濃磷酸澄清槽耙壓耙故障原因分析與處理探討

胡文武

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北 鐘祥 431910）

某公司磷酸二期裝置是2012年新建并投產，采用多格方槽二水生產工藝；稀酸過濾采用真空轉臺式過濾機真空抽濾；濃縮采用強制循環(huán)真空蒸發(fā)，合格的濃磷酸先送至濃磷酸陳化槽進行陳化，再送至濃磷酸澄清槽進行澄清。裝置中的濃磷酸澄清槽型式為拱頂圓槽，帶錐形排渣口，規(guī)格為φ18200×12500mm（直段），配套有濃磷酸澄清槽耙。澄清槽運行原理：濃縮系統(tǒng)生產的濃磷酸由陳化槽陳化，再送至濃磷酸澄清槽進行澄清；澄清的濃磷酸從上中下溢流口排出，送至下游復合肥車間進行生產，而底部沉降的酸泥，會被濃磷酸澄清槽耙收集至錐形排渣口排出。

1 濃磷酸槽耙壓耙故障概述

1.1 槽耙結構和主要技術參數

磷酸二期裝置的濃磷酸澄清槽槽耙共有2臺，主要由槽耙驅動裝置、槽耙提升驅動裝置、底部轉耙機構三大部分組成。其主要的技術參數如表1。

表1 濃磷酸槽耙技術參數

1.2 槽耙工作原理及控制

該設備是通過有用功率表對負荷進行測控（功率與扭力的關系：T=8553×P/n），由攪拌和升降兩部分組成，正常情況下只有攪拌部分工作。當攪拌超過所設定的輕度過載有用功率值時，會有聲光報警來預警，邊攪拌邊提耙；在提升過程中，如果過載消失，則停升；延時30分鐘，邊攪拌邊下降；下降過程中如又出現輕度過載，則會邊攪拌邊提耙，反復進行，直到過載消除，恢復正常狀態(tài)。如果升到頂，過載還沒有消除，則會在頂部一直轉耙，直到過載消除，延時后降耙情況和上面一樣，則會反復，直到正常為止，升降部分停止工作。當攪拌部分超過所設定的嚴重過載值時，控制箱嚴重故障燈亮并將該設備全部停機。

1.3 槽耙壓死故障過程

當攪拌有輕度過載時，按正常工藝操作規(guī)程，操作人員立即排放酸泥，但是排放口排放出來的酸泥含固量只有22%，小于正常值35%。在排放酸泥消除輕度過載期間發(fā)現：越排放酸泥槽耙電流越升高，槽耙只會一直提升，不能下降，從而進入了“死循環(huán)”。最后在槽耙停機壓死前的一個時間段，電流迅速上升，就像大量酸泥短時間內垮塌，導致槽耙嚴重過載，聯(lián)軸器過載保護螺栓切斷或者控制箱嚴重故障燈亮并將該設備全部停機，槽耙壓死。

1.4 槽耙壓死后果

每次槽耙壓停后開罐檢查發(fā)現，槽底沉積酸泥高度均在3m左右，酸泥量到達763m3，其中有效磷含量超過30%，導致大量可回收磷酸損失；且單次清理最少需10天，每天需20人進行不間斷清理；初步預估濃磷酸槽耙每壓死一次，直接經濟損失超過100萬元。

2 原因分析及依據

濃磷酸槽耙的固液分離原理與濃縮機內部濃縮過程是一致的，濃磷酸槽耙結構如圖1，通過現場操作和一些指標可以推測出，濃磷酸酸罐底層（對應濃縮機D層）是存在大量酸泥，但最終酸罐底部排放出來的酸泥指標遠低于設計值。由此我們先來參考濃縮機內部濃縮過程，具體如下：

