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      哈雷釬焊板式換熱器
      專業生產:換熱器;分水器;過水熱;冷卻器
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      磷酸濃縮系統兩套軸流泵和換熱器并聯使用的實踐

      點擊:1912 日期:[ 2014-04-26 22:00:54 ]
                                磷酸濃縮系統兩套軸流泵和換熱器并聯使用的實踐                                            屈戰成                            (陜西華山化工集團有限公司,陜西華縣 714100)     摘要:針對DAP生產磷酸濃縮系統的管殼式石墨換熱器和軸流循環泵設備更新后生產上出現的 問題,采用型號、規格有差異的新老兩套石墨換熱器和軸流泵并聯使用的技改方案,討論了工藝指標的 確定和操作控制要點,并介紹了運行效果。     關鍵詞:磷酸濃縮;強制循環;兩套并聯;實踐;效果     中圖分類號:TQ126. 35 文獻標識碼:B 文章編號: 1009-1904(2009)01-0030-05     1 概述     陜西華山化工集團有限公司復肥廠60 kt/a傳 統法磷酸二銨(DAP)裝置由南化集團設計院設計 始建于1987年初,竣工于1989年底, 1990年一次 投料試車成功,生產出合格的DAP產品。1992年 10月,該裝置通過72 h性能考核和國家驗收, 199 年達產達標,年產DAP60. 1 kt。1997年6月磷銨裝 置“6改8”工程竣工, 2000年生產DAP 121 k,t實現 了產量翻一番的目標。目前實際生產負荷已達到 200 kt/a,是設計能力的3倍以上。     原設計中, 30 kt/aP2O5磷酸濃縮系統除石墨換 熱器和軸流泵使用進口設備之外,其余均為國產設 備。石墨換熱器從法國羅蘭碳素公司引進,管殼式 石墨換熱器為下端浮頭結構,有效換熱面積為18 m2,石墨管230根,有效長度6 623 mm,規格為 38. 0mm/50. 8mm。軸流循環泵從美國引進,型 號MDAF16×16-16,其主體材質為AllOY-20,揚 程H=4m,流量Q=1 800m3/h,轉速n=810 r/min。 由于石墨換熱器已使用16年,屬于國內磷銨行業超 期服役最長的管殼式石墨換熱器之一,其中石墨管 已封堵43根,占總管數的18. 7%,現有效換熱面積 僅148m2,已無法滿足生產需要;加之耽心石墨管突 然大面積破裂損壞而導致全線長期停車,因此于 2006年6月份對該系統進行擴能改造,重新就近安 裝了1臺管殼式石墨換熱器和1臺軸流循環泵,代替原有的老設備。     新石墨換熱器和軸流泵均為國產設備,其結構 型式未變,只是改變了規格、型號。石墨換熱器有效 換熱面積為275 m2,石墨管265根,規格為38. 0 mm/50. 8mm。軸流循環泵揚程H=5m,流量Q= 2 200m3/h,轉速n=580 r/min。     擴能改造后,石墨換熱器的有效換熱面積比老 的大了50%~80%,軸流循環泵的揚量大了20%, 磷酸濃縮系統的熱洗周期由使用老換熱器的7天延 長至半個月,加熱石墨換熱器的蒸汽量由12~13 t/h 提高至16 t/h,提高生產能力應該在30%以上。同 時,由于磷礦品位下降,礦中雜質含量嚴重超標,生 產線上又大量使用高鎂磷礦,因而采用澄清后的濃 磷酸生產DAP,以保證生產過程的穩定和產品質量 達標。