12万吨年磷酸扩能方案.docx
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12万吨年磷酸扩能方案
12万吨/年磷酸扩能整顿方案
一、概况：
广西鹿寨化肥有限责任公司240Kt/a的磷酸二铵工程是国家“八五”、“九五”重点建设项目，在2000年4月份装置开始进行投料试车，经过4年时间的生产运行，从2003年8月份开始，公司各装置生产保持连续、稳定，基本上达到设计生产能力，企业逐步走上正轨。
但整个公司的基建投资过大，产品单一，质量不稳定,在市场上的竞争力不足。
为改善目前状况，公司在2005年新建一套100Kt/aMAP装置，并于2005年6月份投产,同时也对磷酸装置球磨机,浓酸澄清工序等进行了改造,通过近一年时间生产的运行，现有磷酸装置的生产能力很难同时满足DAP装置和MAP装置正常生产。
磷酸装置年设计120Kt/a，采用美国Raytheon公司的Badger二水湿法磷酸工艺，设计每年运行300天，每天生产能力为400tP2O5。
2004年底对球磨机进行了改造，2005年六月底浓酸澄清槽投入使用后，磷酸产量和磷回收率有了较大提高，2005年磷酸产量为13.56万吨，全年运行306天计算，平均每天产量为443吨，其中在10月份产量最高达到1.3万吨，平均每天产量为473吨，磷总回收率年平均达到92.6%,但随着磷矿品位下降，磷矿中MgO、酸不溶物等杂质含量上升，磷酸产量、磷回收率及磷酸装置开车率受到影响，2006年1~5月份相比2005年下半年产量有了较大下降，各项消耗指标呈上升趋势，因此，根据2005年编制的磷酸扩能方案和近一年生产中出现的各种问题，对磷酸装置工艺、设备进一步进行整顿改造，以提高、并稳定磷酸装置生产能力至150Kt/a。
二、磨矿工序
1、原料系统
磷酸装置生产使用磷矿主要从云南、贵州两省采购，用火车运至厂内人工卸车，经装卸桥转运至露天堆场贮存。
磷矿堆场设计50m×140m，堆存能力3~4万吨磷矿，贮存的能力30天左右，扩至150Kt/a后消耗的磷矿将上升到1800t/d,贮存能力在23天左右，能满足生产要求。
但现在进厂磷矿点多，磷酸生产时需配矿，目前堆场堆存面积难以同时满足贮存和配矿的需要。
在生产中采取对原料进场分区定点堆放，由中化定期对分区堆放磷矿进行分析，根据分析结果进行配矿生产，但是进场同一家供货商的磷矿质量存在波动，同时人工采用抓斗根据分区堆放的磷矿按一定比例配矿也不理想，因此，进磨机的磷矿不能做到有效均矿，磷矿的质量波动比较大，对生产带来一定影响。
原料磷矿的卸矿采用人工从火车卸下铁轨旁卸料坑中，原设计采用两台装卸桥进行磷矿转矿，并同时供应球磨工段生产所需要的磷矿，装卸桥抓斗容积设计3m3,每抓5t，扩能后两台装卸桥的能力将难以同时满足75.1t/h（干基）的磨矿及每天1815t转矿、均矿要求，为了做好磷矿的均矿工作，建议上一套均矿系统，具体方案下一阶制定
2、湿磨工段
2.1、球磨机的磨矿能力
球磨机经2005年改造后实际运行参数如附表1所示。
根据物料衡算,磷酸装置产量为500t/d时要求磨矿量为75.1t/h（干基），实物矿83.4t/h（水分10%、P2O530%），球磨机的原设计磨矿量为75t/h，但矿浆细度要求低，过35目96%，200目50%。
在球磨机改造后2005年平均磨矿65.5t/h（干基），实物矿为72.8t/h，2006年1-5月平均磨矿66.6t/h（干基）,实物矿为74t/h，矿浆细度35目能达到98%以上，过100目86%，200目62%,从目前生产情况来看，要同时保证现有磨机在磨矿量及矿浆细度都要达到生产需要，并保持长周期稳定生产是难以实现的。
而矿浆细度偏低是导致反应工段不溶磷偏高的一个因素,因此，现拟从老厂调用一台生产能力16t/h的球磨机,通过增加相应工艺、设备来补充原球磨机生产能力不足，这样可以适当降低原球磨机的负荷，从而保证从球磨机出来矿浆细度，同时也能满足15万t/a磷酸产量需要矿浆。
表1球磨机能力（122~125A）
总计h
开车时间h
开车率%
粒度
矿量t（实物矿）
平均t/h
影响原因
200目%
100目%
2005.1
744
660.5
88.77
61.00
87.5
44685
67.7
过滤滤布跑偏严重,临时停车多次.
