濕法磷酸裝置管道除垢技術(shù)進展

李維紅

（甕福（集團）有限責(zé)任公司甕?；す荆F州福泉 550501）

磷酸的工業(yè)生產(chǎn)方法可分為熱法和濕法。廣義上講，凡是用酸性強的無機酸分解磷礦制成的磷酸，可統(tǒng)稱為濕法磷酸［1］。濕法磷酸裝置有建設(shè)規(guī)?？纱罂尚〉膹椥詢?yōu)勢，也有因管道結(jié)垢影響裝置長周期穩(wěn)定運行、限制產(chǎn)能發(fā)揮的問題。

1 濕法磷酸裝置容易結(jié)垢的管道

濕法磷酸裝置主要由反應(yīng)、過濾、濃縮、酸儲存、冷卻等工序和渣漿系統(tǒng)、磷石膏堆場組成。二水法工藝中磷酸w（P2O5）大多控制在25%左右，磷酸中的溶解性雜質(zhì)較多。由于磷酸與環(huán)境溫度差較大，其中溶解的雜質(zhì)易在工藝管道析出，導(dǎo)致其結(jié)垢堵塞問題非常嚴重［2］。在反應(yīng)、過濾、濃縮、酸儲存工序容易結(jié)垢的管道主要有料漿管、返酸管、成品稀磷酸管、濃縮產(chǎn)品磷酸管、磷酸儲槽送下游裝置的長輸管線。渣漿系統(tǒng)將過濾分離得到的w（游離水）25%的磷石膏用渣場導(dǎo)滲出的酸性回水在渣漿槽中攪拌再漿后送往磷石膏渣場堆存。長期生產(chǎn)運行中，渣漿管道受生產(chǎn)負荷，泵流量、揚程，停車時沖洗清理程度等因素影響，而出現(xiàn)沉積結(jié)垢現(xiàn)象。磷石膏再漿后帶到渣場的酸性回水經(jīng)長時間的自然冷卻溫度可從55 ℃下降到常溫，冬天時水溫會變得更低。酸性回水冷卻過程中，雜質(zhì)出現(xiàn)過飽和析出，在管道內(nèi)壁形成結(jié)垢，使酸性回水管道流量變小、泵出口壓力升高，安全環(huán)保風(fēng)險增大。

2 濕法磷酸裝置管道除垢技術(shù)

化學(xué)清洗、物理清洗是濕法磷酸裝置除垢的基本方法，近些年管道除垢技術(shù)既有常規(guī)方法的應(yīng)用，也有創(chuàng)新方法的突破。

2.1 化學(xué)清洗技術(shù)

濕法磷酸裝置反應(yīng)、過濾、濃縮工序的酸管道，渣漿系統(tǒng)的回水管、渣漿管，磷酸儲槽送下游裝置的長輸管線，均可以構(gòu)建循環(huán)清洗回路進行化學(xué)除垢。循環(huán)清洗系統(tǒng)屬于封閉清洗系統(tǒng)，是由配制清洗液的罐和泵、閥、管、流量計、加熱清洗液的換熱器等組成。化學(xué)清洗的藥劑有酸性藥劑，也有堿性藥劑。磷酸管道清洗中常用的酸性藥劑主要是無機酸，包括硫酸、硝酸、氟硅酸等；清洗中常用的堿性藥劑有氫氧化鈉、碳酸鈉、硅酸鈉等。無論是酸循環(huán)清洗，還是堿循環(huán)清洗，都要控制合適的清洗液濃度、溫度和清洗時間，才能達到既有利于成本控制，又能除垢的效果。

2.2 物理清洗技術(shù)

化學(xué)清洗技術(shù)在磷酸生產(chǎn)運行實踐中雖具有普遍的適用性，但對于一些特殊生產(chǎn)單元，如渣漿系統(tǒng)的渣漿管、酸性回水管，以及不便于或沒有必要建立循環(huán)清洗回路的裝置管道的結(jié)垢，又表現(xiàn)出相應(yīng)的劣勢。甕?；す抉R場坪磷酸廠經(jīng)過20 多年實踐、認識、再實踐的探索，針對特殊生產(chǎn)單元的管道采用物理清洗技術(shù)進行除垢［3］，取得了非常不錯的效果。

2.2.1 氣脈沖清洗技術(shù)

