何春云

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠(yuǎn) 661699）

0 引言

我國用占世界9%的耕地生產(chǎn)出占世界25%的農(nóng)產(chǎn)品，養(yǎng)活了占世界20%的人口。磷肥產(chǎn)業(yè)是支撐國家農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障糧食安全的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。

近年來，隨著我國磷肥產(chǎn)能逐步提升，產(chǎn)能過剩使用戶對(duì)磷肥產(chǎn)品的選擇由原來的價(jià)格導(dǎo)向向質(zhì)量需求轉(zhuǎn)變。目前大多數(shù)磷肥企業(yè)磷銨生產(chǎn)裝置都建有或大或小的散堆庫。散堆庫的作用：一方面有利于降低產(chǎn)品的包裝溫度；另一方面有利于靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品養(yǎng)分含量，減少養(yǎng)分富余量及不合格品產(chǎn)生，以確保包裝時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。磷銨產(chǎn)品經(jīng)過冷卻系統(tǒng)后溫度一般在40 ℃左右，經(jīng)包裹窯噴涂防結(jié)塊劑后產(chǎn)品溫度又會(huì)有所升高，導(dǎo)致產(chǎn)品進(jìn)入散堆庫時(shí)溫度≥40 ℃，在散堆庫中堆存時(shí)，若不及時(shí)翻堆，中間部分產(chǎn)品由于散熱不均勻會(huì)出現(xiàn)表面發(fā)白及結(jié)塊現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量，客戶投訴率高。而磷銨生產(chǎn)裝置一般都采用24 h連續(xù)生產(chǎn)工作制，散堆庫中產(chǎn)品溫度過高是大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)過程中一直存在的問題。

針對(duì)此問題，磷肥企業(yè)采取了一些措施，但均存在不足之處。為降低磷肥企業(yè)散堆庫中磷銨產(chǎn)品溫度，筆者探討采用液氮對(duì)磷銨產(chǎn)品進(jìn)行冷卻的新技術(shù)。

1 散堆庫中磷銨產(chǎn)品發(fā)白、結(jié)塊原因分析

一方面，散堆庫中磷銨產(chǎn)品溫度高時(shí)物料的臨界相對(duì)濕度降低，同時(shí)周圍的空氣在溫度高時(shí)處于不飽和狀態(tài)，隨著溫度下降變?yōu)轱柡涂諝猓_(dá)到露點(diǎn)即冷凝，冷凝的水珠附著在肥料產(chǎn)品粒子表面，造成產(chǎn)品顆粒表面鹽類先溶解后結(jié)晶。伴隨著鹽類的溶解再結(jié)晶，由于各種物質(zhì)溶解度不同，結(jié)晶的先后順序也不同，這就造成粒子由原來的均相物質(zhì)變成了非均相物質(zhì)，各種物質(zhì)呈現(xiàn)出了各自不同的顏色，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品變花、變白。

另一方面，產(chǎn)品中水分在緩慢蒸發(fā)過程中，從內(nèi)部向外擴(kuò)散，同時(shí)溶解在水中的鹽類也隨著水分?jǐn)U散至粒子表面，即所謂的鹽類滲出，鹽類之間又發(fā)生緩慢的反應(yīng)，在顆粒表面析出新鹽結(jié)晶，從而造成產(chǎn)品粒子褪色、變白，嚴(yán)重時(shí)形成鹽橋而結(jié)塊［1］。

因此，要保證磷銨產(chǎn)品外觀質(zhì)量不發(fā)生變化，解決產(chǎn)品發(fā)白、結(jié)塊問題，除了添加防結(jié)塊劑等方法，還要確保產(chǎn)品下線（從包裹窯出來）溫度達(dá)到室溫為宜。

2 目前主要采取的冷卻措施

2.1 擴(kuò)大散堆庫面積

目前磷肥企業(yè)對(duì)磷銨產(chǎn)品堆存降溫采取的主要措施為擴(kuò)大散堆庫面積，但該方法存在占地面積大、揚(yáng)塵大、翻運(yùn)成本高等問題。

2.2 改變散堆庫內(nèi)部的狀態(tài)或性質(zhì)

受地理位置限制無法擴(kuò)大散堆庫面積時(shí)，有些企業(yè)將散堆庫由單層堆放產(chǎn)品改為多層空間堆放產(chǎn)品，以減少產(chǎn)品堆積厚度，并通過增加風(fēng)冷設(shè)備實(shí)現(xiàn)有效降低產(chǎn)品溫度。但該方法也存在揚(yáng)塵大等問題。

2.3 皮帶下方增加水冷式設(shè)備

磷銨產(chǎn)品從包裹窯出來后經(jīng)輸送皮帶送至散堆庫，可考慮在輸送皮帶機(jī)下方增加一臺(tái)水冷式水平冷卻輸送機(jī)，利用冷水循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品降溫。冷卻系統(tǒng)是由輸送機(jī)輸送槽面下部一個(gè)封閉的箱體組成，在設(shè)備兩端分別設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，在物料通過輸送槽體平面時(shí)，箱體內(nèi)的冷水對(duì)平面上的物料進(jìn)行間接冷卻。此方案投資小，冷卻效果好，基本不影響生產(chǎn)進(jìn)度，但漏液時(shí)會(huì)存在產(chǎn)品受潮等質(zhì)量隱患，且能耗高。