2
672
589.3
87.69
60.20
87.46
41771
70.9
过滤滤布跑偏严重,临时停车多次.
3
744
604.7
81.27
61.01
87.34
43617
72.1
浓缩喷头堵,系统停车次数增多.
4
720
611.6
84.94
61.65
87.99
43561
71.2
4日排反应器24h,无低压蒸汽５1ｈ．
5
744
702.3
94.39
64.49
88.78
43292
61.6
稀酸清理36h，电仪5h。
碎球.
6
720
447.6
62.17
62.35
87.04
29455
65.8
外界无低压蒸汽194h，大皮带打滑。
7
744
673.6
90.57
57.06
81.74
51624
76.6
稀酸清理18h，堵矿严重。
8
744
613.6
82.47
59.43
83.26
48072
78.3
甩球70h，过滤机故障20h无电10.5h.
9
720
556.1
77.24
63.29
88.09
46454
83.5
清理45.5h,稀酸槽满15h,限电17.5h
10
744
616
82.79
61.81
86.76
48627
78.9
系统清理67.1h,GA-1202电缆烧坏8h.
11
720
490
68.05
62.40
86.5
35896
73.3
清反应器结垢36h.
12
744
641.1
86.17
64.54
88.84
47496
74.1
系统清理32h,过滤机防磨带断11h.
累计
365天
300天
524550
年均
82.21
61.60
86.78
72.8
2006.1
744
641.1
86.17
64.54
88.84
47496
74.1
稀酸清理32h,浓缩停车65.5h.
2
744
512.3
68.86
61.60
84.61
36617
71.5
年度检修120h,稀酸满43h,浓缩停196h.
3
744
650.7
87.46
57.87
80.82
50328
77.3
系统计划26h,临时16h,浓缩84h
4
720
630
88.47
62.87
87.8
47215
74.9
甩球32h,系统28h,过滤托辊30h
5
744
664.1
89.26
63.35
88.02
48038
72.3
系统清理42h,浓缩清理84h.
平均
84.04
62.05
86.02
74.02
2.2、矿浆细度
从球磨机出来的矿浆细度主要与原矿细度，球装载量，球径比及磨矿量有关，2005年9月份平均每小时磨矿为83.4t/h（实物矿），矿浆细度仍然100目为88.09%，200目为63.29%，仍能满足生产要求，因此，只要保证球磨机内钢球的充填率和球径比，做好定期甩球工作，然后在原料上进场磷矿细度做好保证，矿浆细度能满足要求。
3、主要设备和管线能力估算
3.1、矿浆贮槽
①、贮存能力
如表2所示，磷酸装置原有矿浆贮槽有效容积约180m3，产量增加到150Kt/a后进反应器矿浆每小时约65m3/h，矿浆贮存仅2.8小时，在设备有故障时缓冲时间偏小，为提高球磨机的开车率及充分发挥其磨矿能力，根据现场情况，增加一个φ8000×8000矿浆贮槽，容积为350m3提供贮存约4.5小时，加上原有贮存能力共8小时，生产正常时保持贮槽高液位，在磨矿工序设备有故障时通过及时处理，可以减少稀酸系统停车。
表2：
贮存能力
名称
规格尺寸
有效容积（m3）
贮存时间（h）
备注
矿浆贮槽
φ6700×6100
180
2.8
新增矿浆贮槽
φ8000×8000
350
4.5
