韓德家

（神華準能資源綜合開發(fā)有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

神華準能資源綜合開發(fā)有限公司自主研發(fā)的“一步酸溶法”工藝，通過鹽酸與粉煤灰混合反應得到氯化鋁溶液，并經過過濾除雜、蒸發(fā)結晶和焙燒等工序制取氧化鋁。2011年8月，該公司建成了4000t/a粉煤灰生產氧化鋁中試裝置，經過七次試驗運行，取得了大量的實驗數(shù)據，工業(yè)化的可行性得到了專家們的肯定論證，為從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁開辟了新途徑，對推進粉煤灰的減量化、資源化利用具有重要的意義。

1 溶出工序閃蒸系統(tǒng)簡介

“一步酸溶法”溶出工序閃蒸系統(tǒng)的主要功能是對溶出礦漿進行降溫降壓[1]，同時，利用閃蒸產生的二次蒸汽預熱成品料漿，從而實現(xiàn)熱能的回收利用。閃蒸系統(tǒng)主要由自蒸發(fā)器、套管加熱器、冷凝水罐和冷凝水泵等設備和管道、閥門、儀表組成。自蒸發(fā)器、套管加熱器采用二級串聯(lián)運行方式，成品礦漿經溶出反應釜逐級加熱反應后，生成溶出料漿，依次進入一二級自蒸發(fā)器進行閃蒸，產生的熱量通過一二級套管加熱器被配料工序送來的成品料漿吸收，蒸汽凝結后形成的冷凝水進入冷凝水罐，用冷凝水泵送至下一工序。溶出礦漿經兩級閃蒸降溫后進入稀釋槽，用適量的一次洗液稀釋后成為合格的稀釋料漿。具體流程如圖1所示。

圖1 粉煤灰酸法生產氧化鋁溶出工序工藝流程圖

2 閃蒸系統(tǒng)的運行分析

因為進入閃蒸系統(tǒng)的物料為酸性粉煤灰料漿，因此，對自蒸發(fā)器、套管加熱器等設備及其附屬的管道、閥門、儀表等材質的要求比較苛刻，其必須要同時滿足防腐蝕和防磨損等條件[2]。在“一步酸溶法”工藝全流程中試驗運行的初期，閃蒸系統(tǒng)經常發(fā)生排氣帶料、出料不暢、閥門泄漏、表計失靈和冷凝水質超標等故障，該故障嚴重威脅系統(tǒng)的安全運行，因此，需要分析上述故障產生的原因，并采取措施對閃蒸系統(tǒng)進行優(yōu)化，以確保全系統(tǒng)的安全連續(xù)運行[3]。

2.1 排氣帶料的原因分析

自蒸發(fā)器進料采用手動控制閥門開度的方式控制進料量，導致料位控制嚴重滯后，當自蒸發(fā)器內的礦漿處于高液位時容易引起二次系統(tǒng)的帶料。

自蒸發(fā)器出汽閥門開度過大，造成溶出末罐與首級自蒸發(fā)器的壓差增大，從而閃蒸槽的料位升高，自蒸發(fā)器內閃蒸空間不足，導致排氣帶料進入二次系統(tǒng)[4]。

自蒸發(fā)器底部出料不暢或堵塞，導致料位急劇升高，引起排氣帶料。

2.2 出料不暢或堵塞的原因分析

在檢修槽罐或管道后，未清理干凈設備，造成出料口被雜物堵塞。

出料陶瓷閥門因閥芯碎裂、閥桿腐蝕造成閥門開關失靈。

兩級自蒸發(fā)器之間或自蒸發(fā)器與稀釋槽之間壓差過小，料漿流動緩慢在管道彎頭處內沉積造成堵塞。

鋼襯四氟出料管道內襯四氟發(fā)生熱縮現(xiàn)象，導致通流面積減小，造成出料不暢。

人員誤開誤關閥門，導致出料不暢或中斷。

料漿管道設計管徑偏小，出料管道中使用的彎頭較多。

2.3 閥門損壞的原因分析

陶瓷閥門在運行中閥芯碎裂。

陶瓷閥門金屬閥桿選材不當，運行中閥桿接觸料漿的下端被腐蝕缺失，造成閥門開關失靈。

陶瓷閥門的陶瓷閥桿在保護銷釘未剪斷時，經常被擰斷，導致閥門無法開關。

陶瓷閥門閥體組件的密封材料選用不當，運行中閥體組件結合面出現(xiàn)滲漏。

襯氟閥門選型不當，使用溫度小于最高工作溫度。

2.4 表計失靈的原因分析

自蒸發(fā)器通過膜片壓力變送器和差壓變送器測量壓力和料位，因膜片選用材質不能滿足防酸耐沖刷的要求，在運行中被酸氣腐蝕損壞。

自蒸發(fā)器使用的膜片式差壓變送器的測點分別在自蒸發(fā)器頂部和底部。高壓測點的膜片安裝在自蒸發(fā)器底部突出的管口法蘭上，在運行過程中管口內的料漿逐漸沉積，流動性變差甚至被堵死，導致差壓數(shù)據不準，從而無法測出準確料位。

