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    磷酸装置设备与管道布置特点分析.pdf

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    磷酸装置设备与管道布置特点分析.pdf

    乐 珍磷酸装置设备与管道布置特点分析 29 磷酸装置设备与管道布置特点分析 乐珍 北京中寰工程项目管理有限公司武汉分公司武汉430073 摘要 结合实际工程经验,从磷酸装置的工艺、设备及管道布置、设备吊装、管道材料等方面进行总结和 探讨,供后续同类装置设计参考和借鉴。 关键词 磷酸装置设备及管道布置设备吊装管道材料 二水法磷酸工艺因技术成熟、操作稳定可靠、 对磷矿的适应性强等优点,在大型磷酸装置工艺 中占主导地位,目前二水法生产的磷酸约占世界 湿法磷酸生产总量的85%。针对该工艺,结合工 程经验,简介磷酸装置的工艺、设备及管道布置 特点以及设备吊装、管道材料等方面的体会。 1工艺流程简介 磷酸装置一般由六个工序组成,各工序工艺 流程在下面叙述中分别介绍。 1.1磨矿或矿浆制备工序 根据原料矿的不同,工艺也有所不同。若选 用的是精矿,则直接将精矿配浆送到反应槽中; 否则需先将原料进行磨矿,然后再配浆并送到反 应槽。 1.2反应和低位闪冷工序 磷矿浆、硫酸和磷酸在反应槽中进行化学反 应,生成二水物硫酸钙CaSO 2H 0结晶和 磷酸。反应产生的热量使反应料浆温度升高,为 了得到稳定的二水物硫酸钙结晶,必须将反应料 浆送人闪蒸冷却系统进行循环。反应料浆从反应 槽溢流到带搅拌器的消化槽中,使磷石膏结晶长 大、反应料浆熟化后,再经过滤机给料泵送往过 滤工序。 1.3过滤工序 反应料浆在过滤机中进行过滤,将磷酸与磷 石膏分离后,稀磷酸送至罐区储存,磷石膏作为 生产DAP或者其他副产品的原料。 1.4浓缩和氟回收工序 来自稀酸储槽的稀磷酸,进入浓缩强制循环 蒸发回路,使水分蒸发。浓缩后的部分浓磷酸被 送至罐区进行储存,大量循环酸留在浓缩循环回 路中继续循环。闪蒸室逸出的蒸汽中含有氟化物 和PO 雾沫,经过旋风除沫器分离雾沫后依次进 入第一氟吸收器和第二氟吸收器进行氟吸收。 1.5尾气洗涤工序 来自反应槽、消化槽以及过滤机的尾气,经 第一洗涤塔和第二洗涤塔两级洗涤后,尾气含氟 量符合环保标准,由洗涤塔顶部的排气管排人 大气。 1.6酸贮存工序 酸罐区内一般布置有稀磷酸澄清槽、浓磷酸 澄清槽、氟硅酸贮槽等。来自过滤工序的稀磷酸 经过滤酸泵送到稀酸澄清槽,澄清后上部的澄清 磷酸被送到浓缩工序进行浓缩;浓缩后的磷酸在 浓磷酸澄清槽中澄清后送至贮罐;而来自浓缩工 序的氟硅酸被送至氟硅酸储槽。 2装置布置 2.1装置布置要点 按照工艺流程顺序和同类设备相对集中布置 的原则,可以将磷酸装置划分成不同的区域。由 于矿浆含固量很高,矿浆管极易堵塞,因此磨矿 工序要紧靠反应槽布置;过滤机给料泵送人过滤 机的进料管线中也含有固体介质,需保持最短的 距离,并设置坡度,故过滤工序也需靠近反应槽 布置;经过滤机过滤后的稀酸,通过管廊送往稀 酸储槽,澄清后再送往浓缩工序,浓缩后的浓酸 将返回浓酸储槽,因此过滤框架、稀酸储槽、浓 缩框架、浓缩储槽需依次靠近布置,并用装置内 乐珍工程师。2003年毕业于江汉大学过程装备与控制工程。主要从事设备与管道布置设计。联系电话13476164662,Email 287337098qq.tom。 30 CHEⅣⅡCAL ENG_INEER G DESIGN 管廊将几个部分连接起来。装置布置方块图见 图1。 图1装置布置方块图 2.2设备吊装 1装置布置时,首先应在框架和反应槽的 周边预留足够的区域作为吊装区域,并保证吊臂能 够到达指定的位置。 