②、设备布置
如总布置图所示：
③、工艺流程
从球磨机出来矿浆用泵PP-1101送到矿浆贮槽MF-1102,再通过矿浆泵PP-1102输送矿浆进反应器，当矿浆贮槽满时通过阀门切换矿浆进新增矿浆贮槽MF-1103,再通过原矿浆泵输送反应器。
3.2、矿浆泵。
原矿浆泵输送采用变频控制，球磨工段总共4台矿浆泵，矿浆泵PP-1101A/B的输送能力要求不变，因此，不需增加。
矿浆贮槽出口PP-1102A/B两台泵设计能力为62m3/h，从现场生产情况来看基本上能够满足扩能后约65.5m3/h的矿浆流量要求，同时也可以采用开两台矿浆泵来保证矿浆流量。
三、反应工序
1、反应器的停留时间
磷酸装置的核心设备为美国EKATO公司Badger等温反应器，规格尺寸为￠9144×16370，容积800m3，有效容积560m3，填充率70%。
原设计反应停留时间4小时，过滤给料槽0.5小时，但在实际生产中由于反应料浆含固量仅33%左右，不能达到原设计的35~40%，如表2所示，现所停留时间仅3.5小时左右。
磷酸产量增加到150Kt/a后反应器每万吨生产能力利用容积37m3,停留时间约3.2小时，缩短反应时间对结晶不利，影响反应器石膏的结晶及磷回收率，增加一个养晶槽φ8000×7000，容积为310m3约1.4小时停留时间，让总停留时间达到设计值4.5小时，来进一步改善磷酸装置生产工艺状况。
表2：
料浆含固量（%）
反应停留时间（h）
给料槽停留时间（h）
养晶槽（h）
总停留时间（h）
每万吨P2O5容积
120Kt/a
35~40
4
0.5
/
4.5
46.7
135Kt/a
31~35
3.6
0.44
/
4.1
41.5
150Kt/a
31~35
3.2
0.4
1.3
4.9
37
2、养晶槽布置如附总图所示
2.1、工艺流程
反应料浆从反应器溢流至新增养晶槽，料浆设计在养晶槽停留一个半小时，通过溢流至过滤机给料槽，通过过滤给料泵送至过滤机分离，增加一台排料浆泵，槽需要排空时通过新增料浆泵排至给料槽中。
再通过给料泵送到过滤机过滤。
3、反应器的热量移除
3.1、热量移除工作原理
Badger等温反应器上部设计成一个气液分离器，对于矿浆和硫酸的反应热及稀释热是通过水的真空闪蒸冷却来移除，现反应器水蒸发量约20t/h，表面蒸发强度315Kg/m2，产量增加到150Kt/a时，进入反应器的矿浆和硫酸增加,需要移走的反应热及硫酸的稀释热增加。
反应器的热量移除主要是通过真空闪蒸冷却蒸发水分带走，水蒸汽通过进入大气冷凝器的冷却水冷却保持真空。
当环境温度高时进大气冷凝器水温也升高，需要适当增加冷却水量来维持真空。
根据热量平衡计算原每天产量410t/d需要蒸发的水为20t/h，增加到500t/d以上时，需要蒸发的水大约26t/h，如进大气冷凝器的冷却水以30℃，出口65℃计算，则冷却水需要430~460m3/h。
现已对大气冷凝器系统及相应管线进行了改进。
四、过滤工序
1、磷石膏带式过滤机能力挖潜
反应料浆用过滤机给料泵送到带式过滤机过滤进行固液分离,过滤机有效过滤面积105m2，从现在运行情况来看,过滤还有较大富余能力,在贵州宏福公司400Kt/a磷酸装置,其采用翻盘式过滤机的面积198m2,每万吨生产能力的过虑面积4.95m2。
磷酸扩至150Kt/a后,每万吨生产能力的过滤面积达到7m2,且带式过滤机的边壁效应要小一些,同等结晶、同样过滤面积的生产强度要比翻盘过滤机大，因此，现有过滤机的过滤面积能够满足生产要求，同时也可以采取一些挖潜措施来提高过滤强度。
1.1、降低过滤机的转速，提高滤饼的厚度。
