磷石膏渣庫(kù)回水系統(tǒng)結(jié)垢問題研究

霍志全

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北 荊門 431910）

磷石膏是以磷礦石為原料采用濕法制取磷酸過程中產(chǎn)生的、以硫酸鈣為主要成分的化工副產(chǎn)物［1］。濕法磷酸生產(chǎn)企業(yè)將w（固）為20%～25%的磷石膏通過渣漿泵輸送至磷石膏渣庫(kù)，磷石膏渣堆存在庫(kù)內(nèi)，渣水自然沉積后通過庫(kù)區(qū)排水系統(tǒng)排入回水池，再送至磷酸裝置回用。

1 磷石膏渣庫(kù)回水系統(tǒng)存在問題

磷石膏的主要化學(xué)組分為SO3、CaO、H2O，占比達(dá)到90%以上，還含有P2O5、F、K2O、Na2O、Cl等雜質(zhì)。當(dāng)回水溫度降至16 ℃以下，回水中F、K2O、Na2O含量達(dá)到一定量時(shí)回水輸送系統(tǒng)會(huì)形成結(jié)垢，從而堵塞輸送管道及輸送泵，導(dǎo)致回水輸送不暢，不但影響磷酸裝置用水，而且對(duì)庫(kù)區(qū)安全造成影響。

2 磷石膏庫(kù)回水結(jié)垢條件

通過生產(chǎn)實(shí)踐，當(dāng)回水中F、K、Na、SiO2等雜質(zhì)富集到一定量，回水溫度在16 ℃以下時(shí)回水開始結(jié)垢，當(dāng)回水中ρ（F）達(dá)到1 000 mg/L以上時(shí)，結(jié)垢速率大大增加。結(jié)垢體堵塞回水管道、輸送泵葉輪及泵殼，已成為制約磷酸生產(chǎn)的瓶頸。對(duì)某磷石膏渣庫(kù)回水水質(zhì)分析見表1。析，數(shù)據(jù)見表2。

表1 某渣庫(kù)回水水質(zhì)分析 mg/L

表2 某渣庫(kù)回水結(jié)垢體分析%

以上分析數(shù)據(jù)說明，水中有K、Na的存在且水溫在16 ℃以下時(shí)形成Na2SiF6、K2SiF6結(jié)垢體。

3 處理結(jié)垢試驗(yàn)

3.1 人工清理

3.1.1 回水泵清理

當(dāng)水溫降至16 ℃以下時(shí)，隨著結(jié)垢體附著在回水泵葉輪、泵殼，泵輸送能力大幅度降低，額定流量700 m3/h 的回水泵，使用24 h 后流量降至300 m3/h 以下，如不及時(shí)拆開清理，流量會(huì)繼續(xù)降低，直到為零。這樣需要每天對(duì)泵葉輪、泵殼進(jìn)行解體，人工清除結(jié)垢。此方法雖然可有效清理泵結(jié)垢，但工作量大且影響泵的運(yùn)行周期。

3.1.2 回水管清理

磷石膏渣庫(kù)一般離磷酸裝置較遠(yuǎn)（一般在5 km左右），所以回水管長(zhǎng)度為5 km左右，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)回水管結(jié)垢集中在回水泵出口至1 000 m 左右長(zhǎng)度，且越靠近泵出口結(jié)垢越嚴(yán)重?；厮苓\(yùn)行周期約為2個(gè)月（每年結(jié)垢期為5個(gè)月），這樣一年要對(duì)回水管清理1 ～2次，因管道長(zhǎng)拆除難度大，且回水管一般無備用管，只能進(jìn)行分段拆除更換，人工清理后再進(jìn)行一次更換作業(yè)。此方法雖可清理干凈結(jié)垢體，但嚴(yán)重影響磷酸生產(chǎn)。