溫度測量采用雙金屬套管溫度計，在運行過程中套管外包覆的防腐材料被沖刷破損，導致套管被腐蝕穿孔，測溫元件損壞。

2.5 冷凝水質超標的原因分析

自蒸發(fā)器排汽帶料，導致冷凝水被污染，水質超標。

套管加熱器內漏，成品料漿漏入汽側，導致冷凝水質超標。

3 閃蒸系統(tǒng)的優(yōu)化

3.1 運行操作的優(yōu)化

自蒸發(fā)器進料調整門改為電動調節(jié)閥，以此實現(xiàn)就地或遠方操作，提高了料位調節(jié)的及時性。

為保證自蒸發(fā)器具有足夠的閃蒸空間，防止排氣帶料，在運行中保持末級溶出反應釜與一級自蒸發(fā)器壓差在50KPa～100KPa之間，將自蒸發(fā)器料位控制在30%～50%之間。

在使用陶瓷閥時，避免冷熱沖擊，保持閥門與介質溫差在規(guī)定范圍；開關陶瓷閥發(fā)生卡澀時，采取減小閥門兩側壓差、進行反沖洗等措施進行處理，不得強行開關，避免造成閥桿斷裂和閥芯碎裂的情況。

3.2 管道及流程的優(yōu)化

為沖洗自蒸發(fā)器及疏通料漿管道，安裝連接了高壓水沖洗管道，在出料不暢或堵塞時，及時用高壓水疏通管道。

針對料漿管道在運行中頻繁發(fā)生堵管的情況，根據設計院的意見，將原有Dn32管道全部更換為Dn50管道，并對管道流程進行了優(yōu)化，減少了彎頭的使用數(shù)量。

為防止鋼襯四氟管道發(fā)生熱縮現(xiàn)象，將閃蒸系統(tǒng)的料漿管道更換為耐更高溫度的鋼襯碳化硅復合管道，消除了因四氟襯管熱縮導致出料不暢或堵塞的隱患。

通過檢查發(fā)現(xiàn)冷凝水水質超標的原因是自蒸發(fā)器排汽帶料。由于運行中冷凝水量較少，為保持冷凝水罐液位，冷凝水泵需間歇運行，啟停頻繁。經過分析討論后，采取了將冷凝水接入稀釋槽，用作稀釋料漿使用的方案。冷凝水泵不需投入運行，降低了設備維護費用，簡化了運行操作。

3.3 閥門的優(yōu)化

根據陶瓷閥門在試驗過程中的使用情況，將金屬閥桿由哈C合金材質統(tǒng)一更換為耐腐蝕的鉭桿，其滿足了防腐蝕的要求。

優(yōu)化陶瓷閥桿的結構，加長了方形頭，密封由單道膠圈改為雙道膠圈，銷釘直徑由Φ4增大為Φ6，消除了順門桿滲料和閥桿、閥芯碎裂的隱患。閥桿改造前后的結構見圖2。

圖2 閥桿改造圖

針對酸性粉煤灰料漿的特殊要求，協(xié)調廠家對密封圈材質、陶瓷閥組件和閥體結構進行了優(yōu)化，進一步提高了閥門對特殊物料的適應性。

閃蒸系統(tǒng)使用的襯氟閥門有止回閥、安全閥和球閥等三類，安全閥安裝在自蒸發(fā)器本體上，止回閥和球閥安裝在高壓水管道上。襯氟閥門的內襯材料一般采用具有超強耐腐蝕性能和較高的使用溫度PTFE(F4)、FEP(F46)和PFA等氟塑料，根據工作溫度和使用環(huán)節(jié)的不同，高壓水管道上使用FEP(F46)襯氟閥門，安全閥采用PFA襯氟閥門，其滿足了使用要求。

3.4 儀表的優(yōu)化

通過與廠家交流膜片壓力變送器和差壓變送器在閃蒸系統(tǒng)的運行情況，將膜片材料更換為防酸耐沖刷的鉭材，在現(xiàn)場使用后，取得良好的效果。

為確保差壓料位計測量的準確性，通過安裝差壓料位計高壓側膜片的自蒸發(fā)器下部的管口設計為上斜45°，防止料漿在管口內形成沉積。因為管口暫時無法調整，目前采取將高壓測點的膜片安裝在自蒸發(fā)器底部出料管水平段的三通朝上的管口法蘭上，依靠管內料漿的流動和料漿重力影響防止發(fā)生料漿沉積，確保準確測量料位。

雙金屬溫度計的套管外包覆的防腐材料采用PTFE(F4)、FEP(F46)和PFA等氟塑料，并適當增加厚度，以此提高防沖刷性能，在后續(xù)的試驗過程中使用效果較好，有效降低了故障率。

4 結語

粉煤灰鹽酸法生產氧化鋁工藝對閃蒸系統(tǒng)的設備及運行提出了更高的要求，針對試驗初期出現(xiàn)的問題，通過采取規(guī)范運行操作、優(yōu)化管道布置、變更管道內徑、改進陶瓷閥門、提升儀表防腐性能和優(yōu)化冷凝水流程等措施，優(yōu)化了閃蒸系統(tǒng)，并在后續(xù)試驗過程中，取得了良好的使用效果，有效保證了溶出工序中的安全運行。