过滤机电机驱动采用的是变频调速，可以通过调整皮带转速来控制滤饼的厚度，根据经验，石膏结晶好时滤饼的厚度可以到50mm，主要原因从机械上来说同样的生产负荷，皮带的转速慢，设备使用寿命延长；从工艺来说结晶好时滤饼太薄容易形成穿滤，造成稀酸中的含固量增加，过滤洗涤的效果反而更差。
1.2、在反应料浆中添加絮凝剂，提高过滤强度。
通过在过滤料浆管线中加入絮凝剂，具有分散电荷的长链分子组成的絮凝剂，可捕集并包裹带有相反电荷的杂质，这些杂质聚集成絮凝物后便不再堵塞滤饼的过滤通道，从而达到提高过滤的洗涤效率并降低稀酸中含固量的目的。
在过滤工段加入絮凝剂的用量，一般为1m3过滤料浆加入几升这种稀溶液可大大提高过滤速率，有可能产生这种提高过滤速率作用是因为无定形二氧化硅受到包裹。
同时通过在过滤系统中加入絮凝剂可减轻滤布堵塞，延长滤布使用寿命。
1.3、把目前过滤机石膏滤饼的三次逆流洗涤改为二次逆流洗涤，这样就可以节约一次洗涤过滤面积，以提高过滤的生产能力。
通过停开PP-1304泵，开PP-1303泵，同时现有PP-1303泵出口管线为一开一备，可以同时利用两条管线并适当调整洗水分配箱保证洗水分布均匀。
而且在满足一定的前提下由于洗涤的浓度梯度加大，二次洗涤的效果比三次洗涤更好。
1.4、延长过滤清理周期，在真空盒外加蒸汽夹套管保温，减少由于温差造成管道结垢，同时也可减少现低压蒸汽加入到稀酸中，造成稀酸浓度和过滤真空度的损失。
2、过滤系统各种流体输送设备（泵）能力的调整
2.1、石膏浆泵及石膏浆输送系统
石膏浆原设计含固量≤25%，用两台石膏浆泵串联送到渣场库区沉降、压密、脱水，澄清水进入回水池后用回水泵送回磷酸主装置反应大气冷凝器、石膏浆槽化浆循环使用。
目前生产中石膏渣浆的含固量控制在20%左右，如含固量提高会增加渣管出口压力、介质的粘度，鉴于渣管现有生产运行情况，石膏渣浆的含固量应控制在20%左右。
根据计算，磷酸产量150Kt/a时，磷石膏量为103t/h（干基），以含固量20%计算时石膏浆为515t/h，约470m3/h，现有一组磷石膏浆泵的能力400m3/h，难以满足生产要求，生产操作时可以把石膏浆泵由原来的一开一备改为两组同时开，以保证石膏浆的输送。
同时通过对过滤机磷石膏排料口进行改造，磷石膏可以在进行湿排的同时一部份进行干排，以减少进入石膏浆槽的磷石膏量，从而减轻石膏浆泵输送量。
石膏浆输送的出口管径为DN300，由于渣场子坝不断加高，石膏浆泵出口管压力增加到0.8Mpa,受开停车和温度变化的影响，厂区段内的输渣管经常暴管使磷石膏输送无法进行，更由于输渣管深埋于平均深度为1.5m的地下，维修处理难度较大和需要时间较长，渣场回水也不回厂区生产装置物质循环使用，造成磷酸装置、氟化铝等装置被迫减负荷生产甚至停车，同时生产污水没办法送到渣场，直接进入磷酸循环水系统，污染了冷却水，造成设备、管道结垢，产量增加到150Kt/a时，石膏浆流速达到1.85m/s才能满足要求。
生产能力增加后，开两组石膏浆泵时，泵出管线压力还要相应增加，因此，需要对现有厂区内渣管进行改造。
2.2、改造方案简介：
①、改造范围，从磷石膏输渣管出口（坐标X8788.349,Y22837.60）到硫酸厂600#污水中和处理岗位后面的运渣大门（坐标X9193.585,Y22149.978）。
全长850米大部份管道走向埋面500mm下根据现场的实际情况部份管道走向进行适当的修改，取消原设计的一些弯头，减小管道阻力，管道材料采用DN300的钢骨架塑料复合管，管段设置橡胶膨胀节，消除管道应力可能对管道的产生的破坏。
②、改造方法，主要分四段进行：
