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磷酸濃縮石墨換熱器列管破裂的原因及預防措施分析

1 概述
　　石墨換熱器是二水濕法磷酸濃縮系統的主要設備之一。該設備事故發(fā)生率高,且一旦發(fā)生事故,停車(chē)時(shí)間較長(cháng),影響整個(gè)濃縮裝置的運轉率,造成巨大的經(jīng)濟損失。安徽六國化工股份有限公司現有2套濃縮裝置,12萬(wàn)t/a磷酸二銨于1987年建成,24萬(wàn)t/a磷酸二銨于2001年7月建成投產(chǎn),現使用的石墨換熱器均為國產(chǎn)設備。2套裝置在運行的過(guò)程中,曾多次因石墨管斷裂而停車(chē),嚴重制約了磷銨產(chǎn)量的提高?；谏鲜銮闆r,公司成立QC小組,對系統進(jìn)行攻關(guān),取得了顯著(zhù)的成效?，F將石墨換熱器列管破裂的原因及預防措施分析如下。
2 石墨換熱器列管破裂的原因
二水濕法磷酸生產(chǎn)中,石墨換熱器列管破裂的主要原因有3個(gè)方面。
(1) 剛開(kāi)車(chē)階段石墨換熱器列管的破裂
系統剛開(kāi)車(chē)時(shí),若有操作人員違章作業(yè),極易造成石墨換熱器列管的破裂。具體表現為以下3種形式。
　　1　溫差效應　剛開(kāi)車(chē)時(shí),系統管程磷酸溫度為70℃左右,殼程中蒸汽的溫度為120～130℃,兩者溫差約60℃,由于突然加大蒸汽量,會(huì )使一些積滿(mǎn)堅硬堵塞物的石墨管因膨脹系數大,而造成管子脹裂。
　　2　低壓蒸汽的沖擊力　系統剛開(kāi)車(chē)時(shí),由于操作不慎,瞬間向系統加入大量蒸汽,會(huì )使石墨管受到巨大的沖擊力而斷裂。
　　3　循環(huán)酸的沖擊力　剛開(kāi)車(chē)時(shí),若磷酸未充滿(mǎn)系統,就開(kāi)啟軸流泵,則會(huì )產(chǎn)生較大的沖擊力,造成換熱器管擺動(dòng),從而損傷石墨管,甚至導致列管破裂。
(2) 生產(chǎn)過(guò)程中石墨換熱器列管的破裂
　　1　生產(chǎn)過(guò)程中,當系統提濃蒸發(fā)水量過(guò)大,而長(cháng)時(shí)間未能補充液位,使得系統靜壓頭不足,造成磷酸在石墨換熱器管內沸騰,引起爆管。同時(shí)由于系統酸循環(huán)量不足,引起酸的沖擊而損傷石墨管。
　　2　生產(chǎn)過(guò)程中,磷酸循環(huán)泵跳?；蛲蝗煌ｋ?使得系統的磷酸停止循環(huán),而此時(shí)蒸汽未能及時(shí)切斷,管內酸溫局部過(guò)熱導致石墨換熱器管的爆裂。
　　3　由于生產(chǎn)過(guò)程中磷酸爆沸,造成蒸發(fā)室氣相空間存在著(zhù)大量的液沫,液沫中的雜質(zhì)附在器壁上,形成垢層脫落堵塞石墨管口,在連續加熱過(guò)程中結垢物堵塞管子,導致磷酸中止循環(huán),引起石墨換熱器爆裂。
(3) 清理過(guò)程中石墨換熱器列管的破裂
　　二水濕法磷酸生產(chǎn)中,石墨管堵塞主要表現為石膏堵塞和結垢(主要成分為Na2SiF6與K2SiF6)堵塞兩種方式。這些堵塞物有的用水沖洗就可疏通,有的很難疏通,不得不借助機械器具或高壓水槍(一般高壓水槍沖洗水壓力為15～20MPa)進(jìn)行清理,這樣極易造成管子破裂。
3　預防石墨換熱器列管破裂的措施
　　(1)　嚴把磷礦品位關(guān),對礦質(zhì)較差的礦源進(jìn)行配礦，目前,六國公司基本使用開(kāi)陽(yáng)、宜昌、甕福3家磷礦,根據礦源狀況,搭配使用,基本上控制礦中w(K2O+Na2O)≤0.35%;w(P2O5)≥32%;w(Fe2O3+Al2O3+MgO)≤3.2%,從而在一定程度上減少了系統堵塞。
　　(2)　嚴格控制工藝指標
　　1　嚴格控制進(jìn)系統低壓蒸汽的工藝參數。一般低壓蒸汽的溫度控制在120～130℃,蒸汽壓力控制在0.10～0.22MPa,這樣可以避免因溫差效應引起石墨換熱器列管的破裂及蒸汽壓力過(guò)大對管子的沖擊力。
