石墨換熱器清洗改造及72 h性能考核

張忠朝，念吉紅

(云南云天化股份有限公司云峰分公司，云南宣威 655413)

云南云天化股份有限公司云峰分公司磷酸廠有3套磷酸濃縮裝置，設(shè)計產(chǎn)能為280 kt/a。通過不斷技改，3套磷酸濃縮裝置產(chǎn)能已達315 kt/a。由于磷酸短缺，多套磷肥裝置均達不到滿負荷生產(chǎn)，而磷肥廠對磷酸的需求量為345 kt/a。因此，云峰分公司決定對磷酸濃縮裝置進行技改，以增加濃磷酸供應量。磷酸濃縮裝置工藝流程見圖1。

圖1 磷酸濃縮裝置工藝流程

1 存在的問題

2018年以來磷礦不斷貧化，為保證濃磷酸產(chǎn)品的質(zhì)量，濃磷酸密度不斷提高，石墨換熱器結(jié)垢速率明顯加快，結(jié)垢物厚度達到1.5 mm以上。采用傳統(tǒng)清洗方式清洗后，石墨換熱器列管內(nèi)壁還附著一層結(jié)垢物，無法去除。隨著生產(chǎn)時間延長，結(jié)垢物越積越厚，影響了石墨換熱器的換熱效率，增加了流體阻力，造成石墨換熱器換熱能力下降，生產(chǎn)成本提高[1]。石墨換熱器成為限制磷酸產(chǎn)能擴大的關(guān)鍵因素。云峰分公司決定改變清洗方式，對石墨列管進行徹底清洗及除垢，確保石墨換熱器恢復原有換熱能力[2]。

2 工藝原理

石墨換熱器列管內(nèi)壁結(jié)垢物主要由硫酸鈣、氟硅酸鉀、氟硅酸鈉、硅酸鈣、鈣鎂鋁磷酸鹽等組成。其中氟硅酸鈉、氟硅酸鉀在用硫酸清洗時很容易清洗干凈。其主要化學反應式為[3]：

硫酸鈣、硅酸鈣等會形成堅硬致密的硬質(zhì)結(jié)垢物粘附在石墨換熱器石墨列管內(nèi)壁上，不易被硫酸溶液清洗除掉，但容易被氟硅酸溶解。其主要化學反應式為：

3 石墨換熱器清洗技改

3.1 原清洗流程

石墨換熱器原清洗方式為一次清洗工藝流程，采用硫酸清洗。清洗步驟為先排盡濃磷酸，加入硫酸和水清洗一定時間，再排盡清洗液，進行人工清理石墨列管。清洗后的石墨換熱器經(jīng)試壓、補充稀磷酸后投入運行。

3.2 改造后清洗流程

技術(shù)人員對石墨換熱器列管中的結(jié)垢物進行分析，分別用硫酸、氟硅酸進行溶解，觀察溶解速率及效果。試驗發(fā)現(xiàn)，硫酸和氟硅酸對結(jié)垢物均有較好的溶解效果。在完成石墨換熱器清洗工藝管線的改造后，技術(shù)人員采用新的清洗方式對石墨換熱器進行了清洗，并檢查清洗效果。磷酸濃縮裝置停車后，先通過高壓清洗機清理石墨換熱器列管，將已經(jīng)完全結(jié)垢堵死的石墨列管清通，再用w(H2SO4)5%～15%的硫酸溶液清洗，有效清洗時間為12～17 h；排完硫酸溶液后，補入質(zhì)量分數(shù)在10%～15%的氟硅酸溶液進行二次清洗。補入的氟硅酸液位只需剛好超過石墨換熱器高度即可，使氟硅酸在石墨列管內(nèi)流動，溫度控制在60～75 ℃，有效清洗時間為12～17 h。清洗完成后，將氟硅酸排進氟硅酸儲槽備用。總清洗時間與改造前的清洗時間相同。清洗后石墨換熱器經(jīng)試壓、補充稀磷酸后投入運行。

4 改造后效果

技術(shù)人員優(yōu)化了石墨換熱器的清洗方式，使用氟硅酸進行二次清洗，確定了氟硅酸清洗的溫度、清洗時間。在清洗時間相同的情況下，清洗效果明顯改善。石墨列管內(nèi)壁結(jié)垢物完全被清洗干凈，石墨換熱器換熱效率和運行周期得到提高，生產(chǎn)成本降低。

5 性能考核

5.1 性能考核目的

性能考核是為檢驗裝置投產(chǎn)后的生產(chǎn)能力，消耗是否達到預期指標。石墨換熱器清洗技改項目投運后，技術(shù)人員對裝置的設(shè)計、工程安裝質(zhì)量、設(shè)備運行狀況、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量進行檢驗。該次72 h性能考核指標為濃磷酸產(chǎn)量、蒸汽消耗、產(chǎn)品質(zhì)量。

5.2 考核項目

技術(shù)人員在2018年5月23日00∶00至5月25日24∶00對磷酸廠濃縮磷酸B系列石墨換熱器進行考核。通過考核不僅可以取得大量真實的第一手生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且可以充分暴露工藝、設(shè)備上還存在的問題，為今后進行技術(shù)改造、節(jié)能降耗，以及實施最佳生產(chǎn)工藝控制提供原始數(shù)據(jù)。72 h性能考核濃磷酸產(chǎn)量(以100% P2O5計)、蒸汽用量、蒸汽單耗、殼程壓力、冷凝液電導率情況見表1。

表1 72 h性能考核濃磷酸產(chǎn)量、蒸汽用量等情況

續(xù)表1

濃磷酸質(zhì)量分數(shù)見表2。

表2 72 h性能考核濃磷酸質(zhì)量分數(shù)(以P2O5計) %

5.3 生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量分析

1)生產(chǎn)能力。72 h性能考核期間，磷酸濃縮裝置生產(chǎn)濃磷酸(以100% P2O5計)1 085 t，平均產(chǎn)能為15.1 t/h，達到裝置的設(shè)計能力。

2)產(chǎn)品質(zhì)量分析。72 h性能考核期間，磷酸濃縮裝置濃磷酸濃度、冷凝液電導率、蒸汽單耗在指標范圍內(nèi)，達到設(shè)計要求?？己似陂g各主要設(shè)備、電氣、儀表運行及檢修情況運行正常，工藝指標正常。

6 結(jié)語

云峰分公司磷酸廠濃縮裝置通過采用硫酸和氟硅酸對石墨換熱器進行二次清洗。石墨列管內(nèi)壁結(jié)垢物被完全清洗干凈，石墨換熱器換熱能力得到提升。且氟硅酸為濕法磷酸副產(chǎn)品，清洗后可回收利用，不會增加清洗成本。