2布置在框架里的设备,应根据设备的制 作方式来确定吊装方案,若设备是整体吊装,则 需在框架上预留吊装孔或采用其他吊装方案;若 设备是在框架上直接制作,则无需考虑设备整体 吊装的方案。 3带有插入管的设备,设备吊装前,必须 先将插入管安装好,否则待设备就位后,可能因 为楼层高度的限制,导致插入管无法正常安装。 4石墨换热器一般布置在钢结构框架上, 为了方便石墨换热器的吊装,钢框架周边需预留 吊装区域,并将框架吊装侧支撑面以上所有楼面 梁设置成活动梁,待设备就位后,再将活动梁安 装就位。 2.3消防通道及检修通道的设置 1装置应设置主要通道及环形消防车道。 2反应槽、消化槽与过滤框架、浓缩框架 之间以及罐区内储罐搅拌器平台之间均应相互连 通,便于操作人员巡视、操作和维修。 3设备布置和管道布置要点 3.1设备布置 1反应工序中,消化槽搅拌器工作时,振动 较大,当反应槽出El与消化槽进口相连时,两管 口之间直接用膨胀节相连,避免因振动而破坏混 凝土管口。设备布置时,应根据膨胀节的长度来 确定反应槽和消化槽之间的相对距离,同时需根 据反应槽底板的厚度以及支撑标高来确定消化槽 的支撑高度,使两设备管口能够顺利对接。 2闪冷框架中预冷凝器、预洗涤器、冷凝 器、冷凝器除雾器以及浓缩框架中第一氟吸收器、 第二氟吸收器等设备都有真空度俗称大气腿 的要求,设备布置时应注意楼面标高和设备支撑 点高度的设置,使设备的底部管口满足PID中标注 的最小高度要求。 3过滤机有三种形式,分别为带式过滤机、 转台过滤机和翻盘过滤机。过滤机的型式不同, 过滤框架的跨度和层高也不同,具体布置需根据 过滤机的型式确定。而不论何种过滤机,一般过 滤厂房的二层平面布置的设备和管道都较少,可 以将二层平面部分区域设置成管廊,不仅节约成 本,还便于管道的操作和支撑。 4浓缩框架中,浓缩系统管道直径较大,且 管道均为碳钢衬胶管,设备布置时,应将管道当 作设备考虑,避免因框架跨度和层高不合适而导 致管道无法正常连接。 5浓缩框架中,石墨换热器进出口都设置了 膨胀节,设置楼层标高时,需方便石墨换热器进 出口膨胀节的安装和检修。 3.2 管道布置 3.2.1各物料管道特点 1磷酸是三种强酸之一,具有很强的腐蚀 性,根据介质特性的不同,管道材料也不相同。 磷酸装置中管道材料种类繁多,需根据不同材质管 道的特性合理布置。 2矿浆中含固量很高,管道需设置坡度,并 根据需要设置拆卸法兰,便于清理和检修。 3浓缩循环系统管线、尾气管线、蒸汽管线 和循环水管线口径较大,需同时考虑布置和支撑。 3.2.2反应槽管线 1含水30%~35%wt的磷矿浆由矿浆 给料泵输送到反应槽,由于含固量较高,该管道 必须使用厚壁管,且管道应尽可能短,并不允许 有袋形,同时需设置坡度。 2低位闪冷器料浆出口管的水平夹角一般为 12。,直接插人反应槽第一室,根据真空度的要求, 低位闪冷器出口有最小高度的限制,因此低位闪 冷器的支撑标高以及闪冷框架与反应槽之间的距 离即被确定。布置时应尽量将闪冷框架靠近反应 槽,保证低位闪冷器出口料浆管线以及从低位闪 冷循环泵送人低位闪冷器的料浆进口管线尽量短, 减少管道的振动,使运行更平稳。 乐 珍磷酸装置设备与管道布置特点分析 31 3反应槽尾气管线必须以最小5。的坡度进 入文丘里洗涤器,并且每5m必须设置一个清理 孑L,便于定时清理管线,防止管线堵塞。 3.2.3过滤机管线 1过滤给料泵出口至过滤机进口的反应料浆 管线要求设置坡度,因此应将过滤给料泵尽量靠 近过滤框架,且管道走向尽可能短,以减小管道 阻力。 2过滤机排渣口与石膏再浆槽之间的管道必 须保持最大的坡度,尽量使管道垂直进人石膏再 浆槽。 3过滤机底部磷酸出口管线需设置坡度,该 出口管与垂直管的角度一般为7O。左右,且垂直管 线与进入泵口的水平管应采用三通连接,并在垂 直管道上设置人孔,便于清理管道。 