臥螺離心機用于鹽泥過濾的工藝改造設(shè)計

王 歡，劉忠華，虞紅梅，趙會聰，王海芳

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

隨著濃海水項目的進一步實施利用，濃海水的使用量不斷增加，致使鹽泥量不斷加大。已有的鹽泥壓濾系統(tǒng)已滿足不了生產(chǎn)所需要的處理能力，增加新的臥螺離心機工藝處理流程，是達到生產(chǎn)工藝處理要求與現(xiàn)有生產(chǎn)能力相匹配的必然途徑。

1 工藝方案的確定

1.1 主體設(shè)備的確定

原有鹽泥壓濾設(shè)備為板框壓濾機，其處理能力約為20m3／h，濃海水使用量的增加，需要增加處理鹽泥量大概為200m3／h（考慮將來改建擴建，相應(yīng)地增加出了富裕量）。經(jīng)計算，需要新增相同的板框壓濾機為20臺左右。根據(jù)壓濾工序現(xiàn)有廠房及設(shè)備布置狀況，增加20臺板框壓濾機已沒有安裝位置。并且，板框式壓濾機在生產(chǎn)運行中也存在著種種弊端，如濾框給料口容易堵塞，濾餅不易取出，不能連續(xù)運行，處理量小，工作壓力很低，而且普通材質(zhì)方板不耐壓、易破板，濾布消耗大，板框很難做到無人值守，濾布常常需要人工清理，耗費了大量的人力和物力等。臥螺離心機占用空間小，能連續(xù)穩(wěn)定運行。經(jīng)過對臥螺離心機進行調(diào)研和現(xiàn)場試驗，能夠?qū)ξ夜镜囊淮嘻}泥進行處理，并且處理效果較好。每臺臥螺離心機折合鹽泥處理能力約為100 m3／h，僅需2臺就能達到增產(chǎn)后的生產(chǎn)處理能力。

所以確定，選用臥螺離心機作為處理一次鹽泥的主體設(shè)備。

1.2 工藝流程的設(shè)計

新的生產(chǎn)工藝流程為：在不增加鹽泥入料泵的基礎(chǔ)上，利用原DN300的一次鹽泥總管，通過在總管原有中間隔斷閥門的兩側(cè)各甩出一條分支管路，兩條分支管路并成一條鹽泥總管，作為新增工藝的鹽泥進料總管。之所以從原有閥門的兩側(cè)做兩處支管是因為在滿足故障生產(chǎn)不停車的要求下，可以切斷閥門單側(cè)進泥，不會對整個生產(chǎn)系統(tǒng)造成影響。進泥總管將鹽泥送入鹽泥緩沖罐，進入兩臺臥螺離心機。新增設(shè)的絮凝劑添加系統(tǒng)，將配置好的助劑送入助劑儲桶，通過助劑輸送泵送入鹽泥緩沖罐，在緩沖罐內(nèi)，助劑和鹽泥在充分混合初步沉淀后進入臥螺離心機。處理后的濾液排出匯入原2根DN700的離心液總管（離心液總管為14臺壓濾機的自流濾液總管路）。新增臥螺離心機的下料皮帶分別接入堿渣皮帶和鹽泥皮帶，使濾餅既能通過堿渣皮帶運出，又能通過鹽泥皮帶運走。引用海水作為絮凝劑添加系統(tǒng)的溶液用水。地下水作為離心機冷卻和沖洗水用水。

1.3 設(shè)備訂貨參數(shù)設(shè)計

1.3.1 離心機訂貨條件

鹽泥介質(zhì)成分為NaCl：88.56kg／m3；Mg（OH）2：38.53kg／m3；CaCO3：19.92kg／m3；CaSO4·2H2O：43.49kg／m3。介質(zhì)溫度為25～50℃，介質(zhì)密度為1 200kg／m3，pH：9.3。

為了滿足生產(chǎn)所需的處理能力，需訂購2臺處理能力＞9t／h（干基計）的臥式螺旋卸料沉降式離心機。離心機為逆流臥式螺旋卸料沉降離心機，離心機主要是由螺旋體、轉(zhuǎn)鼓與液壓差速器三個關(guān)鍵部件組成。在主驅(qū)動電機帶動下進行高速旋轉(zhuǎn)從而形成離心力，由于離心力的作用，物料中密度大的固體顆粒物沉積在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上，工作時螺旋體通過液壓差速器驅(qū)動與轉(zhuǎn)鼓作不等速的相對運動，螺旋體不斷將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的固體顆粒物刮下來并從排渣口推出，分離后的清液經(jīng)過螺旋體螺旋內(nèi)液層通道從轉(zhuǎn)鼓溢流口排出。從而實現(xiàn)固液分離過程。

