硫酸鎳系統(tǒng)設(shè)備改進(jìn)及管理優(yōu)化的實(shí)踐

程 銘 徐 歡 曹昌盛 范 翔

(大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司有色冶煉廠， 湖北 黃石 435000)

0 前言

某有色冶煉廠主要產(chǎn)品是高純陰極銅和工業(yè)硫酸。硫酸鎳系統(tǒng)是銅電解凈液項(xiàng)目中的配套項(xiàng)目,采用蒸發(fā)濃縮和冷凍結(jié)晶工藝聯(lián)合生產(chǎn)粗制硫酸鎳。

蒸發(fā)濃縮工藝采用蒸汽間接加熱濃縮法來(lái)提高二段脫銅電積終液的鎳濃度及酸度。在負(fù)壓條件下，溶液的沸點(diǎn)降低，增大了被蒸發(fā)溶液與加熱源之間的溫差，強(qiáng)化了蒸發(fā)作用。冷凍結(jié)晶工藝是將濃縮后的溶液經(jīng)過(guò)制冷工序進(jìn)行冷凍結(jié)晶。制冷工序使用制冷機(jī)組對(duì)鹽水進(jìn)行冷凍降溫，然后使鹽水進(jìn)入結(jié)晶槽的內(nèi)、外兩個(gè)夾套，對(duì)結(jié)晶槽內(nèi)的濃縮后液進(jìn)行冷凍降溫，使其溫度降低至比自然冷卻或水冷卻更低的溫度，使溶液中的硫酸鎳在冷凍狀態(tài)下成為硫酸鎳結(jié)晶鹽[1]。

在NiSO4·7H2O實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，長(zhǎng)期生產(chǎn)導(dǎo)致設(shè)備存在較多問(wèn)題及較大優(yōu)化空間[2]。采取一系列的設(shè)備改進(jìn)及管理優(yōu)化措施后，降低了設(shè)備故障頻率和能耗成本，消除了安全隱患。

1 設(shè)備存在問(wèn)題及技術(shù)改造

1.1 濃縮反應(yīng)釜修復(fù)工藝改進(jìn)

使用的硫酸鎳濃縮搪瓷反應(yīng)釜總計(jì)12臺(tái)。由于反應(yīng)釜內(nèi)物料成分及工況條件較復(fù)雜，反應(yīng)釜使用2～3年后便頻繁出現(xiàn)爆瓷及破損現(xiàn)象[3]。

修復(fù)工藝改進(jìn)前，反應(yīng)釜采用鉭板修復(fù)。該方式主要由維修人員在罐體內(nèi)對(duì)破損區(qū)域進(jìn)行挖補(bǔ)或打磨，利用鉭螺絲、鉭板及樹(shù)脂膠進(jìn)行修補(bǔ)。該方式存在的主要問(wèn)題是：1)修補(bǔ)工藝復(fù)雜；2)鉭螺絲安裝時(shí)需要鉆孔，修補(bǔ)時(shí)間較長(zhǎng)；3)鉭材質(zhì)價(jià)格高，特別是大面積修補(bǔ)成本過(guò)高；4)鉭板貼合性不佳，修補(bǔ)質(zhì)量達(dá)不到要求。

通過(guò)試驗(yàn)，改用新型柔性陶瓷修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)可以獲得更好的效果。對(duì)于爆瓷區(qū)域，直接打磨后，使用柔性陶瓷修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)于穿孔破損區(qū)域，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)挖補(bǔ)后，再采用柔性陶瓷修補(bǔ)技術(shù)修補(bǔ)。通過(guò)改進(jìn)，修補(bǔ)時(shí)間由原有的2人修補(bǔ)3～4 d縮短為2人修補(bǔ)0.5 d。特別是較大面積的修補(bǔ)成本大幅降低，罐體使用壽命延長(zhǎng)，鉭材料費(fèi)降低了20萬(wàn)元/a。

1.2 濃縮系統(tǒng)真空泵改進(jìn)