3 磷銨產(chǎn)品降溫新技術(shù)探討

3.1 對(duì)新冷卻系統(tǒng)的要求

為解決產(chǎn)品發(fā)白、結(jié)塊等質(zhì)量問題，針對(duì)散堆庫產(chǎn)品溫度高于室溫，考慮在包裹窯出來后的成品輸送皮帶處安裝冷卻系統(tǒng)來降低產(chǎn)品溫度。結(jié)合裝置情況，新增冷卻系統(tǒng)必須達(dá)到以下幾個(gè)方面要求：（1）投資小，成本低；（2）技改時(shí)不影響生產(chǎn)；（3）冷源來源方便充足，無毒無害，不可燃，無腐蝕性，綠色環(huán)保；（4）操作方便，能快速達(dá)到降溫目的，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管控。

根據(jù)生產(chǎn)需求，筆者通過研究發(fā)現(xiàn)采用液氮冷卻系統(tǒng)能滿足快速降低磷銨產(chǎn)品溫度的目的，且對(duì)磷銨產(chǎn)品無任何副作用。

3.2 技術(shù)路線

在包裹窯出來后的成品皮帶機(jī)上方安裝一個(gè)支架，用于架設(shè)液氮+空氣混合氣體噴嘴；噴嘴為DN15長管（長度與皮帶上產(chǎn)品寬度一致），高度為30 cm 左右，管子上每間隔10 cm 開有一個(gè)細(xì)孔正對(duì)著皮帶上成品，確保氣體呈霧化狀，孔數(shù)以能完全覆蓋皮帶上的磷銨產(chǎn)品而定，噴嘴與液氮儲(chǔ)罐通過管道連接在一起。在常壓下，液氮溫度為-196 ℃，1 m3的液氮膨脹至21 ℃的純氣態(tài)氮體積為696 m3。由于液氮溫度過低，所以在噴嘴前端處設(shè)有三通，輸入干燥的壓縮空氣，壓縮空氣按一定比例和液氮混合使液氮溫度達(dá)到冷卻磷銨產(chǎn)品所需溫度。在液氮儲(chǔ)罐出口裝有低溫自動(dòng)截止閥、自動(dòng)排氣閥、流量控制閥、緊急切斷閥、壓力釋放閥，在噴嘴后端皮帶處磷銨產(chǎn)品上方設(shè)有紅外線測溫儀，設(shè)定溫度值為（23±3）℃。測溫儀溫度值與液氮流量控制閥實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖，通過調(diào)整液氮流量控制閥自動(dòng)控制液氮流量來降低并穩(wěn)定磷銨產(chǎn)品的溫度，將信號(hào)引入分散控制操作系統(tǒng)（DCS）實(shí)現(xiàn)無人值守化管控。

新冷卻系統(tǒng)工藝流程：從包裹窯出來的溫度約40 ℃的磷銨產(chǎn)品經(jīng)過成品皮帶機(jī)時(shí)，開啟液氮儲(chǔ)罐低溫自動(dòng)截止閥向管道輸送液氮，來自外管的干燥壓縮空氣與液氮通過噴嘴前端三通按一定比例（根據(jù)磷銨產(chǎn)品溫度及所需冷卻溫度決定）混合后進(jìn)入噴嘴，液氮+空氣混合氣體在壓力的作用下呈霧化狀噴射在磷銨成品上對(duì)其進(jìn)行冷卻，冷卻溫度通過磷銨產(chǎn)品皮帶后端紅外線測溫儀測定，并通過溫度設(shè)定值與液氮流量控制閥聯(lián)鎖來控制液氮輸出流量，最終實(shí)現(xiàn)磷銨產(chǎn)品冷卻溫度調(diào)節(jié)。

4 結(jié)論與建議

（1）液氮為惰性氣體，無色，無臭，無腐蝕性，不可燃，溫度極低，對(duì)磷復(fù)肥產(chǎn)品質(zhì)量無任何影響，且綠色環(huán)保。利用液氮冷卻系統(tǒng)能達(dá)到快速降低磷銨產(chǎn)品溫度的目的，能有效解決磷銨產(chǎn)品受溫度影響產(chǎn)生的發(fā)白、結(jié)塊等質(zhì)量問題。

（2）所輸入的空氣必須為干燥的，否則空氣中夾帶的水氣會(huì)對(duì)磷銨產(chǎn)品水分造成影響。

（3）液氮儲(chǔ)罐需儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的區(qū)域，溫度不宜超過30 ℃，并保持液氮噴嘴區(qū)域通風(fēng)良好。