1.3.2 絮凝劑添加裝置訂貨條件

根據(jù)臥螺離心機的工作原理，只有讓鹽泥固液絮凝分離效果才會更好，因此我們投入了聚丙烯酰胺進行助沉。通過對聚丙烯酰胺鹽水溶液的實驗證明，處理200m3／h鹽泥所需助劑量為25m3／h。考慮現(xiàn)場位置，確定采用2臺套絮凝劑添加裝置，則每臺套的處理能力要達到12.5m3／h。設(shè)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 絮凝劑添加裝置設(shè)計數(shù)據(jù)

1.3.3 助劑泵選型

輸送介質(zhì)的物理化學(xué)性能直接影響泵的性能、材料和構(gòu)造，是選型時需要考慮的重要因素。本項目中輸送的介質(zhì)為聚丙烯酰胺溶液，如果采用離心泵，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用下，將水提向高處的。聚丙烯酰胺是一種水溶性線型高分子物質(zhì)，因此在離心泵葉片高速運轉(zhuǎn)下產(chǎn)生較大離心力會將其高分子鏈結(jié)構(gòu)破壞，以及產(chǎn)生熱量也會對其高分子鏈結(jié)構(gòu)不同程度的破壞，最終無法達到添加藥品處理的效果。如果采用容積泵，容積泵的工作原理是依靠工作元件在泵缸內(nèi)作往復(fù)或回轉(zhuǎn)運動，使工作容積交替的增大和縮小，以實現(xiàn)液體的吸入和排出，這就不會對聚丙烯酰胺的高分子鏈結(jié)構(gòu)造成影響。其次，離心泵雖然可以調(diào)節(jié)流量，但不能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，不能隨著需藥量的大小而控制其流量大小，會不同程度的損耗聚丙烯酰胺的使用量。很顯然，不適宜使用離心泵輸送聚丙烯酰胺的水溶液，適宜使用螺桿泵。

因此，本項目最終確定使用螺桿泵。螺桿泵的使用環(huán)境：壓濾廠房；介質(zhì)為含聚丙烯酰胺（PAM）的鹽水溶液（濃度2‰）；介質(zhì)溫度5～50℃；介質(zhì)密度1 200kg／m3；流量25m3／h；揚程40m。

2 設(shè)備平面布置圖設(shè)計

設(shè)備布置設(shè)計中應(yīng)考慮生產(chǎn)工藝對設(shè)備布置的要求、安全技術(shù)對設(shè)備布置的要求、操作條件對設(shè)備布置的要求、設(shè)備安裝、檢修對設(shè)備布置的要求、廠房建筑對設(shè)備布置的要求等因素。

2.1 臥螺離心機

為了便于操作及節(jié)省空間，將新增的兩臺臥螺離心機安裝于離心機廠房原8＃鹽泥壓濾機位置。

2.2 絮凝劑添加裝置

為了合理充分利用已有現(xiàn)場的實際空間，想利用原碳酸鈣離心機東南側(cè)預(yù)留的離心機基礎(chǔ)作為兩臺套絮凝劑添加裝置的基礎(chǔ)。

2.3 螺桿泵

兩臺螺桿泵安裝于壓濾主廠房一層已有助劑桶北側(cè)、助劑桶與二次濾液桶中間的地面上。

3 儀表及控制方式的設(shè)計

3.1 流量計設(shè)計

此工藝流程中設(shè)置流量計4個。新增流量計，一個用于DN200的鹽泥進料總管，一個用于DN80的助劑管路，另外兩個設(shè)置于DN100的新增臥螺離心機鹽泥進泥管（此處兩個流量計由臥螺離心機設(shè)備廠家提供）。鹽泥總管上的流量計主要介質(zhì)成分為一次鹽泥，密度為1 200kg／m3，溫度為30～50℃，介質(zhì)壓力0.4～0.6MPa，流量正常是范圍為150～200m3／h，安裝于DN200的20＃材質(zhì)管路上。助劑管路上的流量計主要介質(zhì)成分為聚丙烯酰胺鹽水溶液，密度為1 200kg／m3，溫度為30～50℃，介質(zhì)壓力0.35～0.4MPa，流量正常是范圍為20～30 m3／h，安裝于DN80的316L材質(zhì)管路上。流量計流量顯示接入DCS操作系統(tǒng)中。

3.2 調(diào)節(jié)閥的設(shè)計

此工藝流程中設(shè)置調(diào)節(jié)閥2個，用于從鹽泥緩沖罐出料至離心機進料前的管段上的進料調(diào)節(jié)。進料管路主要介質(zhì)成分為一次鹽泥、助劑混合泥，密度為1 200kg／m3，溫度為30～50℃，介質(zhì)壓力0.35～0.4 MPa，流量正常是范圍為90～110m3／h，安裝于DN150的20＃材質(zhì)管路上。調(diào)節(jié)閥閥前壓力0.35～0.4MPa，閥后壓力0.05MPa，故障時調(diào)節(jié)閥全開。調(diào)節(jié)閥開度接入DCS操作系統(tǒng)中。