3.2 使用預(yù)結(jié)垢方法處理

經(jīng)對(duì)回水進(jìn)行分析，水中K、Na含量較回水池中水的K、Na 大幅度降低，特別是ρ（K）只有30 mg/L（回水池中ρ（K）550 mg/L），說明結(jié)垢物質(zhì)在回水管道和回水泵中已完全富集。鑒于此，采用預(yù)結(jié)垢的方法，在回水進(jìn)入回水泵前，讓結(jié)垢物質(zhì)富集，從而緩解回水泵與回水管的結(jié)垢。通過試驗(yàn)，采用預(yù)結(jié)垢的方法處理，并對(duì)預(yù)結(jié)垢處理前后回水泵、回水管道結(jié)垢情況進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)回水泵體結(jié)垢有所緩解，但由于預(yù)結(jié)垢的速率有限，仍未解決結(jié)垢影響泵回水量的瓶頸。

3.3 提高回水溫度

從回水結(jié)垢條件看，當(dāng)回水溫度下降至16 ℃及以下，水中K、Na、SiO2、F濃度達(dá)到一定值時(shí)，回水結(jié)垢體就會(huì)附著在回水泵及管壁上。如果將回水溫度提高到16 ℃以上理論上能解決回水結(jié)垢問題。

3.3.1 采用電伴熱提溫方法

在回水管、回水泵上安裝電伴熱帶并保溫，電伴熱帶選擇最高溫度65 ℃，回水管上共安裝300 m，300 m的管道上安裝3個(gè)取樣閥。試驗(yàn)前，將回水泵回水流量控制在500 m3/h，測(cè)回水溫度為9 ℃，對(duì)電伴熱帶通電，當(dāng)電伴熱帶溫度升至65 ℃后開始計(jì)時(shí)，通電3 h后3個(gè)取樣閥處水溫分別為9.2、9.3、9.2 ℃，通電6 h后水溫分別為9.3、9.3、9.2 ℃，通電10 h 后水溫分別為9.5、9.5、9.4 ℃。拆開回水泵，檢查泵體結(jié)垢情況，與未使用電伴熱帶時(shí)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)結(jié)垢厚度無明顯變化，分析原因，回水流量為500 m3/h，電伴熱溫升不足以將水溫提高至16 ℃，所以此方法不能解決結(jié)垢問題。

3.3.2 將回水從地下隧道引至回水泵進(jìn)口達(dá)到升溫的目的

磷石膏渣庫(kù)一般建有排水井、排水隧道，且排水隧道從渣庫(kù)底部修建至回水池，一般渣庫(kù)隧道長(zhǎng)在1 000 m左右?；厮?jīng)排水隧道流量在550 m3/h的情況下，一般比環(huán)境溫度高5 ～6 ℃，所以當(dāng)環(huán)境溫度為10 ℃，隧道內(nèi)出來的回水將達(dá)到16 ℃，這樣就可以避開回水結(jié)垢的條件之一——溫度因素。試驗(yàn)分3 個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，選擇環(huán)境溫度為10 ℃時(shí)，控制排水隧道入口水量為550 m3/h，測(cè)排水隧道出來的水溫為16 ℃，開回水泵運(yùn)行24 h，每小時(shí)對(duì)回水流量和回水溫度進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)當(dāng)回水水溫16 ℃時(shí)，回水流量保持在550 m3/h左右，進(jìn)入晚上環(huán)境溫度較低時(shí)間段（最低6 ℃）時(shí)，回水溫度在10 ℃，回水流量逐步下降。此種條件下泵運(yùn)行72 h，回水流量從550 m3/h 降至310 m3/h。第二階段，選擇環(huán)境溫度為5 ℃時(shí)，控制排水隧道入口水量為550 m3/h，測(cè)排水隧道出來的水溫為11 ℃，開回水泵運(yùn)行24 h，每小時(shí)對(duì)回水流量和回水溫度進(jìn)記錄，發(fā)現(xiàn)回水流量逐步下降，此種條件下泵運(yùn)行24 h，回水流量從550 m3/h降至320 m3/h，此條件下結(jié)垢較快。第三階段，選擇環(huán)境溫度為0 ℃時(shí)，控制排水隧道入口水量為550 m3/h，測(cè)排水隧道出來的水溫為6 ℃，開回水泵運(yùn)行24 h，每小時(shí)對(duì)回水流量和回水溫度進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)回水流量逐步下降，此種條件下泵運(yùn)行24 h，回水流量從550 m3/h降至280 m3/h，此條件下結(jié)垢更快。