圖1 濃磷酸槽耙結構圖

濃縮機處理待沉降懸浮液時，沿沉降方向分為5個工作區(qū)間，如圖2所示。其中，A區(qū)是澄清區(qū)，該區(qū)的澄清液作為溢流產物通過溢流堰得到收集，溢流清液中所含固體量是評價濃縮機工作效率的重要指標，有嚴格的要求；B區(qū)是自由沉降區(qū)，濃縮機中的第一個沉降區(qū)，該區(qū)中固體顆粒依靠自身重力克服介質阻力向下運動，進入壓縮區(qū)(D區(qū))；在壓縮區(qū)D區(qū)，固體顆粒之間已形成較為緊密的絮團，顆粒間呈堆疊狀態(tài)，沉降速度緩慢；E區(qū)為濃縮物區(qū)，壓縮區(qū)物料進一步沉降后進入濃縮物區(qū)，該區(qū)設有旋轉刮板(該區(qū)所處濃縮機位置可呈平面形也可呈淺錐形)，濃縮區(qū)物料中的水分會在刮板旋轉時的擠壓作用下滲出，使壓縮后物料濃度進一步提高，最終由濃縮機底部排出，成為濃縮機的底流產品，底流產品的壓縮程度也是評價濃縮機效率的重要指標；在圖 2中所示沉降區(qū)中，B、C、D三區(qū)體現了顆粒沉降過程， A區(qū)和E區(qū)表征了顆粒沉降后的結果。由上文可知，當待分離物料加入濃縮機后，物料在濃縮機中都要經歷以上5個區(qū)域最終達到濃縮排放的目的。

圖2 濃縮機內部濃縮過程

綜上分析，濃磷酸澄清槽耙壓死故障的最主要原因是：槽耙的轉速過快。槽罐底部因為耙臂轉動速度過快，導致局部產生混流干擾了酸泥的正常沉降。因此在槽耙上方酸泥顆粒繼續(xù)結晶成長為大顆粒，最后大顆粒酸泥克服混流的干擾，短時間內開始大量沉降，此時槽耙刮板作用的酸泥介質比重遠大于正常時比重，導致槽耙運行負荷超嚴重過載，聯(lián)軸器過載保護螺栓切斷，槽耙停機壓死，為印證次推測，我查詢了行業(yè)內同類型的槽耙設計轉速，同時也核查了磷酸一期槽耙的設計轉速，只有0.07rpm、0.08rpm兩種，而磷酸二期裝置的濃磷酸槽耙的設計轉速卻達到0.136rpm（見表1），確切的說是接近一期槽耙轉速的兩倍。

3 對策

（1）對濃磷酸槽耙攪拌裝置電機進行新增變頻器調速改造。通過變頻將濃磷酸槽耙轉速由原設計值0.136rpm降速至0.08rpm。由于槽耙轉速的降低，產生的混流對酸泥沉降影響降至最低，酸泥可以順利進入濃縮物E區(qū)，最終由槽耙刮泥板順利收集至底層排放口排放，使排放出來的酸泥含固量達到了設計值35%。

槽耙轉速降低后，根據功率與扭力的關系公式T=8553×P/n（注：P為電機功率；T為扭矩；n為轉速。）可知：電機功率不變，扭矩與轉速正反比關系。

正常運行時的電流遠小于原設計運行電流，當槽耙刮板收集比重較大的酸泥時，電流會隨著升高至原設計運行電流，此時槽耙的輸出功率不變，由于輸出轉速的降低，導致槽耙瞬時扭矩增大，這是有利于槽耙刮板收集槽底酸泥。

（2）根據我公司磷礦雜質含量情況，以及濃縮系統(tǒng)生產出來的濃酸固相含量平均值，制定適合現場實際狀況的《濃酸酸泥排放標準》，并定時定人進行督查酸泥排放情況。

（3）嚴格遵守《磷酸工藝操作規(guī)程》，由濃酸系統(tǒng)產出的濃磷酸必須在罐區(qū)濃磷酸陳化槽陳化4小時以上。

4 結語

通過對濃磷酸澄清槽耙的電機進行變頻降速改造，運行至今已經2年多，沒有出現濃磷酸槽耙壓死故障。此項變頻調速技術改造不但保障了磷酸二期裝置的濃縮系統(tǒng)滿負荷運行，同時也保證了下游復合肥裝置濃磷酸的正常供給，更解決了從濃磷酸罐清理出來的化工固廢難處理的環(huán)保問題。