濃磷酸澄清后的淤渣又返回稀磷酸萃取槽, 這樣濃磷酸的產能無形中就浪費了20%左右,故石 墨換熱器擴能之后濃縮系統的實際生產能力僅提高 約10%。 2007年初,磷酸濃縮系統熱洗周期縮短為10~ 12天,加熱石墨換熱器的蒸汽量降到15 t/h之內。 因此,在4月份大修期間對軸流泵進行提速改造,更 換了皮帶輪,使軸流泵轉速提高至660 r/min,開車 周期又延長至14天。初始,石墨換熱器的加熱蒸汽 量可達到16 t/h,但開車僅3天后,加熱蒸汽量又開 始逐漸下降,后期加汽量不足13 t/h。     2 兩套并聯提高產量的可行性分析     目前,磷酸生產依然是制約全廠生產的瓶頸,尤其是磷酸濃縮系統的產能,決定了全廠最終產品和 主要產品DAP產量的高低。提高磷酸濃縮系統產 量的措施有以下幾種:一是提高稀磷酸中w(P2O5), 二是提高濃縮系統的小時產量;三是提高濃縮系統的開車率。     由于受磷礦質量的影響,云南礦供給不足,四川 礦、貴州礦的質量又極不穩定,且此三種磷礦的品位 均呈下降趨勢,即磷礦中w(P2O5)較低,萃取槽和 半成品稀磷酸的w(P2O5)不可能提高。另外,我廠 2套稀磷酸系統均使用轉臺式真空過濾機,其工藝 特點(即大負荷,低酸濃,高洗滌率,低消耗和低成 本運行)基本上決定了稀磷酸濃度的高低。一旦提 高稀磷酸濃度,在礦漿含水28%~30%、硫酸的 w(H2SO4)為98%的生產條件下,采取減少過濾系統洗滌水量的措施,那么洗滌率就要下降,系統水平 衡和污水平衡就要破壞,過濾系統開車周期就要縮短,勢必會浪費資源、增大消耗和成本,故通過提高稀磷酸濃度的措施來提高濃縮系統的產能,其難度較大,可行性不強,應另辟它徑。     而設法利用報廢的石墨換熱器和閑置的軸流 泵,是消除磷酸濃縮系統生產瓶頸的有效措施。其目的是提高磷酸濃縮系統的小時產量和開車率。 兩套管殼式石墨換熱器和軸流循環泵并聯使用,是我廠消除全廠生產瓶頸、磷酸濃縮系統擴能增 產最穩妥簡便的措施,分析其可行性有以下幾點:     1、軸流泵屬于強制循環,由于兩臺的揚程都很 低,它們并聯使用所產生的相互作用力都不大。     2、我國第一套磷酸濃縮裝置于上世紀60年代 中期建在南化公司磷肥廠,原設計和運行時均未設 置強制循環泵,借助位差和壓差實現自然循環。而 我廠使用強制循環泵,即使二者的揚程和流量有些 差別,依然有利于磷酸在系統中進行循環。     3、閃蒸室為負壓作業,其進口管處磷酸受到負 壓的提升,有利于2臺軸流泵和換熱器的并聯運行, 可減小阻力,增大揚量。     4、設計時將2臺換熱器出口管道的匯合口設置 在閃蒸室磷酸進口的水平短接管處,水平管段長度 不足2m,其阻力最小。     5、以前使用老軸流泵生產時,用DN800mm管 道輸送1 800m3/h時曾有富余,閃蒸室進口磷酸管 道有1/3未充滿磷酸(后來將閃蒸室溢流口抬高 后,使用新軸流泵就觀察不到這一現象)。這也是 雙套軸流泵和換熱器并聯使用的有利之處。     6、由于老軸流泵的揚程低于新軸流泵,故先恢 復老換熱器出口彎頭是為了減小其阻力,再從側面 對接新換熱器出口彎頭是為了增大其阻力,以達到 平衡二者壓頭的目的。     3 并聯使用方案     并聯使用雙套軸流泵和換熱器的原則是,在保 持新軸流泵和新石墨換熱器生產工藝基本不變的前 提下實施技術改造,使并聯使用后對生產的不利影 響降低至最小程度。其核心是設法消除兩臺軸流泵 因揚程相差1m液柱所造成的相互抵觸的現象,保 證老換熱器投用后磷酸在系統中循環正常、加入蒸 汽量正常。     3.1 兩臺換熱器出口磷酸管道并接碰口     兩臺換熱器出口的磷酸管道選定在閃蒸室磷酸 進口水平短接管處進行對接碰口。