延長濕法排渣系統(tǒng)運(yùn)行周期的探索與實踐研究

趙樹紅，李明，吳家偉，梁玉明，王敏，王洪，何建龍

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠(yuǎn) 661600）

濕法磷酸生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量的磷石膏，磷石膏加水制成漿后通過輸渣泵輸送至渣壩或渣場。云南云天化紅磷化工有限公司濕法排渣系統(tǒng)于1999年投用，主要輸送70Kt/a半水-二水磷酸裝置、130Kt/a、200Kt/a磷酸裝置的磷石膏及其他裝置產(chǎn)生的污水至渣壩，輸送量1730Kt/a。

濕法排渣系統(tǒng)采用襄陽五二五泵業(yè)有限公司規(guī)格為LH300/760（流量：1200m3/h，揚(yáng)程：100m）的3臺泵串聯(lián)而成（其中首級泵配置液力耦合器調(diào)速、二級泵全速運(yùn)行和三級泵變頻調(diào)速，每臺泵配規(guī)格為YKK500-6-710kW高壓電機(jī)），同步安裝3臺備用泵串聯(lián)而成的備用線，兩條線共用一條DN500出口總管，需通過切換進(jìn)口盲板、調(diào)換三級泵出口至總管止回閥處管線的方式交替切換使用，才能滿足生產(chǎn)需求，正常運(yùn)行狀態(tài)下出口總管壓力≥3.0MPa。

濕法排渣系統(tǒng)自投用以來，運(yùn)行周期僅20～30天，每次調(diào)線時需3套磷酸裝置停車8h左右，影響生產(chǎn)且修理3臺備用泵每次需30萬元左右的費(fèi)用，平均每年濕法排渣系統(tǒng)停車影響制酸產(chǎn)量6520t、修理費(fèi)用為400萬元（含濕法排渣系統(tǒng)停車同步檢修三套制酸裝置的人工成本，平均每次裝置檢修需投入近50人工）。

1 濕法排渣系統(tǒng)故障高的原因分析

1.1 輸渣泵機(jī)械密封損壞的影響

3臺輸渣泵機(jī)械密封采用的是規(guī)格為SLZM-150/127D的集裝式機(jī)械密封，通過3.2MPa的高壓密封水密封介質(zhì)及0.6MPa的低壓密封水（工藝水）進(jìn)行機(jī)械密封潤滑、冷卻的方式確保機(jī)械密封的正常使用。高壓密封水通過長沙水泵廠規(guī)格為D25-50×9的外置多級泵進(jìn)行供給（含2臺備用泵），由于多級泵運(yùn)行過程中軸向串動易導(dǎo)致高壓密封水壓力波動而導(dǎo)致連鎖調(diào)停，且該多級泵供給的介質(zhì)為含P2O5、、F-及顆粒物雜質(zhì)的渣壩回水，回水中的化學(xué)介質(zhì)及結(jié)晶物對機(jī)械密封中的部件存在腐蝕，回水中的雜質(zhì)易進(jìn)入機(jī)械密封的動、靜環(huán)中導(dǎo)致動環(huán)跳動大而擠裂或擠碎動、靜環(huán)，致使機(jī)械密封泄漏，機(jī)械密封使用壽命僅為10～30天不等。據(jù)統(tǒng)計，平均每年因機(jī)械密封損壞停車6～8次，2017年，機(jī)械密封共計使用費(fèi)用60萬元。

1.2 輸渣泵葉輪結(jié)構(gòu)形式的影響

輸渣泵設(shè)計時葉輪采用的閉式葉輪，葉輪與前、后護(hù)板間隙分別為20mm與5mm。由于裝置檢修人員的粗心或各裝置的水和其他物料輸送時離心泵葉輪局部碎裂、軸頭螺栓斷裂等原因，鐵制品、硬度較大的雜物掉入或被輸送至制漿槽中，在制漿槽攪拌槳強(qiáng)有力的攪拌作用下被輸渣泵吸入，葉輪旋轉(zhuǎn)過程中帶動雜物與前護(hù)板、后護(hù)板、護(hù)套等過流部件發(fā)生撞擊或卡阻，導(dǎo)致葉輪、前后護(hù)板、護(hù)套等過流部件有裂紋或碎裂，最終輸渣泵泄漏或噴漏，且存在較大安全風(fēng)險。

據(jù)統(tǒng)計，2006～2008年期間，因過流部件有裂紋或碎裂共計18次，平均每年停車6次（含零部件存在生產(chǎn)缺陷的情況）。

1.3 輸渣泵進(jìn)口短節(jié)與前護(hù)板密封墊不合理的影響

輸渣泵進(jìn)口短節(jié)與前護(hù)板采用20mm厚的成型橡膠墊鑲嵌并通過法蘭螺栓連接而成（見圖1）。由于安裝時墊子的不同心，密封墊子易凸起或局部凹陷，輸渣過程中介質(zhì)流動時，易在進(jìn)口短節(jié)與前護(hù)板20mm的墊子間隙之間形成局部渦流，造成密封墊被沖刷且被沖刷點(diǎn)不規(guī)律，難預(yù)判使用周期，使計劃性調(diào)線周期無法預(yù)見，管理上難度大。