氣脈沖清洗技術(shù)以壓縮空氣為動力源，以水（可以是酸性水）為清洗介質(zhì)，由空壓機送出的高壓氣流，通過可編程邏輯控制器（PLC）脈沖震蕩發(fā)生器，與水一起形成脈沖和高速水氣流。脈沖隨水氣流向下繼續(xù)傳播，使管內(nèi)形成高速水氣湍流，與管道內(nèi)的硬性雜質(zhì)（如鈣、鈉、鉀化合物的顆粒等）一起對管道內(nèi)壁產(chǎn)生沖刷和噴砂效應(yīng)，促使附著在管壁上的垢層脫落，并隨著水從管道末端排出。甕?；す抉R場坪磷酸廠渣漿泵距離磷石膏堆場4.5 km，堆場導(dǎo)滲緩存池酸性回水泵距離廠區(qū)3.5 km。經(jīng)過十多年的運行，磷石膏渣場回水管道流量因結(jié)垢從設(shè)計時的550 m3/h 下降到230 m3/h，管道末端壓力從0.30 MPa下降到0.15 MPa，制約了裝置用水，也嚴重影響雨季防洪度汛。過去的幾年間，為解決回水管道堵塞問題，每年都利用大修時間構(gòu)建循環(huán)清洗回路，用硫酸、氟硅酸、堿液浸泡等方式除垢。但因管線長、化學(xué)清洗熱量易損失、清洗時間長，一直收效甚微。2020年在廠區(qū)DN150的酸性回水管道上試用氣脈沖清洗技術(shù)除垢，取得非常不錯的效果。而后將氣脈沖清洗技術(shù)推廣到磷石膏渣漿系統(tǒng)DN200、DN400 酸性回水管道，DN500 渣漿管道除垢上，相繼也取得很好的效果，有效解決了渣漿管、酸性回水管流量小、泵出口壓力高難題。

2.2.2 PIG清管技術(shù)

PIG 清管技術(shù)是一種預(yù)防管道結(jié)垢的有效手段。該清管技術(shù)是將PIG放入發(fā)射器，發(fā)射介質(zhì)在PIG 前進方向產(chǎn)生壓力差，形成前進推力，使PIG沿管線前進，PIG與管壁的結(jié)垢物接觸、摩擦、刮削。運行中介質(zhì)在PIG與管壁之間形成高速環(huán)形射流，推動脫落的垢層排出管道。PIG清管技術(shù)較適用于清除質(zhì)地偏軟的管道結(jié)垢物，對濕法磷酸裝置管道附著的氟硅酸鈉（鉀）化合物等硬質(zhì)結(jié)垢物效果有限。四川達州某磷酸工廠每年利用集中停車檢修時間對磷石膏渣漿管通PIG球，經(jīng)過十多年預(yù)防性清管，渣漿管的流量和壓力完全在正常狀態(tài)運行。

2.2.3 空氣爆破清洗技術(shù)

空氣爆破清洗技術(shù)是利用氣動彈的特殊氣室結(jié)構(gòu)，以及管道內(nèi)原有的流體作為工作介質(zhì)，將管道中充入的壓縮空氣所儲存的能量瞬間釋放出來，形成巨大的水氣波，沖刷管壁結(jié)垢物使其松動、破碎，并在高速水氣的推力作用下排出管道。使用空氣爆破清洗技術(shù)最成功的案例屬貴州某磷肥企業(yè)磷石膏渣場至礦山的長距離酸性廢水輸送管道結(jié)垢清理。該公司應(yīng)用空氣爆破清洗技術(shù)，將結(jié)垢的長輸管線分成多段爆破清理，成功將大管徑、長距離管道中的結(jié)垢物清除，恢復(fù)了管道設(shè)計流量，解決了濕法排渣企業(yè)渣場積水多的安全環(huán)保難題。

2.2.4 高壓水射流技術(shù)

高壓水射流技術(shù)利用加壓泵將水壓力升高到一定值（＞10 MPa）后，通過規(guī)定的路徑從噴嘴中排泄出來而形成高壓水流，射流的形狀有圓柱形、扇形、扁鏟等。根據(jù)生產(chǎn)中結(jié)垢管道的需要自由選擇合適形狀的噴嘴，并調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)纳淞鲏毫ν瓿晒艿莱?。高壓水射流清洗技術(shù)對濕法磷酸裝置中使用次數(shù)少、結(jié)垢速度慢、成垢周期長的不銹鋼或耐腐蝕材質(zhì)管道以及無法建立化學(xué)循環(huán)清洗回路的非標直段、彎管、盲腸管道除垢效果較為理想。

3 結(jié)語

筆者介紹的更多為近年來濕法磷酸裝置管道除垢較為實用的方法和技術(shù)進展，對于超聲波清洗技術(shù)、表面活化清洗技術(shù)還需在濕法磷酸裝置管道除垢應(yīng)用中進一步深層次認識、實踐和探索。當(dāng)然，更要做好管道結(jié)垢的預(yù)防。