程 銘 徐 歡 曹昌盛 范 翔

(大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司有色冶煉廠， 湖北 黃石 435000)

0 前言

某有色冶煉廠主要產(chǎn)品是高純陰極銅和工業(yè)硫酸。硫酸鎳系統(tǒng)是銅電解凈液項(xiàng)目中的配套項(xiàng)目,采用蒸發(fā)濃縮和冷凍結(jié)晶工藝聯(lián)合生產(chǎn)粗制硫酸鎳。

蒸發(fā)濃縮工藝采用蒸汽間接加熱濃縮法來提高二段脫銅電積終液的鎳濃度及酸度。在負(fù)壓條件下，溶液的沸點(diǎn)降低，增大了被蒸發(fā)溶液與加熱源之間的溫差，強(qiáng)化了蒸發(fā)作用。冷凍結(jié)晶工藝是將濃縮后的溶液經(jīng)過制冷工序進(jìn)行冷凍結(jié)晶。制冷工序使用制冷機(jī)組對(duì)鹽水進(jìn)行冷凍降溫，然后使鹽水進(jìn)入結(jié)晶槽的內(nèi)、外兩個(gè)夾套，對(duì)結(jié)晶槽內(nèi)的濃縮后液進(jìn)行冷凍降溫，使其溫度降低至比自然冷卻或水冷卻更低的溫度，使溶液中的硫酸鎳在冷凍狀態(tài)下成為硫酸鎳結(jié)晶鹽[1]。

在NiSO4·7H2O實(shí)際生產(chǎn)過程中，長期生產(chǎn)導(dǎo)致設(shè)備存在較多問題及較大優(yōu)化空間[2]。采取一系列的設(shè)備改進(jìn)及管理優(yōu)化措施后，降低了設(shè)備故障頻率和能耗成本，消除了安全隱患。

1 設(shè)備存在問題及技術(shù)改造

1.1 濃縮反應(yīng)釜修復(fù)工藝改進(jìn)

使用的硫酸鎳濃縮搪瓷反應(yīng)釜總計(jì)12臺(tái)。由于反應(yīng)釜內(nèi)物料成分及工況條件較復(fù)雜，反應(yīng)釜使用2～3年后便頻繁出現(xiàn)爆瓷及破損現(xiàn)象[3]。

修復(fù)工藝改進(jìn)前，反應(yīng)釜采用鉭板修復(fù)。該方式主要由維修人員在罐體內(nèi)對(duì)破損區(qū)域進(jìn)行挖補(bǔ)或打磨，利用鉭螺絲、鉭板及樹脂膠進(jìn)行修補(bǔ)。該方式存在的主要問題是：1)修補(bǔ)工藝復(fù)雜；2)鉭螺絲安裝時(shí)需要鉆孔，修補(bǔ)時(shí)間較長；3)鉭材質(zhì)價(jià)格高，特別是大面積修補(bǔ)成本過高；4)鉭板貼合性不佳，修補(bǔ)質(zhì)量達(dá)不到要求。

通過試驗(yàn)，改用新型柔性陶瓷修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)可以獲得更好的效果。對(duì)于爆瓷區(qū)域，直接打磨后，使用柔性陶瓷修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)于穿孔破損區(qū)域，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)挖補(bǔ)后，再采用柔性陶瓷修補(bǔ)技術(shù)修補(bǔ)。通過改進(jìn)，修補(bǔ)時(shí)間由原有的2人修補(bǔ)3～4 d縮短為2人修補(bǔ)0.5 d。特別是較大面積的修補(bǔ)成本大幅降低，罐體使用壽命延長，鉭材料費(fèi)降低了20萬元/a。

1.2 濃縮系統(tǒng)真空泵改進(jìn)

