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(yuǎn) 661600）

0 引言

磷復(fù)肥生產(chǎn)裝置的管式反應(yīng)器為生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵核心設(shè)備。磷酸、硫酸、氨等原料在反應(yīng)器內(nèi)部通過化學(xué)反應(yīng)生成磷復(fù)肥產(chǎn)品料漿，料漿通過管式反應(yīng)器的噴口均勻噴灑到造粒機(jī)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(qiáng)烈的腐蝕性，管式反應(yīng)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(yùn)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(dá)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(yīng)器的工況改變較為明顯。因硫酸添加量大，化學(xué)反應(yīng)、腐蝕較為激烈，316L材質(zhì)的管式反應(yīng)器難以適用于高溫、高壓及強(qiáng)腐蝕的環(huán)境，新更換的反應(yīng)器短期內(nèi)（20 d左右）就出現(xiàn)腐蝕通漏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的持續(xù)安穩(wěn)運(yùn)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(jìn)行管式反應(yīng)器技術(shù)研究，改進(jìn)設(shè)備構(gòu)造，并增加耐磨、耐腐蝕襯里材料，設(shè)備改進(jìn)后不但能適應(yīng)DAP、GMAP及NPK各種磷復(fù)肥產(chǎn)品的生產(chǎn)，而且有效解決了設(shè)備振動、腐蝕及沖刷等問題。改進(jìn)型管式反應(yīng)器的應(yīng)用不但延長了設(shè)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(yīng)器的應(yīng)用分析

公司共有3套顆粒磷復(fù)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(fù)合肥裝置，每套裝置都屬于復(fù)合型生產(chǎn)系統(tǒng)，均能滿足DAP、GMAP及NPK各種磷復(fù)肥產(chǎn)品的生產(chǎn)，其核心設(shè)備管式反應(yīng)器為目前技術(shù)較為先進(jìn)的十字管式反應(yīng)器，材質(zhì)為316L，如圖1所示。

圖1 原管式反應(yīng)器

硫酸、磷酸及氣氨進(jìn)入管式反應(yīng)器后在2區(qū)混合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成相應(yīng)的產(chǎn)品料漿，料漿經(jīng)過管式反應(yīng)器后段管線噴灑到造粒機(jī)料床上完成造粒過程。原管式反應(yīng)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(yán)重，管道過流部件常常損壞通漏；

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

2 改進(jìn)型管式反應(yīng)器技術(shù)應(yīng)用

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

圖2 改進(jìn)型管式反應(yīng)器

2.1 技術(shù)設(shè)計

（1）為確保通用性，各原料進(jìn)口a、b、c與原位置一致。

（2）采用內(nèi)部襯里技術(shù)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(yán)重的部位，如圖2中1位置將直管改為擴(kuò)大口［1］，以達(dá)到減小壓力和沖刷的目的。

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

2.2 相關(guān)參數(shù)計算

18萬t/a磷銨裝置通過管式反應(yīng)器的料漿流量為20 m3/h，原管式反應(yīng)器反應(yīng)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(yīng)器壓力為0.9 MPa，計算出改造前、后化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)激烈、沖刷嚴(yán)重部位的液體流速降低至原流速的40%，反應(yīng)時間延長至原來的2.5倍。

3 管式反應(yīng)器改進(jìn)前后的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析

改造前管式反應(yīng)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(jìn)型管式反應(yīng)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(fù)肥產(chǎn)品的生產(chǎn)，目前已使用1年多，設(shè)備運(yùn)行正常，消除了管線振動、泄漏等安全隱患，因管式反應(yīng)器故障帶來的非計劃停車明顯減少。

4 結(jié)束語

公司使用改進(jìn)型管式反應(yīng)器以來，雖然前期制造費(fèi)用有所增加，但其使用周期長、維護(hù)費(fèi)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(yùn)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(fēng)險，綜合效益較高，具有推廣應(yīng)用價值。