先恢復老換熱器 出口立管至水平短接管段的90°彎頭820 mm×8 mm;用盲板盲住新換熱器的出口管道,從其側面用 316L異型彎管820mm×8mm與閃蒸室水平短接 管對接。然后做好支承,以防管道震動而撕裂閃蒸室。     這是兩套換熱器和軸流泵并聯使用方案的關鍵 所在,如此并接碰口的意義在于減少管道阻力,縮小或消除兩臺軸流泵的壓差,以保證并聯使用后兩套 換熱器和軸流泵運行平穩、正常。     3.2 新軸流循環泵恢復原轉速     新軸流循環泵恢復原轉速的具體實施方案是換 上泵的原裝皮帶輪。單獨使用新軸流循環泵生產時,通過更換皮帶輪來提高轉速、提高石墨管內磷酸 流速,以達到更好的熱交換效果。而并聯使用兩臺 換熱器,是通過增大換熱面積(148m2)來提高熱交 換量的,新軸流循環泵不必提速(降低其轉速至設 計指標580 r/min),有利于減輕循環酸對石墨換熱 器下管板的沖刷程度,可起到保護換熱器的作用。     3.3 軸流循環泵進口磷酸管道并接碰口     抽掉一樓濃縮循環酸豎管上的盲板,增加一個 DN 800mm原橡膠膨脹節,即與老軸流循環泵的進口管道連通。     3.4 石墨換熱器進口蒸汽管道并口     在減溫減壓后的碳鋼蒸汽總管275 mm×8 mm上,接碳鋼支管219mm×6mm,安裝閘閥(DN 200mm、PN 1. 6MPa)及其疏水倒淋閥門和管道。     3.5 石墨換熱器出口冷凝水管道并口     在兩臺換熱器加熱蒸汽總量不變的前提下,實 施出口冷凝水管并口,二者共用原倒“U”型碳鋼管 89mm×5mm即可;并移位電導儀,共同監測冷凝 水pH值是否因石墨管泄漏而呈酸性。     3.6 恢復軸流循環泵密封水管     兩臺軸流循環泵的密封水由1臺加壓水泵供 給,按此配管,對接給排水管道和閥門。     3.7 其他檢查保養項目     1、原設備管道上的電器、儀表檢查保養。如老 軸流循環泵上2塊電流表,老換熱器上下部磷酸溫 度計、殼程中部壓力表等應處于完好狀態。     2、老換熱器檢查保養,用水試漏。     3、調試、校驗老換熱器安全閥。     4、老軸流循環泵及其電動機檢查保養,并空載 運行試車。     4 操作要點     4.1 工藝指標     在原工藝操作指標保持不變的前提下,重新確 定兩套軸流循環泵和換熱器并聯使用后的操作指標 如下:     新換熱器殼程中部蒸汽壓力 ≤60 kPa     老換熱器殼程中部蒸汽壓力≤50 kPa     新換熱器管程磷酸上下溫差2~4℃     老換熱器管程磷酸上下溫差2~4℃     新老換熱器管程上部磷酸溫差≤0. 5℃     新老換熱器加入蒸汽總量≤16. 5 t/h     1、殼程中部蒸汽壓力     為了保護管殼式石墨換熱器,通常要求其殼程 中部蒸汽壓力指標小于100 kPa。因新老換熱器的 使用壽命不同,其下管板和石墨管的磨蝕程度不一, 故我廠所確定的2臺石墨換熱器的殼程中部壓力指 標值均比較小,且不相等。     2、管程磷酸上下溫差     確定石墨換熱器管程磷酸上下溫差指標的意義 是,防止單臺或兩臺石墨換熱器加入的蒸汽量過大, 同樣起到保護設備的作用。     3、兩臺換熱器管程上部磷酸溫差     控制新老2臺換熱器管程上部磷酸溫差的主要目的是,保持各自加入的蒸汽量均衡,有利于長周期、穩定運行。新老換熱器管程下部磷酸溫度基本相同,溫差為零,故不予控制。     4、新老換熱器加熱蒸汽總量     只要保證新老換熱器殼程蒸汽壓力在操作指標范圍之內,加汽總量就可以不予控制。但考慮到閃蒸室的生產能力不大,循環酸溫度過高時就會出現暴沸現象而劇烈震動,故應予以控制。在設備能夠承受的范圍內,并聯使用新老換熱器后的最大加熱蒸汽總量應控制在多大,即濃縮系統的最大生產能力究竟能達到多高,有待進一步摸索和確認。     