　　2控制進(jìn)濃縮系統稀磷酸的含固量。六國公司控制稀酸的含固量主要從兩方面著(zhù)手。第1,先將稀磷酸在沉降槽進(jìn)行沉降,隨著(zhù)溫度的逐漸降低,稀磷酸中的雜質(zhì)鹽類(lèi)不斷達到過(guò)飽和而析出,從而使進(jìn)入系統的稀酸得到凈化。第2,控制好磷酸反應的工藝指標,特別是反應料漿中SO42-余量,形成粗大均勻的CaSO4•2H2O晶體,并對破損的濾布及時(shí)更換,減小細晶、碎晶進(jìn)入稀酸。生產(chǎn)中,一般要求控制進(jìn)系統稀酸含固量小于2%。
　　3　控制閃蒸室真空度,避免因管程磷酸溫度過(guò)高而爆管。在生產(chǎn)中,我公司控制系統絕壓為10～20kPa,管程酸溫低于77℃,這樣在減緩管壁結垢速率、延長(cháng)設備和石墨管壽命等方面都起到了很大的作用。
　　4　確保進(jìn)、出系統的酸管暢通,并適當提高循環(huán)酸在石墨管中的流速,有利于減少石墨管內的結垢。對石墨列管式換熱器通常要求管內磷酸流速維持在2.5m/s左右,我公司石墨換熱器管內磷酸流速為2.12m/s,基本滿(mǎn)足了生產(chǎn)要求。
　　5　嚴格控制閃蒸室的液位及磷酸循環(huán)軸流泵的電流。在操作中,我公司老裝置主要通過(guò)磷酸循環(huán)軸流泵的電流(160～170A)來(lái)控制液位,新裝置則通過(guò)閃蒸室液位計進(jìn)行觀(guān)察,從而確保系統運行時(shí)液位達到操作要求,保持一定的靜壓頭,防止磷酸在管程中沸騰,從而在一定程度上防止結垢,避免管子爆裂。
(4) 優(yōu)化系統清洗流程,定期熱洗
　　經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的操作,石墨換熱器的內壁總難免產(chǎn)生鹽類(lèi)沉積和結垢,定期進(jìn)行清洗十分必要。對于石墨管的清洗一般要求洗水溫度維持在85～90℃。六國公司采用含60～80g/L(即5%H2SO4)的熱硫酸液對系統進(jìn)行循環(huán)清洗,清洗時(shí)間為6～8h,清洗周期為5～6天1次。同時(shí)在對石墨換熱器進(jìn)行清洗時(shí),每次都對進(jìn)、出系統的酸管線(xiàn)清洗約40min,從而減少結垢,確保整個(gè)系統連續、穩定的生產(chǎn)。
(5) 嚴格執行操作規程,按章辦事
　　在生產(chǎn)中,操作人員一定要嚴格執行規章制度,避免人為因素造成對石墨換熱器的損害。六國公司要求員工在操作中注意以下幾點(diǎn)。1　減少各種介質(zhì)的冷熱沖擊,減緩溫差效應。開(kāi)停車(chē)時(shí),注意控制換熱器的加(減)汽量,一般控制為1～2t/h,石墨管溫升(或溫降)速度小于20℃/h,從而避免冷熱沖擊而損傷石墨管。2　在向系統加汽時(shí),應先打開(kāi)疏水閥,及時(shí)排出蒸汽管線(xiàn)中的不凝氣體和冷凝水,以防水擊現象。3　開(kāi)車(chē)時(shí),要確定系統充滿(mǎn)酸后,再開(kāi)啟軸流泵;停車(chē)時(shí)先關(guān)閉軸流泵,再倒酸,可防止酸液對管束的沖擊。4　清理時(shí),先熱水清洗石墨管,再派專(zhuān)人清理。這樣既可減輕勞動(dòng)強度,又可積累經(jīng)驗,減少清理時(shí)對石墨列管的傷害。
3 對破損石墨管的處理
　　當石墨管破裂后,就應及時(shí)采取措施進(jìn)行處理,其步驟如下:(1)　試漏　系統清洗完畢,從低位(或高位)向殼程中充水試壓,查找裂管。試壓壓力為0.3MPa(表壓)。(2)　堵管　排完水后封堵裂管,一般采用酚醛石墨膠泥的石墨柱并固化20h,或采用橡膠堵頭進(jìn)行堵管。(3)　換管　當石墨換熱器堵管數多達不能滿(mǎn)足生產(chǎn)計劃的要求時(shí)(一般達到總管的30%左右),就應該換管。
4 結束語(yǔ)
　　造成石墨換熱器管束破裂的原因很多,但只要按規程認真操作,定期熱洗,就能防患于未然,使整個(gè)系統連續平穩地運行。