圖1 輸渣泵裝配圖（前護(hù)板與進(jìn)口短節(jié)詳見圖上標(biāo)注）

據(jù)統(tǒng)計，2015～2018年期間，因進(jìn)口短節(jié)密封墊導(dǎo)致濕法排渣系統(tǒng)停車共計28次，墊子平均使用壽命為25～30天。

1.4 輸渣泵運(yùn)行環(huán)境變化的影響

隨著3套磷酸裝置性能挖掘后負(fù)荷的提升及新渣壩位置的升高，輸渣泵總管壓力由3.0MPa增大至3.8MPa，介質(zhì)溫度不變的情況下，壓力是造成水和氣體轉(zhuǎn)化的條件，氣化產(chǎn)生氣泡后進(jìn)入高壓區(qū)破裂,引發(fā)周圍液體高頻碰撞而導(dǎo)致材料受到破壞的全過程稱為氣蝕。

總管壓力的增加，為了能夠滿足生產(chǎn)需要，原渣漿泵操作方式不變的情況下，只能調(diào)整首級泵液力耦合器開度（由原50%開度調(diào)整至60%～65%）和三級泵頻率（由85%調(diào)整至90%～95%）運(yùn)行，加快過流部件的磨損及氣蝕。

自2016～2018年，濕法排渣系統(tǒng)輸渣泵過流部件由于磨蝕及氣蝕的影響，前后護(hù)板及進(jìn)口短節(jié)穿孔泄漏導(dǎo)致停車共計25次。

2 延長濕法排渣系統(tǒng)運(yùn)行周期的措施

2.1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)和高壓密封水供給方式的優(yōu)化

機(jī)械密封動、靜環(huán)內(nèi)支撐彈簧材質(zhì)由304L調(diào)整為316L，動、靜環(huán)材質(zhì)由原來的內(nèi)嵌碳化硅外部316L增加強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)形式改變?yōu)槿蓟璨馁|(zhì)，增大動、靜環(huán)的密封面。

2018年，通過對原高壓密封水泵重新選型，選擇昆明水泵廠規(guī)格為PDF25-50×7的自平衡泵，降低了高壓密封水供給泵的故障率，穩(wěn)定供水水壓。

2018年10月，為延長機(jī)械密封使用壽命，將高壓密封水水質(zhì)由渣壩回水調(diào)整為工藝水。

機(jī)械密封結(jié)構(gòu)和高壓密封水供給方式的優(yōu)化后，機(jī)械密封使用壽命延長至90～100天。平均每年機(jī)械密封備件費(fèi)用僅為原來使用費(fèi)用的1/4（節(jié)約15萬元）。

2.2 輸渣泵葉輪與前護(hù)板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為解決葉輪與鐵制雜物易卡阻或擠壓過流部件的問題，通過考察兄弟單位后得知在輸渣泵的進(jìn)口管上安裝過濾器的方式可避免此問題，但考慮到過濾器易被橡膠皮、濾布等大塊料雜物堵塞導(dǎo)致輸渣泵打空泵，未能徹底處理此問題未按此方案實施。

2009年,經(jīng)與襄陽五二五泵業(yè)有限公司設(shè)計人員溝通，并結(jié)合現(xiàn)有工況、使用中存在的問題和我公司提出建議和意見，廠家將葉輪結(jié)構(gòu)形式由閉式葉輪調(diào)整為開式葉輪（見圖2），增大葉輪與前、后護(hù)板間隙，分別增大至30mm與15mm。

圖2 葉輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖

2018年,經(jīng)再次溝通和交流，考慮將前護(hù)板與進(jìn)口短節(jié)墊子部位縮短，改變短管長度因無法安裝，故將前護(hù)板進(jìn)料段加長增長15mm（見圖3），原20mm成型橡膠密封墊調(diào)整為5mm厚成型四氟密封墊。

圖3 前護(hù)板與進(jìn)口短節(jié)處優(yōu)化示意圖

輸渣泵葉輪結(jié)構(gòu)形式調(diào)整后，未出現(xiàn)葉輪與前后護(hù)板、護(hù)套被鐵制硬物擠壓損壞的情況（不含過流部件使用周期較長、強(qiáng)度不夠及零部件生產(chǎn)時存在缺陷的情況）。

前護(hù)板結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，與進(jìn)口短節(jié)墊子使用過程中未出現(xiàn)因墊子損壞泄漏的情形。