1、从渣泵出口到二铵界区，设计上考虑避开磷石膏干排场地的影响。
2、过两铁路涵洞，设计上考虑用管墩提高管道至涵洞天花板下，原管道八个弯头利用钢骨架塑料复合管绕性特点通过管道慢慢放坡，将其全部取消，改为直管。
3、在硫酸厂原料堆场东头至原料大棚东北角止，取消原管道五个弯头，并在原料大棚东北角设一个管井，原料大棚到600#区间路口多，管道不便埋地，根据实际情况，该区管道漏很少，故不对其进行改造，没用原管道。
4、输渣管道在硫酸厂600#过完马路后引出地面，一直到厂区运渣大门值班室后面对进和地下与原管道连接，根据情况，取消部份设计的弯头。
③、改造总投资约80万元。
2.2、过滤给料泵
从过滤给料槽出来的料浆用给料泵送到过滤机分配箱经过滤机过滤，原设计料浆给料泵为一开一备，泵的流量190m3/h，产量增加后，料浆给料流量达到200m3/h,因泵设计时留有一定余量，所以现有料浆给料泵基本上可以满足生产需要，但是考虑到磷酸扩能至150Kt/a必须要保持稳定生产，且生产中料浆流量会有一定的波动，所以要求泵的能力也要有一定的余量，因此，具体根据今后生产中实际情况再确定是否增加一台备用泵。
2.3、热水泵
装置原有热水泵的设计能力为450m3/h，现已增加一台150m3/h热水泵能够满足生产要求。
2.4、稀酸产品酸泵
装置原设计产品酸泵能力为65m3/h，一开一备2台泵，产量增加后保括返回反应器的淤渣，泵出口流量要求为83m3/h。
因泵设计时留有一定余量，一台泵能够满足要求，操作时可以同时开两台泵，具体根据今后生产中实际情况再确定是否增加一台备用泵。
2.5、返酸泵
装置原设计返酸泵能力为120m3/h，一开一备2台，产量增加后泵出口流量为133m3/h，现已增加一台170m3/h泵备用，操作时可以采用二开一备保证生产的运行。
2.6、真空泵PV-1205、1305
根据物料衡算反应器需要通过PV-1205排入大气的CO2和空气量为m3/h，设计为9400m3/h，因此，真空泵能满足生产。
2.7、其它设备如硫酸输送泵、洗涤泵、洗涤加压泵等及其相关管线、辅助设施，根据物料衡算，能满足扩能后的要求,不须作改动。
表3稀酸系统主要泵一览表：
序号
名称
设计流量
120Kt/a
135Kt/a
150Kt/a
备注
1
石膏浆泵m3/h
400
340
382.5
490.30
2
过滤给料泵m3/h
190
137
154
223.80
3
热水泵m3/h
450
275
309
343.75
4
新增热水泵m3/h
150
150
150
150
5
PP-1301m3/h
65
52
58.5
62.46
6
返酸泵m3/h
120
82
92.3
126.06
7
PV-1205m3/h
9200
6570
7391
8212
8
PV-1305m3/h
9200
9200
9200
9200
9
硫酸输送泵m3/h
52.5
25
28
32.51
五、浓缩工序
1、浓酸产量
由于采用料浆法生产MAP使用的是浓磷酸淤渣和稀磷酸，没有影响到浓缩系统负荷，在四月份对PP-1402泵皮带轮进行改造后浓酸产量增加了约2m3/h，每小时产量可以达到20m3/h，浓酸产量能满足生产要求。
2、氟吸收系统
磷酸装置浓缩氟吸收系统长期以来运行不理想，氟吸收塔喷头、循环管、雾沫分离器液相收集管易堵塞，氟硅酸产量低，不能满足氟化铝装置的正常需要。
为了解决上述问题，主要从以下几个方面进行改进。
2.1、恢复原设计氟吸收塔喷头，保证洗涤液分散喷淋，并适当提高氟硅酸循环泵流量，以提高氟吸收效率。
