白保生，陳 虹

（云南云天化紅磷化工有限公司 生產(chǎn)制造中心 化肥廠，云南 開遠 661600）

0 引言

磷復肥生產(chǎn)裝置的管式反應器為生產(chǎn)系統(tǒng)的關鍵核心設備。磷酸、硫酸、氨等原料在反應器內(nèi)部通過化學反應生成磷復肥產(chǎn)品料漿，料漿通過管式反應器的噴口均勻噴灑到造粒機料床上實現(xiàn)滾動造粒。整個生產(chǎn)過程溫度、壓力相對較高，且原料具有較強烈的腐蝕性，管式反應器常常因腐蝕、沖刷等原因造成泄漏現(xiàn)象，給生產(chǎn)現(xiàn)場的安全管理、環(huán)境及生產(chǎn)的持續(xù)安穩(wěn)運行帶來較大影響，一直未有比較好的解決方案。云南云天化紅磷化工有限公司（以下簡稱公司）原9萬t/a NPK裝置，經(jīng)過不斷升級改造，目前裝置已達到18萬t/a的生產(chǎn)能力，可生產(chǎn)磷酸二銨（DAP）、粒狀磷酸一銨（GMAP）、NPK等產(chǎn)品。為滿足市場需求，各種產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換生產(chǎn)比較頻繁。因生產(chǎn)工藝改變，管式反應器的工況改變較為明顯。因硫酸添加量大，化學反應、腐蝕較為激烈，316L材質(zhì)的管式反應器難以適用于高溫、高壓及強腐蝕的環(huán)境，新更換的反應器短期內(nèi)（20 d左右）就出現(xiàn)腐蝕通漏現(xiàn)象，嚴重影響生產(chǎn)的持續(xù)安穩(wěn)運行，且現(xiàn)場存在較大的安全隱患。2019年公司對18萬t/a磷銨裝置進行管式反應器技術研究，改進設備構造，并增加耐磨、耐腐蝕襯里材料，設備改進后不但能適應DAP、GMAP及NPK各種磷復肥產(chǎn)品的生產(chǎn)，而且有效解決了設備振動、腐蝕及沖刷等問題。改進型管式反應器的應用不但延長了設備使用壽命，降低了生產(chǎn)成本，而且對于周圍環(huán)境衛(wèi)生、安全環(huán)保管理有著積極的改善作用。

1 傳統(tǒng)管式反應器的應用分析

公司共有3套顆粒磷復肥生產(chǎn)裝置，分別為27萬t/a磷銨裝置、18萬t/a磷銨裝置、30萬t/a復合肥裝置，每套裝置都屬于復合型生產(chǎn)系統(tǒng)，均能滿足DAP、GMAP及NPK各種磷復肥產(chǎn)品的生產(chǎn)，其核心設備管式反應器為目前技術較為先進的十字管式反應器，材質(zhì)為316L，如圖1所示。

圖1 原管式反應器

硫酸、磷酸及氣氨進入管式反應器后在2區(qū)混合并發(fā)生化學反應生成相應的產(chǎn)品料漿，料漿經(jīng)過管式反應器后段管線噴灑到造粒機料床上完成造粒過程。原管式反應器主要存在以下問題：

（1）在圖1中1區(qū)域，因氣氨壓力較高，且介質(zhì)走向轉(zhuǎn)變，造成1區(qū)域沖刷嚴重，管道過流部件常常損壞通漏；

（2）圖1中2區(qū)域為化學反應區(qū)，反應激烈，溫度、壓力較高，管式反應器整體間歇性振動嚴重，2、3區(qū)域是腐蝕損壞較為嚴重的部位，因管線振動導致法蘭連接處泄漏，存在很大的安全風險。

2 改進型管式反應器技術應用

為提高裝置運行效率，改善造粒工序安全生產(chǎn)條件，公司通過不斷技術研究、技術創(chuàng)新，對管式反應器進行改進，在原管式反應器的基礎上進行局部構造改進，并在管道內(nèi)部襯耐磨、耐腐蝕材料，改進型的管式反應器如圖2所示。

圖2 改進型管式反應器

2.1 技術設計

（1）為確保通用性，各原料進口a、b、c與原位置一致。

（2）采用內(nèi)部襯里技術解決腐蝕問題，襯里材料選用耐高溫（≥200℃）聚四氟乙烯。

（3）在沖刷腐蝕嚴重的部位，如圖2中1位置將直管改為擴大口［1］，以達到減小壓力和沖刷的目的。

（4）增加化學反應區(qū)域空間，如圖2中2位置所示，在原管式反應器的反應區(qū)域末端增加一段擴大的直管段，以緩解、擴散激烈的化學反應帶來的壓力，另外可使反應更加充分，減少氨損失。

2.2 相關參數(shù)計算

18萬t/a磷銨裝置通過管式反應器的料漿流量為20 m3/h，原管式反應器反應區(qū)域末端外徑為125 mm，改造后加大為直徑200 mm、長度1 000 mm的直管段，反應器壓力為0.9 MPa，計算出改造前、后化學反應區(qū)域段流速分別為v1、v2，通過該管段的時間分別為t1、t2［2］。

t1=1/0.45 s=2.22 s；

t2=1/0.18 s=5.55 s。

改造后，化學反應激烈、沖刷嚴重部位的液體流速降低至原流速的40%，反應時間延長至原來的2.5倍。

3 管式反應器改進前后的技術經(jīng)濟對比分析

改造前管式反應器材質(zhì)為316L，制造成本約1.5萬元，主要適用于生產(chǎn)DAP系列產(chǎn)品，生產(chǎn)NPK產(chǎn)品時短期內(nèi)（20 d左右）就會出現(xiàn)腐蝕損壞現(xiàn)象。

改進型管式反應器材質(zhì)為316L+內(nèi)襯聚四氟乙烯，制造成本約3萬元，適用于DAP、NPK等各種磷復肥產(chǎn)品的生產(chǎn)，目前已使用1年多，設備運行正常，消除了管線振動、泄漏等安全隱患，因管式反應器故障帶來的非計劃停車明顯減少。

4 結束語

公司使用改進型管式反應器以來，雖然前期制造費用有所增加，但其使用周期長、維護費用低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，不但為生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定運行提供了有力保障，而且消除了生產(chǎn)現(xiàn)場的安全、環(huán)保風險，綜合效益較高，具有推廣應用價值。