磷石膏渣場回水系統阻垢技術的研究及改進

張 勇，楊林臺，馬克猛

（云南云天化云峰化工有限公司，云南 宣威 655426）

目前磷酸生產大多數采用濕法工藝，生產每噸磷酸會產生干基磷石膏大約5.3 t，大型磷復肥裝置一般采用濕排濕堆方式堆存磷石膏。該堆存方式的優點是管理、運行方便，輸送條件好，渣場水可循環利用，堆筑工藝成熟，建設費用低［1］。在渣場水重復使用過程中，磷石膏中含有的磷酸鹽、氟化物、硅酸鹽等物質不斷溶解在渣場水中，使渣場水中各種離子富集，環境溫度降低時造成回水泵及管線結垢，導致渣場回水量迅速降低，不但嚴重影響了磷酸裝置生產，還會使渣場水位上升，增加渣場運行的安全風險。因此，解決渣場回水系統結垢問題，對整個磷酸生產過程意義較大。

1 磷石膏渣場回水系統結垢原因

過濾工序產生的磷石膏，用渣場水調制成w（固）20% ～ 25%的磷石膏渣漿，再通過多級濕排泵送至磷石膏渣場放漿池中，渣漿在放漿池能沉降分離，渣漿中的水回到回水池，通過渣場回水泵送到磷酸裝置重復使用，流程如圖1所示。

圖1 磷石膏濕排濕堆工藝流程示意

通過取樣分析，渣場回水管線結垢成分主要是氟硅酸鉀，約占90%，還含有少量的氟硅酸鈉等物質。通過生產實踐，當渣場回水中F、K、Na、SiO2等雜質富集到一定量，回水溫度下降到一定程度時氟硅酸鈉和氟硅酸鉀在渣場水中達到過飽和狀態，當其與管壁和葉輪接觸時結晶，形成垢物。氟硅酸鈉和氟硅酸鉀的溶解度曲線見圖2［2］。

圖2 氟硅酸鈉和氟硅酸鉀在磷酸中的溶解度

2 磷石膏渣場回水系統現有阻垢技術

為了解決磷石膏渣場回水系統結垢問題，目前采用的方法包括人工清理、電伴熱提溫、蒸汽加熱、利用渣漿沖洗結垢的回水管等，這些方法各有優缺點［3］。

2.1 人工清理

拆開渣場回水泵及管線，通過人工清理垢物。此方法雖然可有效清理回水系統結垢，但工作量大，且嚴重影響磷酸裝置運行。

2.2 電伴熱提溫

在回水管、回水泵上安裝電伴熱帶并保溫。每立方米渣場回溫度水升高1 ℃大約需要耗電1.5 kW·h。由于回水量較大，不僅需要電伴熱功率很大，而且很難將回水加熱到所需溫度。

2.3 蒸汽加熱

在回水泵進口通入蒸汽提高回水溫度。由于回水量較大，消耗的蒸汽量較大，運行成本高。

2.4 利用渣漿沖洗結垢的回水管

當回水管線結垢達到一定厚度后，將回水管與渣漿管進行互換。此方法對回水管結垢有一定的效果，但無法解決渣場回水泵葉輪結垢問題。

3 磷石膏渣場回水系統阻垢技術改進

3.1 改造原理

根據磷石膏渣場回水系統結垢原理，只需要消除渣場回水中氟化物的過飽和度即可解決結垢問題，而消除過飽和度最簡單的方法是提高溫度。現階段采用加熱渣場回水的方法，成本太高，且升溫效果不明顯。根據濕法磷酸生產工藝特點，從磷酸裝置送入渣場的磷石膏渣漿，是用部分濾布洗滌水、循環熱水與過濾裝置產生的磷石膏調漿產生，濾布洗滌水溫度大約為65 ℃，循環熱水溫度大約為45 ℃，磷石膏溫度大約為70 ℃，調漿后磷石膏渣漿溫度可以達到55 ℃，而且一般磷石膏渣漿量大于渣場回水量，這部分熱量十分可觀，但并沒有被利用起來。若利用磷石膏渣漿帶來的熱量加熱渣場回水，則可以消除現有升溫阻垢技術的缺點。

3.2 改造方案

在渣場回水泵旁邊增加一列管換熱器，磷石膏渣漿走管程，渣場回水走殼程，采用逆流換熱方式，原管線保留作為備用管線，用盲板隔開。改造工藝流程見圖3。

圖3 渣場回水系統改造工藝流程

3.3 換熱器選型

（1）基本條件：回水池中水最低溫度5 ℃，需要提高到15 ℃，回水量550 m3/h，比熱容4.18 kJ/（kg ·℃）；磷石膏渣漿溫度55 ℃，磷石膏渣漿量650 m3/h，比熱容3.58 kJ/（kg·℃）；換熱器傳熱系數550 W/（m2·℃）。

3.4 改造效果

改造后，渣場回水溫度提高了10 ℃左右，連續運行1個月后，渣場回水泵葉輪和回水管線無結垢情況，達到改造目標。

4 總結

利用磷石膏渣漿加熱渣場回水，可以解決磷石膏渣場回水系統結垢難題，而且改造和運行成本較低，具有較好的經濟效益和社會效益。