通過以上排水隧道引水至回水泵進(jìn)口，利用隧道溫度恒溫原理來升高回水溫度的方法處理回水結(jié)垢問題的試驗(yàn)來看，當(dāng)環(huán)境溫度高于10 ℃時(shí)，無結(jié)垢附著在泵體上，當(dāng)環(huán)境溫度低于10 ℃時(shí)，泵體開始結(jié)垢，且溫度越低結(jié)垢越快?？傮w來看，通過此方法能解決部分結(jié)垢問題，且無運(yùn)行投入，是較好緩解結(jié)垢對(duì)生產(chǎn)的影響的方法。

3.4 在回水系統(tǒng)中加入阻垢劑

將回水流量控制在550 m3/h，在回水泵進(jìn)口以每小時(shí)30 kg的阻垢劑量加入回水系統(tǒng)中，回水溫度為5 ℃，每小時(shí)記錄回水流量，試驗(yàn)24 h，回水流量從550 m3/h 降至280 m3/h。將阻垢劑量從30 kg/h提高到50 kg/h，回水溫度為5 ℃，試驗(yàn)24 h，回水流量從550 m3/h降至280 m3/h。將阻垢劑量從50 kg/h提高到100 kg/h，回水溫度為5 ℃，試驗(yàn)24 h，回水流量從550 m3/h降至280 m3/h。通過試驗(yàn)，添加阻垢劑對(duì)回水結(jié)垢處理無效果。

3.5 利用渣漿沖洗結(jié)垢的回水管

濕法磷酸生產(chǎn)裝置渣漿溫度一般在40 ℃以上，w（固）在20%～25%。當(dāng)回水管線結(jié)垢達(dá)到一定厚度后，將回水管與渣漿管進(jìn)行互換。試驗(yàn)前，拆除一根回水管，檢查回水管結(jié)垢厚度并做好影像記錄，將磷酸裝置渣漿泵的出口的渣漿管與磷石膏渣庫(kù)回水泵出口的回水管對(duì)換，實(shí)現(xiàn)磷石膏渣庫(kù)的回水用原渣漿管進(jìn)入磷酸裝置，磷酸裝置的渣漿通過結(jié)垢的回水管進(jìn)入庫(kù)區(qū)，從而達(dá)到利用具有一定溫度和固含量的渣漿沖洗回水管結(jié)垢。所有管道改造完后，啟動(dòng)渣漿泵，磷酸裝置正常生產(chǎn)，進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)30 d 后，拆除回水管檢查結(jié)垢情況，與互換前結(jié)垢進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比后發(fā)現(xiàn)通過清洗回水管的結(jié)垢厚度由120 mm 降低至60 mm，表明此方法對(duì)結(jié)垢處理有一定的效果。

4 結(jié)論

磷石膏渣庫(kù)回水系統(tǒng)結(jié)垢的原因與回水溫度、回水雜質(zhì)含量、礦石中雜質(zhì)的性質(zhì)、磷酸裝置生產(chǎn)工藝及所在地理位置等因素有關(guān)，每套磷酸生產(chǎn)裝置回水系統(tǒng)所產(chǎn)生的結(jié)垢體形式和條件不同。同時(shí)，磷石膏回水系統(tǒng)結(jié)垢問題也是困擾湖北等地磷復(fù)肥生產(chǎn)企業(yè)的一個(gè)難題。通過人工清理、排水隧道引水至回水泵進(jìn)口，利用隧道溫度恒溫原理來升高回水溫度的方法處理回水結(jié)垢及渣漿沖洗結(jié)垢的回水管等方法能對(duì)回水結(jié)垢進(jìn)行事后處理，從而維持磷酸裝置生產(chǎn)用水的平衡。