3.3 螺桿泵控制方式的設(shè)計

兩臺助劑螺桿泵一開一備，設(shè)備位號為J8018A、J8018B，型號為J70－1，配套電機為Y132M－4／7.5kW?，F(xiàn)場要求啟動、停止、電流指示、運行指示。DCS要求電流指示、運行指示。同時，由于螺桿泵本身不能調(diào)節(jié)其流量，故兩臺泵均要求變頻控制，通過變頻控制助劑流量。

4 管道的設(shè)計

4.1 進泥總管路的設(shè)計

利用原DN300的鹽泥總管，通過在總管原有閥門的兩側(cè)甩出兩條分支為DN150管路后并成一條DN200鹽泥總管，作為新增工藝的鹽泥進泥總管。根據(jù)管道布置的一般要求，鹽泥進泥總管因從壓濾主廠房北側(cè)墻外原有管路上甩出，此處管道較多，環(huán)境復(fù)雜，為了避免管路在安裝時出現(xiàn)“氣袋”、“口袋”和“盲腸”，兩條進泥分支總管采用向上偏北45°角的方式做甩頭。在進泥管線進入鹽泥緩沖罐前，為了避免管路擋門、擋窗，在主廠房北側(cè)二樓樓層地面上方墻壁上開孔，DN200的進泥總管穿墻進入設(shè)置在減排壓濾主廠房二樓原8＃壓濾機處的鹽泥緩沖罐，管路貼地面敷設(shè)安裝。

4.2 離心機進泥管路的設(shè)計

鹽泥緩沖罐下進上出將鹽泥通過DN200鹽泥緩沖罐出泥管路壓入兩臺臥螺離心機，因為輸送的介質(zhì)為鹽泥，為便于檢修清理，管路中不采用彎頭管件，一律用三通代替，不連接管路的三通一端用法蘭蓋盲斷。在進入兩臺臥螺離心機之前，引入臥螺離心機的進泥管路分支為DN150。因進入臥螺離心機前的流量計和調(diào)節(jié)閥管徑均為DN100，故將DN150的分支管路在進入臥螺離心機之前變?yōu)镈N100的進泥管路。為了滿足管路敷設(shè)既美觀又便于施工，鹽泥緩沖罐安裝位置要求保障出口管路在出口至進入臥螺離心機前管路都是直線敷設(shè)，這就要求鹽泥緩沖罐在基礎(chǔ)施工時位置要準(zhǔn)確。

4.3 離心機濾液管路的設(shè)計

經(jīng)過離心機處理后，通過離心機泥水分離閥，將離心機固相通過堿渣或鹽泥皮帶運出。濾液通過DN200的濾液管路排出匯入原DN700的離心液總管。隨著離心機的連續(xù)運行，離心機固相中會存留部分濾液，故采用DN200管路連接固相與液相，坡度為i＝0.005，坡向液相管路。

4.4 助劑管路、地下水管路及絮凝劑溶解用海水管路的設(shè)計

助劑管路、地下水管路和絮凝劑用海水管路的敷設(shè)安裝，則充分考慮了不妨礙設(shè)備和管件、閥門的檢修。新增設(shè)兩臺套絮凝劑添加系統(tǒng)，將配置好的助劑通過DN65的出藥管路送入助劑儲罐，通過助劑輸送泵輸出的DN80的助劑管路送入鹽泥緩沖罐，助劑切線進入鹽泥緩沖罐，使助劑和鹽泥在鹽泥緩沖罐內(nèi)充分反應(yīng)沉淀后進入臥螺離心機。在符合設(shè)備沖洗水、冷卻水水質(zhì)和現(xiàn)場條件就近原則的要求下，從廠房原有DN80的地下水管路中甩出DN80地下水管路做為離心機冷卻和沖洗水用水。為了合理利用水資源，在滿足配制要求的前提條件下，引用海水作為絮凝劑添加系統(tǒng)的溶液用水。從DN100的海水管路中，引出DN80的海水管路與原試驗用助劑裝置的DN100的進水管路相連。兩種水源在連接處設(shè)有各自的控制閥門，隨生產(chǎn)情況控制各種水源的用量。此設(shè)計還避免了其中一種水源在出現(xiàn)事故時能夠利用另一種水源作為助劑溶解用水，做到即使在故障時不停助劑的生產(chǎn)要求。兩臺套助劑裝置的溶液進水分支管路為DN40。

所有管路在敷設(shè)時都設(shè)有一定的坡度，坡度方向均為順介質(zhì)流動方向，地下水和海水管路坡度為i＝0.003，助劑和鹽泥管路坡度i＝0.005。

［1］ 中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計手冊（第四版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011

［2］ 李崇岳.化工工藝設(shè)計概論（第一版）［M］.天津：天津大學(xué)出版社，1994