磷酸裝置轉臺式真空過濾機節能技術研究

陳以明，張 品，劉 昆

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北 鐘祥 431910）

0 引言

湖北某公司300 kt/a磷酸裝置有2套轉臺式過濾機，過濾機總過濾面積與有效過濾面積分別為160 m2和140 m2，每套過濾機配置1 臺560 kW·h 真空泵，最大抽氣量24 000 m3/h，過濾機設計抽氣量只需16 000 m3/h即可維持正常生產。因真空泵抽氣量富余較多，生產時真空泵運行電流偏低，未達到額定電流，遇過濾真空度高時還需要開泄空閥調節真空度。為充分利用這部分富余抽氣量，該公司通過技術改造、工藝優化、合理調節運行指標、創新過濾抽真空方式，自2021年7月至今利用1臺真空泵帶動2套過濾機生產，真空泵運行平穩，過濾效果良好，磷石膏指標正常，該技術可推廣應用到同行業。

1 磷酸過系統運行現狀分析

1.1 磷酸抽真空過濾原理及過濾生產能力

過濾機的過濾介質為一種具有許多毛細孔的物質，毛細孔截留懸浮固體，從而實現固液分離。濕法磷酸生產中磷酸與磷石膏的分離是把反應產生的磷酸料漿送到過濾機上，連續不斷地通過濾布使磷酸與磷石膏分離。同時用逆流洗滌法把吸附在磷石膏表面上的絕大部分磷酸溶液充分清除并予以回收［1］。

過濾基本方程式及能力計算［1-2］，當過濾真空度為66.66 kPa（如果過濾真空度不是66.66 kPa，則應乘以500-1/2進行校正）、轉速為0.25 r/min 時，給定過濾機的能力Q為：

1.2 真空泵運行狀況分析

過濾機真空泵（P23106/P23206）工藝參數：最大抽速400 m3/min，轉速370 r/min，極限真空度160 kPa，額定功率560 kW，額定電流64.9 A。其主要作用是加大過濾過程的推動力，加快過濾速率，提高過濾強度和生產能力，提高洗滌效率，降低濾餅中的殘余水含量。實際生產中為節省動力消耗及保證長周期穩定操作，真空度一般控制在30～65 kPa；長時間運行會出現葉輪、泵腔結垢，泵運行電流偏高現象，需要定期清洗、清理；設備運行過程中會存在腐蝕、磨損現象，因無備用設備，清洗、檢修真空泵時過濾系統需要停車；設備功率較大，運行時水電消耗偏高。

1.3 過濾運行數據分析

2 套轉臺式過濾機在實際運行時，過濾機的抽氣面積（即磷石膏干灘區）只占總過濾面積的1/2，所以真空泵的抽氣量有較多富余。工藝控制上過濾真空度不能超過反應系統真空度（60～65 kPa），以避免過濾系統閃蒸溫降過大、結垢加速現象；同時為保證真空泵安全、穩定、長周期運行，過濾真空度一般控制在50～60 kPa，主要通過調節過濾機轉速、控制真空泵進口管線泄空閥開度等辦法實現。2021 年4—6 月過濾運行數據見表1。從表1可以看出，真空泵運行電流低于額定值，過濾真空度偏高，真空泵工作能力有一定富余量；過濾機轉速只達到最大轉速的65%左右。

表1 2021年4—6月過濾運行數據

2 過濾抽真空方式優化措施

2.1 改造真空泵進口管線

對位于過濾二樓的2臺真空泵進口管線進行改造，改造后管線連接見圖1。通過連接管線、加裝2臺蝶閥、3臺電動閥等措施，可實現1臺過濾機真空泵帶動2 套過濾機生產，在2 套過濾機開、停車切換時可靈活、迅速開關閥門，調節電動閥開度，可調整相應過濾機真空度，避免真空度偏低對正常生產造成影響。

圖1 改造后真空泵進口管線連接示意

2.2 選擇合適的濾布

根據礦漿細度、酸不溶物含量、過濾實際運行效果等情況，通常選擇0.150 mm（100目）濾布生產。為實現1 臺真空泵帶動2 套過濾機生產，在抽氣量下降情況下，根據表2濾布生產廠家提供的參數，可考慮選擇型號為0.178 mm（80 目）的濾布，對比0.150 mm（100目）濾布，該濾布密度略小、透氣量較大。

表2 某廠家轉臺軋光濾布參數

2.3 調整錯氣盤內分區

在抽氣量降低情況下，過濾磷石膏干灘區會相應減少，過濾機上洗滌水覆蓋區域將會增大，為確保成品酸濃度，對錯氣盤內成品酸區不進行調整。根據過濾機上洗滌水分布情況，返酸區隔板可適當向一洗區移動幾個螺栓孔，一洗區隔板向二洗區移動幾個螺栓孔，增大錯氣盤內區域面積，收集相應濾液。二洗區面積會稍有減少，但所對應的過濾餅洗滌區為熱水洗滌，酸濃低，在過濾真空度正常情況下，經過2次洗滌后磷石膏中磷含量很低，再經第3次洗滌后磷含量極低，對洗滌率影響不大，僅會造成磷石膏水分略有增大。錯氣盤分區調整方法見圖2。

圖2 錯氣盤內分區示意

2.4 調整真空泵運行方式

根據設備使用說明書和相關文獻報道［2-3］，真空泵進水量大小對抽氣量也有一定的影響。進水量過大時，氣量隨著進水量增大變化不明顯，但會增加泵的軸功率，使真空泵的負荷增大；進水量過少時，間隙的密封作用減弱，氣量降低，水溫也升高過快。合適的進水量是使泵正常工作必不可缺少的一個條件。泵的進水量參數一般是設備制造商經過試驗得出，在參考說明書中供水要求的同時，在使用中可安裝流量計顯示流量的大小，并用調節閥門來控制。表3 為SKA620 型真空泵在標準轉速367 r/min 時，吸氣壓強與對應工作液流量。

表3 真空泵吸氣壓強與對應工作液流量

為了讓真空泵達到最佳運行工況，經生產過程中調節實驗，雙真空泵運行時每臺泵工作液流量約20 m3/h，而在1 臺過濾真空泵帶動2 套過濾機生產時，真空泵工作液流量需調整到約30 m3/h，抽真空效果較好。

2.5 優化過濾運行指標

實際生產中，需要根據過濾給料量、洗水加入量等，及時調節過濾機轉速、真空泵進口閥門開度等，控制真空泵電流、過濾真空度在正常范圍內，確保過濾效果，使2 套過濾機的生產負荷達到P2O51 100 t/d。表4為2021年8—11月1臺真空泵帶2套過濾機運行數據。

表4 2021年8—11月1臺真空泵帶2套過濾機運行數據

對比表1和表4可見，1臺真空泵帶2套過濾機生產時，真空泵電流比單套過濾機生產時略有升高，但仍在額定值內，過濾真空度略有降低，石膏水含量略有升高，但水溶磷無明顯變化，對總磷收率幾乎無影響，每小時節省電耗按高壓電機的耗電量計算為538.77 kW·h，每月按2套過濾機生產25 d 計算，可節省電耗3.232 6 × 105kW · h。按照現行工業用電價格，每年可節省電費約291萬元。

3 結束語

通過工藝調節、技術創新，充分利用真空泵的富余抽氣量，湖北某磷化公司磷酸裝置真空過濾系統實現了1臺真空泵帶動2套過濾機生產，在過濾真空泵技術參數及電機功率等不變的情況下運行平穩，生產負荷、總磷收率等保持不變，降低了電耗及設備維修費用，起到了節能、降本、增效的效果。