原有的濃縮系統(tǒng)采用一臺(tái)真空泵對(duì)一臺(tái)16 m3反應(yīng)釜抽負(fù)壓，并達(dá)到負(fù)壓0.07 MPa及以上。如果負(fù)壓不足，會(huì)導(dǎo)致罐體內(nèi)二次蒸汽的溫度過(guò)高。而且酸霧中含有氟、氯等離子，對(duì)冷卻濃縮蒸汽所用板式換熱器的板片壽命也會(huì)造成較大影響。

通過(guò)對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，濃縮系統(tǒng)改為采用一臺(tái)真空泵對(duì)兩臺(tái)濃縮反應(yīng)釜抽負(fù)壓，單臺(tái)電機(jī)功率由原有的15 kW改為18.5 kW，使原有的負(fù)壓穩(wěn)定在0.07～0.09 MPa，達(dá)到生產(chǎn)要求[4]。通過(guò)改進(jìn)，真空泵減少了6臺(tái)，全年降低電耗及備件成本約12萬(wàn)元。

1.3 制冷結(jié)晶罐內(nèi)夾套改進(jìn)

原有的結(jié)晶罐采用內(nèi)、外夾套冷凍鹽水雙循環(huán)式，外夾套使用多年未出現(xiàn)過(guò)破損或泄漏，但內(nèi)夾套壞損率近年相對(duì)較高。由于冷凍鹽水主要為氯化鈣溶液，內(nèi)夾套破損后，冷凍鹽水與硫酸鎳產(chǎn)品會(huì)串液產(chǎn)生絮狀沉淀，如果處理不當(dāng)會(huì)造成生產(chǎn)事故。

通過(guò)對(duì)結(jié)晶罐內(nèi)夾套破損點(diǎn)進(jìn)行檢查，內(nèi)夾套壞損主要為內(nèi)夾套失壓鼓包或焊縫及周圍區(qū)域腐蝕破損。原有的端面焊接方式如圖1所示。

1-內(nèi)夾套側(cè)壁；2-焊縫焊接點(diǎn)；3-內(nèi)夾套端面底板圖1 改造前內(nèi)夾套端面焊接方式

對(duì)內(nèi)夾套進(jìn)行改進(jìn)，將原有的內(nèi)夾套厚度由4 mm改進(jìn)為6 mm，增大夾套材料厚度。此外，對(duì)焊接點(diǎn)也進(jìn)行了改進(jìn)，如圖2所示。改進(jìn)后，夾套抗壓能力及抗腐蝕能力增強(qiáng)，內(nèi)夾套自主制作成本降低了5萬(wàn)元，使用壽命預(yù)計(jì)由原有的4～5年提升至8年以上，而且降低了因內(nèi)夾套破損導(dǎo)致的設(shè)備事故風(fēng)險(xiǎn)，備件成本降低了35萬(wàn)元。

1-內(nèi)夾套側(cè)壁；2-焊縫焊接點(diǎn)；3-內(nèi)夾套端面底板圖2 改造后內(nèi)夾套端面焊接方式

1.4 鹽水循環(huán)泵優(yōu)化

鹽水循環(huán)泵是冷凍鹽水循環(huán)過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，24小時(shí)開(kāi)啟，以確保冷凍鹽水循環(huán)。該循環(huán)泵為立式鹽水泵，設(shè)備選型為立式鈦材質(zhì)，在實(shí)際生產(chǎn)中，必須4臺(tái)功率18.5 kW的鹽水泵同時(shí)開(kāi)啟才能達(dá)到額定生產(chǎn)要求。多年使用導(dǎo)致鹽水泵故障率高，且電耗成本高。檢修過(guò)程中，工人通常站在鹽水槽上方檢修。由于槽體腐蝕嚴(yán)重，多人檢修存在垮塌風(fēng)險(xiǎn)，且空間狹隘存在極大安全隱患。此外，鹽水泵為鈦材質(zhì)，材質(zhì)選型存在過(guò)度浪費(fèi)。

采用額定功率為75 kW的工程塑料臥式離心泵，并配套選用變頻器控制鹽水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速。改進(jìn)后，單臺(tái)泵開(kāi)啟即可滿足工況。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)測(cè)量，單日電耗降低約1 000 kW·h，年電耗降低成本約20萬(wàn)元，備件成本降低約10萬(wàn)元，而且改進(jìn)大大消除了檢修過(guò)程的安全隱患。

