濕法磷酸裝置磷石膏渣漿加壓輸送的技改

魯坤鵬，陳衛華

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北鐘祥 431910）

0 引言

某化工廠一期濕法磷酸裝置采用美國杰克布斯-多爾科二水法生產工藝，設計年生產能力為P2O520.77萬t，副產H2SiF61萬t，平均操作時間為310 d；二期磷酸生產裝置采用多格方槽二水法生產工藝，設計年生產能力為P2O530 萬t，副產H2SiF61.5 萬t，平均操作時間為300 d。其中一期采用真空帶式過濾機進行液固分離后對磷石膏進行調漿，二期采用轉臺過濾機固液分離后對磷石膏進行調漿，磷石膏渣漿輸送系統均為兩級離心泵串聯。兩套裝置通過獨立的磷石膏渣漿輸送管道DN350將磷石膏輸送至距離裝置6.6 km的渣場。

1 磷石膏渣漿輸送存在的問題

一期磷酸裝置標高+105 m，二期磷酸裝置標高+108 m，濕法磷酸裝置副產磷石膏調漿后通過串級泵輸送至渣場子壩（標高+224 m）排放。磷石膏渣漿泵技術參數如下。

一期渣漿泵參數：一級泵，流量700 m3/h，揚程75 m，葉輪直徑680 mm，電機型號YPT450-6-WF1，功率355 kW，電壓380 V，電流667 A；二級泵，流量700 m3/h，揚程75 m，葉輪直徑680 mm，電機型號YKK400-6-WF1，功率315 kW，電壓6 000 V，電流39.54 A，轉速988 r/min。二期渣漿泵參數：一級泵，流量572 m3/h，揚程91.1 m，電機型號YPT450-6-WF1，功率355 kW，電壓380 V，電流667 A；二級泵，流量572 m3/h，揚程91.1 m，電機型號YKK450-6-WF1，功率450 kW，電壓6 000 V，電流55 A，轉速990 r/min。

隨著渣場子壩逐步加高，目前一期、二期渣漿泵的輸送能力已經不能滿足生產需要。一期渣漿泵總揚程150 m，渣漿輸送實際揚程163.46 m；二期渣漿泵總揚程182.2 m，渣漿輸送實際揚程186.93 m。一期、二期磷酸裝置均處于減負荷運行狀況，隨著渣場子壩進一步加高，磷酸生產將無法為繼。為使整個系統處于良好的運行狀態，該廠研究采用中途加壓的方式進行磷石膏渣漿輸送，通過理論計算確定方案設計。

2 理論計算

2.1 一期渣漿管損計算

磷酸按日產P2O5800 t，石膏量按每噸P2O5產石膏5 t計，渣漿w（固）25%，石膏密度取2.32 t/m3。

1） 石膏量

qm（石膏）=800×5÷24 t/h=166.67 t/h；

qV（石膏）=166.67÷2.32 m3/h=71.84 m3/h。

2） 石膏漿

qm（石膏漿）=（166.67÷25%）t/h=666.68 t/h；

qm（水）=（666.68-166.67）t/h=500.01 t/h；

qV（石膏漿）=（71.84+500.01）m3/h=571.85 m3/h；

ρ（石膏漿）=qm（石膏）/qV（石膏漿）=1.17 t/m3。

3） 渣漿輸送管損

取生產中渣漿最大流量600 m3/h計算渣漿流速u：

其中d為管路內徑，取值為0.351 m。

取工業管道絕對粗糙度ε＝0.2 mm，μ= 65.6×10-5Pa·s，則：

根據達西-魏斯巴赫公式計算管損（其中L為管路總長含閥門及彎頭當量長度，取5 600 m）：

H損=λ×（L/d）×（u2/2 g）=44.46 m。

2.2 二期渣漿管損計算

磷酸按日產P2O51 200 t，石膏量按每噸P2O5產石膏5 t計，渣漿w（固）30%，石膏密度取2.32 t/m3。

1） 石膏量

qm（石膏）=（1 200×5÷24）t/h=250 t/h；

qV（石膏）=（250÷2.32）m3/h=107.76 m3/h。

2） 石膏漿

qm（石膏漿）=（250÷30%）t/h=833.33 t/h；

qm（水）=（833.33-250）t/h=583.33 t/h；

qV（石膏漿）=（107.76+583.33）m3/h=691.09 m3/h；

ρ（石膏漿）=（8333.33/619.09）t/m3=1.21 t/m3。

石膏漿密度化驗值為1.25 t/m3，與計算值差異不大，管損計算時取化驗值。

3） 渣漿輸送管損

取生產中石膏料漿最大流量700 m3/h計算渣漿流速u：

取工業管道絕對粗糙度ε=0.2 mm，μ=65.6 ×10-5Pa·s，則：

根據達西-魏斯巴赫公式計算管損H損=70.93 m。

3 方案設計

3.1 加壓泵站選址

渣場原設計子壩標高220 m，一次擴容后標高245 m，二次擴容后標高265 m。原輸漿管線設計壓力2.50 MPa，二次擴容后輸漿管線最高壓力達2.85 MPa，因此加壓泵站不能設在化工裝置區內，只能設在磷石膏渣場。

根據現場實際環境，泵站地址設在渣場+185 m平臺，輸漿管線西側，距離輸漿管線僅5 m 左右。+185 m平臺磷石膏漿壓力0.49 MPa，加壓泵站投用后進口壓力最高0.49 MPa，出口壓力最高1.12 MPa，化工廠區內渣漿泵出口壓力最高2.3 MPa（實際壓力小于2.15 MPa）。

泵站設在渣場+185 m 平臺，輸漿管線壓力等級滿足渣場二次擴容后石膏漿輸送要求，而且末端壓力較低，更加安全可靠。

3.2 泵站配置方案

加壓泵配置采用2 用1 備的方案（見圖1），正常運行時一期、二期磷石膏渣漿通過各自的輸漿管線及加壓泵輸送，備用泵可以通過閥門切換分別滿足一期、二期輸漿要求。

圖1 泵站配置方案

3.3 供配電

綜合設備的能力和需求，加壓泵電機功率考慮選為250 kW，3臺泵總功率750 kW，因渣場子壩逐步加高，每年堆筑5.0～7.5 m，加壓泵采用380 V變頻調速控制，在子壩堆筑到+265 m前，盡可能地節約運行費用。渣場6 000 V 外線經核算滿足新增容量要求，但現有變壓器容量僅315 kV·A，需要新增6 000 V 電纜300 m，并在+185 m 平臺新建配電設施，包括新增變壓器、變頻器柜、開關柜等。

4 結語

為解決磷石膏渣漿輸送問題，筆者結合現有的設備能力、管損理論計算結果和實際調查，認為在磷石膏渣場+185 m 平臺增設磷石膏渣漿輸送加壓泵站可滿足生產需求：一期、二期磷石膏渣漿仍按現有管線分開輸送，加壓泵配置采用2用1 備的方案，日常操作采用變頻調速以達到節能效果。該項目包括場地平整、廠房及泵基礎建設、機電設備采購及安裝，項目總投資396.480 6 萬元。后期將針對具體的運行環境調節最佳控制參數，同時針對操作要點對操作人員進行必要的培訓和考核，規范操作，使整個系統處于較為良性的運行狀態。