原有的濃縮系統(tǒng)采用一臺(tái)真空泵對(duì)一臺(tái)16 m3反應(yīng)釜抽負(fù)壓，并達(dá)到負(fù)壓0.07 MPa及以上。如果負(fù)壓不足，會(huì)導(dǎo)致罐體內(nèi)二次蒸汽的溫度過高。而且酸霧中含有氟、氯等離子，對(duì)冷卻濃縮蒸汽所用板式換熱器的板片壽命也會(huì)造成較大影響。

通過對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，濃縮系統(tǒng)改為采用一臺(tái)真空泵對(duì)兩臺(tái)濃縮反應(yīng)釜抽負(fù)壓，單臺(tái)電機(jī)功率由原有的15 kW改為18.5 kW，使原有的負(fù)壓穩(wěn)定在0.07～0.09 MPa，達(dá)到生產(chǎn)要求[4]。通過改進(jìn)，真空泵減少了6臺(tái)，全年降低電耗及備件成本約12萬元。

1.3 制冷結(jié)晶罐內(nèi)夾套改進(jìn)

原有的結(jié)晶罐采用內(nèi)、外夾套冷凍鹽水雙循環(huán)式，外夾套使用多年未出現(xiàn)過破損或泄漏，但內(nèi)夾套壞損率近年相對(duì)較高。由于冷凍鹽水主要為氯化鈣溶液，內(nèi)夾套破損后，冷凍鹽水與硫酸鎳產(chǎn)品會(huì)串液產(chǎn)生絮狀沉淀，如果處理不當(dāng)會(huì)造成生產(chǎn)事故。

通過對(duì)結(jié)晶罐內(nèi)夾套破損點(diǎn)進(jìn)行檢查，內(nèi)夾套壞損主要為內(nèi)夾套失壓鼓包或焊縫及周圍區(qū)域腐蝕破損。原有的端面焊接方式如圖1所示。

1-內(nèi)夾套側(cè)壁；2-焊縫焊接點(diǎn)；3-內(nèi)夾套端面底板圖1 改造前內(nèi)夾套端面焊接方式

對(duì)內(nèi)夾套進(jìn)行改進(jìn)，將原有的內(nèi)夾套厚度由4 mm改進(jìn)為6 mm，增大夾套材料厚度。此外，對(duì)焊接點(diǎn)也進(jìn)行了改進(jìn)，如圖2所示。改進(jìn)后，夾套抗壓能力及抗腐蝕能力增強(qiáng)，內(nèi)夾套自主制作成本降低了5萬元，使用壽命預(yù)計(jì)由原有的4～5年提升至8年以上，而且降低了因內(nèi)夾套破損導(dǎo)致的設(shè)備事故風(fēng)險(xiǎn)，備件成本降低了35萬元。

1-內(nèi)夾套側(cè)壁；2-焊縫焊接點(diǎn)；3-內(nèi)夾套端面底板圖2 改造后內(nèi)夾套端面焊接方式

1.4 鹽水循環(huán)泵優(yōu)化

鹽水循環(huán)泵是冷凍鹽水循環(huán)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，24小時(shí)開啟，以確保冷凍鹽水循環(huán)。該循環(huán)泵為立式鹽水泵，設(shè)備選型為立式鈦材質(zhì)，在實(shí)際生產(chǎn)中，必須4臺(tái)功率18.5 kW的鹽水泵同時(shí)開啟才能達(dá)到額定生產(chǎn)要求。多年使用導(dǎo)致鹽水泵故障率高，且電耗成本高。檢修過程中，工人通常站在鹽水槽上方檢修。由于槽體腐蝕嚴(yán)重，多人檢修存在垮塌風(fēng)險(xiǎn)，且空間狹隘存在極大安全隱患。此外，鹽水泵為鈦材質(zhì)，材質(zhì)選型存在過度浪費(fèi)。

采用額定功率為75 kW的工程塑料臥式離心泵，并配套選用變頻器控制鹽水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速。改進(jìn)后，單臺(tái)泵開啟即可滿足工況。通過實(shí)際生產(chǎn)測量，單日電耗降低約1 000 kW·h，年電耗降低成本約20萬元，備件成本降低約10萬元，而且改進(jìn)大大消除了檢修過程的安全隱患。