3.2.4浓缩循环回路管线 1在蒸发器、浓缩循环泵和酸加热器组成的 循环回路中,每根管线都需设置膨胀节来保护管 口,防止石墨换热器的管口受力而被损坏。 2浓缩循环回路中的浓磷酸管线和磷酸气体 管线均为碳钢衬胶管,管道口径较大,在管道上 应设置人孔,便于操作人员检修和清理。 3浓缩工序中的蒸汽管线管径较大,且管道 上需安装调节阀和流量计等元件,因此管道布置 时不仅要预留仪表元件安装的空间,还需考虑管 道的合理走向,使其满足应力要求。 4管道材料 磷酸装置中,磷酸、硫酸和氟硅酸等介质对 管道具有一定的腐蚀性,管道需根据不同的介质 而选择不同的材质,除使用碳钢管道外,磷酸装 置中还用到碳钢衬胶管、钢骨架管、不锈钢管道 以及PPH管道等。 1碳钢衬胶管经济实惠,耐腐蚀性能好,但 耐高温能力差。衬胶管道在设计的过程中需确认 管道的制造和安装方式,若管道直接在工厂衬里, 则设计时需将每根管道预留一定的调整段,方便 现场安装;若管道采用预组装的方式,则无需预 留调整段,只需将碳钢管道预组装后再拆除衬里 即可。 2钢骨架复合PE管具有耐腐蚀性好和价格 便宜等优点,现在越来越多的被应用在磷酸装置 中。钢骨架管道和管件可以按介质的不同要求, 端部设计成不同的形式,如两端法兰、两端电容 套筒、一端法兰一端电容套筒、三通主管两端法 兰,支管电容套筒等等,在选型和统计材料时, 应特别注意,防止出错。 3PPH管道具有使用寿命长、耐腐蚀性能 好、耐热保温节能、可靠的连接性能以及良好的 施工性能等优点,同时它也具有较低的强度、较 大绕度和较大变形量的缺点。使用PPH管道时, 对于连续敷设的长距离的水平管道或者垂直管道, 必须考虑管道的位移量,在合适的位置增加叮r形 补偿或者增加膨胀节,减少管道的应力。同时要 注意管道支架的设置,口径较小的管道需采用连 续梁,防止管道因变形而损坏。 5 结语 装置布置和管道设计专业性较强,在设计过 程中,应把握流程中的特殊要求,了解各反应介 质和管道材质的属性,注重工程实践,总结施工 安装、开车过程中的经验,才能使设计不断优化, 保证磷酸装置高质、高效的运行。 收稿日期20130312 上接第8页 低于间歇试验的31时,污染物总浸提脱除率 达到98.4%,处理后钻屑浸泡液COD浓度下降到 77mg/L,符合国家的环境排放标准。 参考文献 1金涌,祝京旭,汪展文等.流态化工程原理[M].清华 大学出版社,2001. 2 N.Chowdhury,G Nakhla,J.Zhu,M.Islam,Pilotscale experience with biological nutrient removal and biomass yield 3 Shuangshi Dong,Dandan Zhou,Xiaotao Bi.Liquid phase heter- ogeneous photocatalytie ozonafion of phend in liquid-’solid flu idized bedSimplied kinetic modeling[J].Particuology8 20106066. 4夏小全,朱家骅,夏素兰,周勇.废水、钻井废泥浆和 发动机废气现场综合处法CN,101244848A[P],2008一 O82O. 5李东元.环境无害化处理水基钻屑的水热浸提法实验研究 [D].成都四川大学,2011. 6 GB 5085.32007,危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别 [s].中华人民共和国国家标准,2007. 修改回稿30120610

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