4.2 分汽操作     由于2臺換熱器共用1臺蒸汽流量計,因而濃 縮系統生產控制中的分汽操作很關鍵。     1、分汽原則     盡管只有1臺蒸汽總流量計,但要求做到分給 新換熱器的蒸汽流量約10 t/h,分給老換熱器的蒸汽流量約6 t/h。     2、分汽條件     待2臺軸流循環泵運行平穩后,即可開始向換 熱器通入加熱蒸汽。加汽前,應打開蒸汽總管和2 臺換熱器的疏水倒淋閥門。     3、向新換熱器加汽     由近及遠依次開啟其進汽支管蒸汽流量調節閥 FIC-303、總管減溫減壓器、總管壓力調節閥PIC- 302、總管二道閥和蒸汽總閥。緩慢通蒸汽至流量計 顯示為10 t/h左右,此時新換熱器殼程中部蒸汽壓 力約為30 kPa。     4、向老換熱器加汽     打開老換熱器進汽支管新裝的閘閥,逐漸開大 蒸汽總閥、壓力調節閥PIC-302,通蒸汽至流量計顯示為16. 0~16. 5 t/h。此時,老換熱器殼程中部 壓力為25 kPa左右。     4.3 平衡蒸汽操作     1、平衡蒸汽的意義     隨著開車時間的延長,換熱器石墨管內壁必然 產生結垢。受種種因素的影響, 2臺換熱器的結垢 程度不盡一致,熱交換效果也不盡相同,故平衡二者 的加汽量是很有必要的,既達到均衡出力的目的,又 起到保護設備的作用。     2、平衡蒸汽的依據     以新老換熱器各自殼程蒸汽中部壓力指標為依 據,保持二者中部壓力按比例升降,則加入的蒸汽量 相平衡。譬如,新老換熱器殼程蒸汽中部壓力分別 為35~37 kPa和29~31 kPa,說明中部壓力均升至 60%左右,其加入的蒸汽量是平衡的。     3、平衡蒸汽的原則     在保持蒸汽總量不變的情況下,當老換熱器殼 程中部壓力按比例高于新換熱器時,就應加大新換 熱器的蒸汽量,減少老換熱器的蒸汽量;反之亦然。     4、平衡蒸汽的操作     當老換熱器殼程中部壓力相對較高時,在中心 控制室適量開大新換熱器前支管蒸汽流量調節閥 FIC-303;反之適量關小,直到二者的壓力平衡為 止。換言之,在調節蒸汽流量時,保持老換熱器進汽 閘閥的開啟度不變,只是在控制室操作流量調節閥 FIC-303即可,不必去現場手動開閥。     5、總管蒸汽波動的操作     在生產過程中,總管蒸汽波動是在所難免,流量 波動在0. 5~1. 0 t/h之內、壓力波動在0. 05~0. 10 MPa之間均屬正常。因此,當加入2臺換熱器的總 流量高于16. 5 t/h時,參照總管蒸汽流量計的顯示 值,在中心控制室適量關小總管蒸汽壓力調節閥 PIC-302即可,直到流量達標。反之亦然。     5 效果與收益     2008年9月5日磷酸濃縮系統利用停車熱洗 的機會,按方案組織了兩臺軸流泵和換熱器并聯使 用的改造, 9月6日投入生產運行,一次并用成功。 在實際運行過程中,收到良好的效果。具體的運行 效果和收益如下:     5.1 濃縮產能明顯提高     1、因加入蒸汽量保持最大負荷所提高的產能     在開車周期滿13天后,濃縮系統的加汽量均在 15. 8 t/h左右;開滿14天后,濃縮加汽量也在15. 3 t/h左右。以平均加汽量增加1 t/h計,每天可增產 磷酸17. 33 tP2O5,折DAP37. 68 ,t每月可增產DAP 1 055 t。     2、因換熱面積增大所提高的產能     由于利用報廢的石墨換熱器,并聯使用后兩臺 換熱器的有效換熱面積增加了148m2(原石墨換熱器有效面積182m2,封堵43根后為148m2),總有效 換熱面積由275m2增加至423m2。在同樣的生產條件下,當加入蒸汽量、稀濃磷酸濃度、真空度等條 件相同時,通過理論計算和實際驗證,并聯使用后比 并聯使用前生產負荷提高了1. 