1.5 濃縮攪拌系統(tǒng)優(yōu)化

因廠內(nèi)部為余熱鍋爐供汽，蒸汽成本低，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及設(shè)備使用壽命的前提下，取消濃縮罐的攪拌槳，只采用蒸汽對(duì)濃縮反應(yīng)釜升溫進(jìn)行濃縮蒸發(fā)。通過改進(jìn)，取消了濃縮系統(tǒng)擺線針輪減速機(jī)及攪拌系統(tǒng)，設(shè)備使用壽命不受影響，年節(jié)約電耗約30萬元。

2 管理優(yōu)化

2.1 檢修時(shí)間周期優(yōu)化

由于硫酸鎳現(xiàn)場酸霧及物料腐蝕性較強(qiáng)，除日常零星檢修外，在電解液系統(tǒng)鎳含量較低情況下每年新增兩次為期15 d的停產(chǎn)檢修，更換腐蝕壞損的鹽水管道、蒸汽管道、銹蝕的閥門等，并對(duì)設(shè)備及管道防腐刷漆。同時(shí)在此期間處理日常難以處理的設(shè)備故障等，避免維修工日常頻繁搶修[5]。

2.2 水循環(huán)系統(tǒng)及管路過濾管理優(yōu)化

對(duì)濃縮系統(tǒng)換熱器冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的涼水塔管控進(jìn)行優(yōu)化：每周對(duì)涼水塔水溫進(jìn)行測量，每年對(duì)濃縮工序的600 t閉式?jīng)鏊M(jìn)行除垢清理，并對(duì)制冷工序的400 t開式?jīng)鏊|(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，定期更換填料，并清理其反沖洗過濾器，清洗制冷機(jī)，以提高水冷卻效率，達(dá)到相關(guān)水質(zhì)管理要求。

2.3 高能耗設(shè)備管控優(yōu)化

硫酸鎳系統(tǒng)主要能耗為蒸汽和電力。蒸汽由廠內(nèi)余熱鍋爐供應(yīng)。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，結(jié)合硫酸鎳產(chǎn)量，對(duì)蒸汽的使用采取定額管理，控制班組蒸汽用量，并對(duì)濃縮反應(yīng)釜夾套增加疏水閥，以降低蒸汽消耗量。

電耗的管控主要針對(duì)高耗能設(shè)備。因制冷機(jī)電耗約為整個(gè)硫酸鎳系統(tǒng)的60%，因而對(duì)制冷機(jī)電耗進(jìn)行重點(diǎn)管控，每日記錄電耗。當(dāng)制冷機(jī)電耗出現(xiàn)異常波動(dòng)或有上升趨勢時(shí)，立即進(jìn)行相關(guān)檢查及清洗，對(duì)制冷機(jī)及時(shí)加氟，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)量對(duì)制冷機(jī)電耗實(shí)行定額管控。

3 結(jié)束語

在原有的生產(chǎn)模式及基礎(chǔ)上，對(duì)硫酸鎳生產(chǎn)系統(tǒng)中濃縮反應(yīng)釜修復(fù)工藝、濃縮系統(tǒng)真空泵、制冷結(jié)晶罐內(nèi)夾套、鹽水循環(huán)泵和濃縮攪拌等進(jìn)行設(shè)備改造，以及對(duì)檢修時(shí)間周期、循環(huán)系統(tǒng)和管路過濾、高能耗設(shè)備等進(jìn)行管理優(yōu)化。通過設(shè)備改進(jìn)和管理優(yōu)化，降低設(shè)備故障頻率，有效減少因管道及閥門腐蝕導(dǎo)致的系統(tǒng)停機(jī)及生產(chǎn)事故隱患，使硫酸鎳系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，且大幅降低硫酸鎳能源成本和備件成本。