2.2、恢复循环槽连续补水、连续排酸的操作方式,现生产上采用间歇操作，氟硅酸浓度波动大，由于四氟化硅的蒸汽压随着浓度增大而增加，浓度大时四氟化硅吸收不完全，在氟吸收雾沫分离器及后序管线上析出，堵塞管线和设备。
2.3、增加氟硅酸旁路过滤系统，在氟硅酸循环泵出口增加旁路管，少部份氟硅酸通过氟硅酸过滤机过滤，清液流入氟硅酸循环槽，过滤硅胶采用人工拉走，通过连续操作降低氟硅酸中硅胶含量，减少喷头和管线堵塞。
氟硅酸过滤具体方案与厂家联系后再确定。
2.4、四氟化硅的蒸汽压随着温度的增高而增高，在温度低的情况下，对四氟化硅的气体吸收有利，另外从氟硅酸溶液（洗涤液）上方的氟含量可看出，当溶液高于60℃时的氟含量显著增加，氟气体较难吸收。
因此，下一步视情况增加一台换热器，氟硅酸通过换热器与循环水系统来的冷却水进行换热降温至55℃以下后，进入氟吸收塔洗涤，通过适当降低氟硅酸温度，来提高氟吸收效率减少硅胶析出。
2.5、矿中活性SiO2少，逸出HF和SiF4，的摩尔比大于2：
1时也可以减少堵塞，另控制浓酸P2O5浓度在48%以上，以提高酸中氟逸出，氟硅酸管线堵塞情况会大减轻。
六、澄清贮存工序
1、稀酸澄清、贮存
根据有关稀酸澄清试验，稀磷酸浓度低，淤渣沉降速度快，沉降1天后磷酸含固量变化很小，1~3天即可完成。
现从过滤来稀酸直接进稀酸澄清槽，澄清仅12小时，澄清酸溢流到稀酸贮槽后送去浓缩系统生产或送到界区外，澄清时间短，稀酸中细小的结晶颗粒未长大，在浓缩生产中会继续析出，并造成换热器石墨管易堵塞，缩短浓缩系统清理周期。
现拟增加一个陈化槽，含有部分悬浮固体物质的过滤稀磷酸，先经陈化槽陈化14小时后，使固体颗粒长大，从而加速稀磷酸固相物的沉降速度，然后进入澄清槽澄清12小时，进行自然的液固分离，上层清酸溢流到稀酸贮槽，送至浓缩系统，下层淤酸返回反应器或过滤给料槽。
如表一所示2005年和2006年1-5月因稀酸涨库原因造成稀酸系
统停车的时间分别为271.5小时和81时。
表一
月份
稀酸涨库停车
时间（h）
原因
2006.05
16
浓缩清理
4
0
3
5
浓缩清理
2
50
二铵振动筛问题
1
10
浓缩清理
合计
81
2005.12
2.5
浓缩清理
11
45
浓缩泵进口管漏,清理
10
18
浓缩清理
9
15
浓缩清理
8
18
浓缩清理
7
7
浓缩清理
6
62
动力问题无低压蒸汽,清理
5
33
浓缩清理27h,无蒸汽6h
4
6
浓缩清理
3
47
浓缩氟吸收喷头堵清理次增多
2
12
浓缩清理
1
6
浓缩清理
合计
271.5
新增陈化槽除了使稀酸细小结晶长大，以便在稀酸澄清槽中除掉淤渣外，在设计上考虑稀酸可以直接送去界区外供DAP或者MAP生产，作为稀酸贮槽来使用，提高稀酸系统开车率及装置的存酸能力。
表2澄清工序主要酸槽一览表
序号
名称
容积（m3）
贮存时间（h）
备注
1
MF-1501
1000
12
陈化+澄清共26小时，
贮存共30小时。
2
MF-1502
1140
16
3
新增陈化槽
1140
14
4
MF-1504A/B
950
47×2=94
5
MF-1508
965
45
6
浓酸淤渣槽
320
64
2、浓酸澄清、贮存
2.1、浓酸贮存
原设计有二个浓酸槽贮存，A槽用于贮存浓酸，B槽用于贮存浓酸淤渣，一个浓酸贮槽贮存时间为48小时，现正在建一个8米浓酸淤渣槽专门用贮存浓酸淤渣，两个浓酸槽提供可以提供96小时贮存时间，能满足生产需要。
2.2、浓酸淤渣过滤
随着磷矿品
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