1倍。以并聯使用前 一個月的濃磷酸產量8 688 tP2O5計,可增產868 P2O5,月增產DAP1 886 t。     3、并聯使用后增加的總產能     并聯使用后,每月DAP產品所增加的總產能為 1 055+1 886=2 941 t。     5.2 節能降耗效果顯著     1、因洗滌率、轉化率提高所節約P2O5的價值 由于并聯使用后石墨換熱器的換熱面積大幅增 加,濃縮系統的產能明顯提高,在不刻意增加產量的 情況下,可通過降低稀磷酸濃度,實現磷酸裝置的經 濟運行。在并聯使用期間,磷石膏洗滌率平均為 97. 57%,比并聯使用前提高了1. 23%;磷礦P2O5 轉化率平均為96. 53%,提高了0. 17%。二者總體 提高了1. 40%,每月可減少損失約30萬元以上。     2、因蒸汽單耗降低所節約的價值     在濃磷酸產量、稀濃磷酸濃度、真空度等相同的 工藝條件下,由于并聯使用后總有效換熱面積增大 148m2,熱交換效果明顯好轉,蒸汽用量可相對減 少,折耗汽量每噸P2O5可減少0. 2 t。那么,每月可 節約蒸汽約1 700 ,t價值10萬元。     5.3 有利于延長新換熱器的使用壽命 并聯使用后,新軸流循環泵的轉速由提速后 660 r/min降至原設計值580 r/min,這樣在綜合效能 均有所提高的前提下,起到了保護新石墨換熱器的 作用。新軸流循環泵提速后,新換熱器下部石墨管 板沖刷嚴重,石墨管也受到一定程度的沖刷,這個問 題一直未予很好解決。而降到原設計轉速后,新換 熱器的使用壽命必然延長,究竟能延長多長時間,有 待進一步驗證。     5.4 濃縮開車周期有所延長     并聯使用后,因石墨換熱器熱交換面積增幅較大,濃縮系統的開車周期必然延長;但新軸流循環泵的降速,又會加快換熱器的堵塞和殼程蒸汽壓力 (俗稱中部壓力)的升高,而導致濃縮開車周期的縮短。故受綜合因素的影響,濃縮開車周期的延長不是很明顯,換熱器加熱蒸汽量保持在14 t/h以上,開 車周期達到14天又5小時,這也是前所未有的。     如果新軸流循環泵的轉速提高至并聯使用前660 r/min,那么并聯使用后濃縮裝置的開車周期還會有所延長。     5.5 有利于減輕工人的勞動強度     從并聯使用后生產運行狀態來看,工人的勞動 強度明顯下降。原使用一臺換熱器時,其殼程蒸汽壓力始終處于高限運行,蒸汽稍有波動,就必須調 整,否則殼程壓力超標。若長期超標,有可能導致石墨管損壞。而兩臺石墨換熱器并聯使用后,殼程壓力處于較低值,生產彈性大,蒸汽波動對其影響不 大,故工人的調節頻次明顯減少,勞動強度明顯減 輕。     6 總結與評價     1、實踐證明,磷酸濃縮系統用不同揚程的軸流泵并聯使用方案是可行的,技術是成熟的。雙套軸流泵和換熱器并聯使用后,運行平穩,濃縮生產正 常,其意義不同尋常。     2、本次并聯使用的改造費用約5萬元,每月增加運行費用不足1萬元,而每月的收益遠遠高于6 萬元。     3、并聯使用后每月可增產DAP 2 941 ,t增加效 益約150萬元(以2008年9月份二銨成本和市場價 計);或降低稀磷酸濃度后,提高磷石膏洗滌率和磷 礦轉化率計1. 4%,每月可減少P2O5損失價值30 萬元;或節約蒸汽1 700 ,t價值10萬元。三者不可兼得,可擇其一予以經濟運行。     4、報廢和閑置設備再利用后,還有利于保護新石墨換熱器,有利于延長濃縮系統的開車周期,有利于減輕工人的勞動強度,其綜合效益較好。     作者介紹:屈戰成(1970-),男,陜西華縣人,在讀碩士,主要從事生產技術管理工作。 
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