1.5 濃縮攪拌系統(tǒng)優(yōu)化

因廠內(nèi)部為余熱鍋爐供汽，蒸汽成本低，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及設(shè)備使用壽命的前提下，取消濃縮罐的攪拌槳，只采用蒸汽對(duì)濃縮反應(yīng)釜升溫進(jìn)行濃縮蒸發(fā)。通過(guò)改進(jìn)，取消了濃縮系統(tǒng)擺線針輪減速機(jī)及攪拌系統(tǒng)，設(shè)備使用壽命不受影響，年節(jié)約電耗約30萬(wàn)元。

2 管理優(yōu)化

2.1 檢修時(shí)間周期優(yōu)化

由于硫酸鎳現(xiàn)場(chǎng)酸霧及物料腐蝕性較強(qiáng)，除日常零星檢修外，在電解液系統(tǒng)鎳含量較低情況下每年新增兩次為期15 d的停產(chǎn)檢修，更換腐蝕壞損的鹽水管道、蒸汽管道、銹蝕的閥門(mén)等，并對(duì)設(shè)備及管道防腐刷漆。同時(shí)在此期間處理日常難以處理的設(shè)備故障等，避免維修工日常頻繁搶修[5]。

2.2 水循環(huán)系統(tǒng)及管路過(guò)濾管理優(yōu)化

對(duì)濃縮系統(tǒng)換熱器冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的涼水塔管控進(jìn)行優(yōu)化：每周對(duì)涼水塔水溫進(jìn)行測(cè)量，每年對(duì)濃縮工序的600 t閉式?jīng)鏊M(jìn)行除垢清理，并對(duì)制冷工序的400 t開(kāi)式?jīng)鏊|(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，定期更換填料，并清理其反沖洗過(guò)濾器，清洗制冷機(jī)，以提高水冷卻效率，達(dá)到相關(guān)水質(zhì)管理要求。

2.3 高能耗設(shè)備管控優(yōu)化

硫酸鎳系統(tǒng)主要能耗為蒸汽和電力。蒸汽由廠內(nèi)余熱鍋爐供應(yīng)。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，結(jié)合硫酸鎳產(chǎn)量，對(duì)蒸汽的使用采取定額管理，控制班組蒸汽用量，并對(duì)濃縮反應(yīng)釜夾套增加疏水閥，以降低蒸汽消耗量。

電耗的管控主要針對(duì)高耗能設(shè)備。因制冷機(jī)電耗約為整個(gè)硫酸鎳系統(tǒng)的60%，因而對(duì)制冷機(jī)電耗進(jìn)行重點(diǎn)管控，每日記錄電耗。當(dāng)制冷機(jī)電耗出現(xiàn)異常波動(dòng)或有上升趨勢(shì)時(shí)，立即進(jìn)行相關(guān)檢查及清洗，對(duì)制冷機(jī)及時(shí)加氟，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)量對(duì)制冷機(jī)電耗實(shí)行定額管控。

3 結(jié)束語(yǔ)

在原有的生產(chǎn)模式及基礎(chǔ)上，對(duì)硫酸鎳生產(chǎn)系統(tǒng)中濃縮反應(yīng)釜修復(fù)工藝、濃縮系統(tǒng)真空泵、制冷結(jié)晶罐內(nèi)夾套、鹽水循環(huán)泵和濃縮攪拌等進(jìn)行設(shè)備改造，以及對(duì)檢修時(shí)間周期、循環(huán)系統(tǒng)和管路過(guò)濾、高能耗設(shè)備等進(jìn)行管理優(yōu)化。通過(guò)設(shè)備改進(jìn)和管理優(yōu)化，降低設(shè)備故障頻率，有效減少因管道及閥門(mén)腐蝕導(dǎo)致的系統(tǒng)停機(jī)及生產(chǎn)事故隱患，使硫酸鎳系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，且大幅降低硫酸鎳能源成本和備件成本。