磷酸装置堵塞渣浆成功清理方案及预防措施

2022-09-12

我公司磷酸装置反应过滤工段设计产能为400kt/a, 湿法排渣, 首次使用当时为国内单台最大面积240m2的转台过滤机, 于2011年7月建成投料试车。在2013年9月以后因磷石膏渣浆管堵塞输送流量从最初的1000m3/h下降到650m3/h, 渣浆泵出口压力相应从最初的0.8MPa升到0.95MPa, 导致磷酸装置不能满负荷生产。

1 渣浆管的设计情况

石膏再浆泵设计为一开一备, 泵进出口阀为电动刀闸阀。磷石膏管道总长度4640m, 分为三段。其中在工厂界区内管道材质为钢衬胶、公称直径DN500, 长度880m, 安装在管廊内, 法兰连接, 一开一备。厂区外至途中一山梁顶处为钢穿插管, 外壁为碳钢、壁厚9mm, 内管为高密度聚乙烯管、壁厚10mm, 长度1225m, 埋地铺设。此段管道走向是埋地先下行穿过园区污水处理厂, 后顺着山坡向上延至山梁最高点。最后一段为山梁最高点到渣场排放口管道, 材质PE, 长度2535m, 埋地铺设。

2 堵塞原因分析

经拆开厂区内多处法兰, 发现管内沉积物表面覆盖有约2~3mm的黑色垢块, 表面光滑致密, 下层大部分为白色颗粒状, 较松散。沉积物有两个显著特征, 一是管内沉积物均附着在管道底部, 侧面及顶部只有极少量。二是顺着管道流向沉积物的厚度越来越薄, 在泵出口水平段最厚处占了直径的二分之一, 出厂界区处约占管道直径的三分之一。

从析数据可看出, 白色粒状主要成分为硫酸钙, 管道堵塞的主要原因是磷石膏沉积所致。2013年9月再浆泵及泵膨胀节故障频发, 进出口阀自试车以来不能正常工作, 发生故障后需停车抽堵盲板, 才能启动备用泵, 此过程往往达4~6小时, 管道内的磷石膏沉积在管道底部。生产过程中其它盐类析出, 生成成分复杂的黑色垢块覆盖在其表面。

3 管道清理

(1) 化学清洗因在管廊中拆卸不方便且担心机械清理损伤衬胶, 首先考虑使用化学清洗。在接近工厂界区处拆开渣浆管与渣场回水管弯头, 并制作“U”管相连, 使其以石膏再浆槽为中心形成闭路循环。经过几次对渣浆管进行化学清洗, 清洗后流量略有上升。但因清洗温度不能保持在80℃、循环时间短等原因未达到预期效果。

(2) 机械清理 (1) 人工清理。工厂界区内管道拆开法兰后, 使用自制的长柄铁铲清理, 因顾忌损伤橡胶衬里, 效率相当低下, 多数管道标准长度为6m及12m, 管道中部根本无法用力。经过试验后, 只能放弃。

(2) 高压水枪清理。借鉴公司使用高压水枪清理其它管道的方法, 经多次现场试验, 在水压30MPa下, 距胶板50mm以上时对胶板无损伤, 可有效清除垢块, 只是效率偏低, 耗时较长。

为保证高压水枪喷头距橡胶衬里在50mm的安全距离以上, 特制固定喷头的不锈小车, 小车四面安装轮子, 利于小车在管内滑动, 如下图。特制的高压旋转喷头高压水喷出方向向后呈45°, 利用水反作用力带动小车向前进, 同时将冲散的沉积物冲到管外。

(3) 利用PIG (管道清理器) 清理。工厂界区内的管道清理完成后, 渣浆管输送流量也仅达750m3/h, 在衬胶管与钢穿插管处安装压力表, 其压力与泵出口均达0.95MPa, 表明在压力表以后的管道应还有堵塞情况。但位于工厂界区外的管道, 埋地铺设, 加之中部无法兰, 管道较长, 不便于检查, 同时使用高压水枪清理受限于高压水管长度。

经与专业的管道清洗公司沟通, 比较多种清理清洗方式后, 决定采用价格较低, 耗时短的PIG (清管器) 清理后端管道。所选用PIG采用收缩性强、强度高的特殊聚氨酯材料制成, 外形如子弹, 外壁带有如牙刷状的钢丝刷。

PIG清洗技术以清除管道内结垢、沉积物或异物为目的的一门技术。其工作原理是把PIG放进发射器后, 发射介质在PIG前进方向产生压力差, 形成前进推力, 使PIG沿管线前进, 在运行过程中, PIG稍有变形。PIG本身或其附件在关内不断与管壁的积垢接触, 对积垢进行挤压、刮削、冲刷、振动破碎, 清除管道内的结构、沉积物和异物。与此同时, 介质在通过PIG表面与管内壁形成的间隙时会形成高速环隙射流, 在它的作用下, 前面会形成类似真空的区域, 有利于PIG的运行, 并对所刮削下来的垢渣进行冲击、搅拌, 并及时排出管外, 有效地防止了垢渣在管内的堆积, 避免了堵塞现象的出现。

渣浆泵送出的清水为PIG的推动力。在钢穿插管前制作“Y型”不锈钢三通, PIG加入口加盲板密封, 便于PIG快速放入。

为避免PIG卡在渣浆管内, 先放入DN200的PIG, 同时在PIG后端加信号发射器, 通过管外的信号接收机检测PIG的在管内具体位置, 以防万一。放浆口安装一个铁丝网, 便于捕捞通过渣浆管的PIG, 通过观察PIG受损状态分析渣浆管清理情况。在一种规格PIG从放浆口排出后, 再放入稍大一型号的PIG。经过5天的清理, 最后通过管道的PIG到DN400, 此时渣浆泵出口最大流量已经增至950m3/h, 出口压力为0.88MPa, 已完全满足生产要求。