2.3 濕法排渣系統(tǒng)操作模式的調(diào)整

當(dāng)2臺或2臺以上離心泵串聯(lián)時流量并無大的改變，而揚(yáng)程疊加，但總揚(yáng)程小于各單泵的揚(yáng)程之和。為減小首級泵氣蝕余量，通過加大首級泵頻率（由60%加大至90%），三級泵調(diào)小頻率方式操作（由90%減小至75%）。

從運(yùn)行跟蹤情況看，調(diào)整后首級泵磨蝕及氣蝕量變小，運(yùn)行周期由30天提升至40天。

2.4 濕法排渣系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化

由于渣壩位置升高，3臺輸渣泵串聯(lián)后均全速運(yùn)行，同型號同強(qiáng)度的三級泵進(jìn)口短節(jié)及過濾部件承受壓力多大，進(jìn)口短節(jié)易斷裂、護(hù)套等過流部件易爆裂，存在較大運(yùn)行風(fēng)險。

公司于2018年投資建成二級輸送中轉(zhuǎn)泵站（同規(guī)格型號輸渣泵1臺并配置液力耦合器調(diào)速），并新配新輸渣總管3.7km，總管壓力由原來的3.8MPa下降至2.2MPa，壓力降低后原3臺輸渣泵中的二級泵可停止運(yùn)行，后經(jīng)測算拆除此泵。整個系統(tǒng)運(yùn)行周期可延長至50天。

2.5 輸渣泵過流部件的探索與實踐

輸渣泵過流部件使用的是CR40的不銹鋼材質(zhì)，但經(jīng)過50天左右的使用后，3臺泵的過流部件（主要表現(xiàn)在進(jìn)口短節(jié)、前后護(hù)板及護(hù)套）不同程度均磨損嚴(yán)重達(dá)到更換周期。

經(jīng)多次分析與嘗試，進(jìn)口短節(jié)從簡單的內(nèi)襯10mm厚碳化硅耐磨涂層至內(nèi)襯20mm厚HUMW超高分子合金管（引進(jìn)云南鑫科新材料工程有限公司產(chǎn)品），主要通過熱熔技術(shù)吹塑后翻邊而成。經(jīng)跟蹤目前進(jìn)口短節(jié)可運(yùn)行近100天。

前、后護(hù)板和護(hù)套通過內(nèi)襯碳化硅材質(zhì)修復(fù)舊的備件（其中護(hù)套、前護(hù)板、后護(hù)板內(nèi)襯碳化硅厚度分別為15mm、10mm、5mm厚，確保原尺寸），該材料由英國貝爾佐納公司授權(quán)的云南新福徠設(shè)備工程有限公司提供。單件內(nèi)襯修復(fù)件費(fèi)用為新采購件的40%。修復(fù)完工的護(hù)板詳見圖4。

圖4 前護(hù)板內(nèi)襯碳化硅修復(fù)件

以護(hù)板修復(fù)為例，修復(fù)施工步驟為：（1）根據(jù)我公司提供的修復(fù)件的材質(zhì)及接觸的介質(zhì)工況，確定修復(fù)劑的材料、配比等。（2）工件采用噴砂對表面進(jìn)行處理，修復(fù)點(diǎn)或面需打毛達(dá)到75μm的粗糙度方可進(jìn)行后續(xù)施工。（3）需修復(fù)處表面使用丙酮清洗，主要清理修復(fù)面上的灰塵和殘留油脂等。（4）丙酮晾干后，返銹前涂刷底膠（主要是使用貝爾佐納5811、1331或1321做為底膠，1812用于增加粘接性）。（5）使用提前預(yù)制好的卡子及模具，使用1812恢復(fù)修復(fù)件至原尺寸。（6）修復(fù)處涂層固化后，涂刷面漆（1321、1331或5811）并晾干即可。

經(jīng)過修復(fù)的過流部件使用周期達(dá)85～90天，比新采購件多使用35～40天，大幅度降低維修費(fèi)用，確保濕法排渣系統(tǒng)運(yùn)行周期。

經(jīng)過以上一系列的優(yōu)化、探索與實踐后，2021年上半年，濕法排渣系統(tǒng)共停車調(diào)線2次，每次平均運(yùn)行周期達(dá)到90天。實現(xiàn)裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，全年預(yù)計可增產(chǎn)磷酸2340t。

為實現(xiàn)濕法排渣系統(tǒng)長周期運(yùn)行和提高機(jī)械化程度，2021年，我公司將投資約500萬元在2條輸渣泵進(jìn)出口管上安裝電動刀型閘板閥，實現(xiàn)濕法排渣系統(tǒng)不停車切換，提高備件的使用效率并節(jié)約維修費(fèi)用，項目1.5年可回收投資成本。

3 結(jié)語

通過對濕法排渣系統(tǒng)故障高的原因排查和解決措施制定，大幅度延長了濕法排渣系統(tǒng)的運(yùn)行周期。新材料的嘗試和新技術(shù)的引入為后續(xù)裝置問題的解決提供了思路和幫助，為節(jié)約維修費(fèi)用打下良好基礎(chǔ)。