu)如圖1，通過現(xiàn)場操作和一些指標(biāo)可以推測出，濃磷酸酸罐底層（對應(yīng)濃縮機(jī)D層）是存在大量酸泥，但最終酸罐底部排放出來的酸泥指標(biāo)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。由此我們先來參考濃縮機(jī)內(nèi)部濃縮過程，具體如下：

圖1 濃磷酸槽耙結(jié)構(gòu)圖

濃縮機(jī)處理待沉降懸浮液時(shí)，沿沉降方向分為5個(gè)工作區(qū)間，如圖2所示。其中，A區(qū)是澄清區(qū)，該區(qū)的澄清液作為溢流產(chǎn)物通過溢流堰得到收集，溢流清液中所含固體量是評價(jià)濃縮機(jī)工作效率的重要指標(biāo)，有嚴(yán)格的要求；B區(qū)是自由沉降區(qū)，濃縮機(jī)中的第一個(gè)沉降區(qū)，該區(qū)中固體顆粒依靠自身重力克服介質(zhì)阻力向下運(yùn)動，進(jìn)入壓縮區(qū)(D區(qū))；在壓縮區(qū)D區(qū)，固體顆粒之間已形成較為緊密的絮團(tuán)，顆粒間呈堆疊狀態(tài)，沉降速度緩慢；E區(qū)為濃縮物區(qū)，壓縮區(qū)物料進(jìn)一步沉降后進(jìn)入濃縮物區(qū)，該區(qū)設(shè)有旋轉(zhuǎn)刮板(該區(qū)所處濃縮機(jī)位置可呈平面形也可呈淺錐形)，濃縮區(qū)物料中的水分會在刮板旋轉(zhuǎn)時(shí)的擠壓作用下滲出，使壓縮后物料濃度進(jìn)一步提高，最終由濃縮機(jī)底部排出，成為濃縮機(jī)的底流產(chǎn)品，底流產(chǎn)品的壓縮程度也是評價(jià)濃縮機(jī)效率的重要指標(biāo)；在圖 2中所示沉降區(qū)中，B、C、D三區(qū)體現(xiàn)了顆粒沉降過程， A區(qū)和E區(qū)表征了顆粒沉降后的結(jié)果。由上文可知，當(dāng)待分離物料加入濃縮機(jī)后，物料在濃縮機(jī)中都要經(jīng)歷以上5個(gè)區(qū)域最終達(dá)到濃縮排放的目的。

圖2 濃縮機(jī)內(nèi)部濃縮過程

綜上分析，濃磷酸澄清槽耙壓死故障的最主要原因是：槽耙的轉(zhuǎn)速過快。槽罐底部因?yàn)榘冶坜D(zhuǎn)動速度過快，導(dǎo)致局部產(chǎn)生混流干擾了酸泥的正常沉降。因此在槽耙上方酸泥顆粒繼續(xù)結(jié)晶成長為大顆粒，最后大顆粒酸泥克服混流的干擾，短時(shí)間內(nèi)開始大量沉降，此時(shí)槽耙刮板作用的酸泥介質(zhì)比重遠(yuǎn)大于正常時(shí)比重，導(dǎo)致槽耙運(yùn)行負(fù)荷超嚴(yán)重過載，聯(lián)軸器過載保護(hù)螺栓切斷，槽耙停機(jī)壓死，為印證次推測，我查詢了行業(yè)內(nèi)同類型的槽耙設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，同時(shí)也核查了磷酸一期槽耙的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，只有0.07rpm、0.08rpm兩種，而磷酸二期裝置的濃磷酸槽耙的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速卻達(dá)到0.136rpm（見表1），確切的說是接近一期槽耙轉(zhuǎn)速的兩倍。

3 對策

（1）對濃磷酸槽耙攪拌裝置電機(jī)進(jìn)行新增變頻器調(diào)速改造。通過變頻將濃磷酸槽耙轉(zhuǎn)速由原設(shè)計(jì)值0.136rpm降速至0.08rpm。由于槽耙轉(zhuǎn)速的降低，產(chǎn)生的混流對酸泥沉降影響降至最低，酸泥可以順利進(jìn)入濃縮物E區(qū)，最終由槽耙刮泥板順利收集至底層排放口排放，使排放出來的酸泥含固量達(dá)到了設(shè)計(jì)值35%。

槽耙轉(zhuǎn)速降低后，根據(jù)功率與扭力的關(guān)系公式T=8553×P/n（注：P為電機(jī)功率；T為扭矩；n為轉(zhuǎn)速。）可知：電機(jī)功率不變，扭矩與轉(zhuǎn)速正反比關(guān)系。

正常運(yùn)行時(shí)的電流遠(yuǎn)小于原設(shè)計(jì)運(yùn)行電流，當(dāng)槽耙刮板收集比重較大的酸泥時(shí)，電流會隨著升高至原設(shè)計(jì)運(yùn)行電流，此時(shí)槽耙的輸出功率不變，由于輸出轉(zhuǎn)速的降低，導(dǎo)致槽耙瞬時(shí)扭矩增大，這是有利于槽耙刮板收集槽底酸泥。

（2）根據(jù)我公司磷礦雜質(zhì)含量情況，以及濃縮系統(tǒng)生產(chǎn)出來的濃酸固相含量平均值，制定適合現(xiàn)場實(shí)際狀況的《濃酸酸泥排放標(biāo)準(zhǔn)》，并定時(shí)定人進(jìn)行督查酸泥排放情況。

（3）嚴(yán)格遵守《磷酸工藝操作規(guī)程》，由濃酸系統(tǒng)產(chǎn)出的濃磷酸必須在罐區(qū)濃磷酸陳化槽陳化4小時(shí)以上。

4 結(jié)語

通過對濃磷酸澄清槽耙的電機(jī)進(jìn)行變頻降速改造，運(yùn)行至今已經(jīng)2年多，沒有出現(xiàn)濃磷酸槽耙壓死故障。此項(xiàng)變頻調(diào)速技術(shù)改造不但保障了磷酸二期裝置的濃縮系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)也保證了下游復(fù)合肥裝置濃磷酸的正常供給，更解決了從濃磷酸罐清理出來的化工固廢難處理的環(huán)保問題。