魯坤鵬，陳衛(wèi)華

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北鐘祥 431910）

0 引言

某化工廠一期濕法磷酸裝置采用美國杰克布斯-多爾科二水法生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為P2O520.77萬t，副產(chǎn)H2SiF61萬t，平均操作時(shí)間為310 d；二期磷酸生產(chǎn)裝置采用多格方槽二水法生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為P2O530 萬t，副產(chǎn)H2SiF61.5 萬t，平均操作時(shí)間為300 d。其中一期采用真空帶式過濾機(jī)進(jìn)行液固分離后對(duì)磷石膏進(jìn)行調(diào)漿，二期采用轉(zhuǎn)臺(tái)過濾機(jī)固液分離后對(duì)磷石膏進(jìn)行調(diào)漿，磷石膏渣漿輸送系統(tǒng)均為兩級(jí)離心泵串聯(lián)。兩套裝置通過獨(dú)立的磷石膏渣漿輸送管道DN350將磷石膏輸送至距離裝置6.6 km的渣場(chǎng)。

1 磷石膏渣漿輸送存在的問題

一期磷酸裝置標(biāo)高+105 m，二期磷酸裝置標(biāo)高+108 m，濕法磷酸裝置副產(chǎn)磷石膏調(diào)漿后通過串級(jí)泵輸送至渣場(chǎng)子壩（標(biāo)高+224 m）排放。磷石膏渣漿泵技術(shù)參數(shù)如下。

一期渣漿泵參數(shù)：一級(jí)泵，流量700 m3/h，揚(yáng)程75 m，葉輪直徑680 mm，電機(jī)型號(hào)YPT450-6-WF1，功率355 kW，電壓380 V，電流667 A；二級(jí)泵，流量700 m3/h，揚(yáng)程75 m，葉輪直徑680 mm，電機(jī)型號(hào)YKK400-6-WF1，功率315 kW，電壓6 000 V，電流39.54 A，轉(zhuǎn)速988 r/min。二期渣漿泵參數(shù)：一級(jí)泵，流量572 m3/h，揚(yáng)程91.1 m，電機(jī)型號(hào)YPT450-6-WF1，功率355 kW，電壓380 V，電流667 A；二級(jí)泵，流量572 m3/h，揚(yáng)程91.1 m，電機(jī)型號(hào)YKK450-6-WF1，功率450 kW，電壓6 000 V，電流55 A，轉(zhuǎn)速990 r/min。

隨著渣場(chǎng)子壩逐步加高，目前一期、二期渣漿泵的輸送能力已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要。一期渣漿泵總揚(yáng)程150 m，渣漿輸送實(shí)際揚(yáng)程163.46 m；二期渣漿泵總揚(yáng)程182.2 m，渣漿輸送實(shí)際揚(yáng)程186.93 m。一期、二期磷酸裝置均處于減負(fù)荷運(yùn)行狀況，隨著渣場(chǎng)子壩進(jìn)一步加高，磷酸生產(chǎn)將無法為繼。為使整個(gè)系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，該廠研究采用中途加壓的方式進(jìn)行磷石膏渣漿輸送，通過理論計(jì)算確定方案設(shè)計(jì)。

2 理論計(jì)算

2.1 一期渣漿管損計(jì)算

磷酸按日產(chǎn)P2O5800 t，石膏量按每噸P2O5產(chǎn)石膏5 t計(jì)，渣漿w（固）25%，石膏密度取2.32 t/m3。

1） 石膏量

qm（石膏）=800×5÷24 t/h=166.67 t/h；

qV（石膏）=166.67÷2.32 m3/h=71.84 m3/h。

2） 石膏漿

qm（石膏漿）=（166.67÷25%）t/h=666.68 t/h；

qm（水）=（666.68-166.67）t/h=500.01 t/h；

qV（石膏漿）=（71.84+500.01）m3/h=571.85 m3/h；

ρ（石膏漿）=qm（石膏）/qV（石膏漿）=1.17 t/m3。

3） 渣漿輸送管損

取生產(chǎn)中渣漿最大流量600 m3/h計(jì)算渣漿流速u：

其中d為管路內(nèi)徑，取值為0.351 m。

取工業(yè)管道絕對(duì)粗糙度ε＝0.2 mm，μ= 65.6×10-5Pa·s，則：

根據(jù)達(dá)西-魏斯巴赫公式計(jì)算管損（其中L為管路總長含閥門及彎頭當(dāng)量長度，取5 600 m）：

H損=λ×（L/d）×（u2/2 g）=44.46 m。

2.2 二期渣漿管損計(jì)算

磷酸按日產(chǎn)P2O51 200 t，石膏量按每噸P2O5產(chǎn)石膏5 t計(jì)，渣漿w（固）30%，石膏密度取2.32 t/m3。

1） 石膏量

qm（石膏）=（1 200×5÷24）t/h=250 t/h；

qV（石膏）=（250÷2.32）m3/h=107.76 m3/h。

2） 石膏漿

qm（石膏漿）=（250÷30%）t/h=833.33 t/h；

qm（水）=（833.33-250）t/h=583.33 t/h；

qV（石膏漿）=（107.76+583.33）m3/h=691.09 m3/h；

ρ（石膏漿）=（8333.33/619.09）t/m3=1.21 t/m3。

石膏漿密度化驗(yàn)值為1.25 t/m3，與計(jì)算值差異不大，管損計(jì)算時(shí)取化驗(yàn)值。

3） 渣漿輸送管損

取生產(chǎn)中石膏料漿最大流量700 m3/h計(jì)算渣漿流速u：

取工業(yè)管道絕對(duì)粗糙度ε=0.2 mm，μ=65.6 ×10-5Pa·s，則：

根據(jù)達(dá)西-魏斯巴赫公式計(jì)算管損H損=70.93 m。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 加壓泵站選址

渣場(chǎng)原設(shè)計(jì)子壩標(biāo)高220 m，一次擴(kuò)容后標(biāo)高245 m，二次擴(kuò)容后標(biāo)高265 m。原輸漿管線設(shè)計(jì)壓力2.50 MPa，二次擴(kuò)容后輸漿管線最高壓力達(dá)2.85 MPa，因此加壓泵站不能設(shè)在化工裝置區(qū)內(nèi)，只能設(shè)在磷石膏渣場(chǎng)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，泵站地址設(shè)在渣場(chǎng)+185 m平臺(tái)，輸漿管線西側(cè)，距離輸漿管線僅5 m 左右。+185 m平臺(tái)磷石膏漿壓力0.49 MPa，加壓泵站投用后進(jìn)口壓力最高0.49 MPa，出口壓力最高1.12 MPa，化工廠區(qū)內(nèi)渣漿泵出口壓力最高2.3 MPa（實(shí)際壓力小于2.15 MPa）。

泵站設(shè)在渣場(chǎng)+185 m 平臺(tái)，輸漿管線壓力等級(jí)滿足渣場(chǎng)二次擴(kuò)容后石膏漿輸送要求，而且末端壓力較低，更加安全可靠。

3.2 泵站配置方案

加壓泵配置采用2 用1 備的方案（見圖1），正常運(yùn)行時(shí)一期、二期磷石膏渣漿通過各自的輸漿管線及加壓泵輸送，備用泵可以通過閥門切換分別滿足一期、二期輸漿要求。

圖1 泵站配置方案

3.3 供配電

綜合設(shè)備的能力和需求，加壓泵電機(jī)功率考慮選為250 kW，3臺(tái)泵總功率750 kW，因渣場(chǎng)子壩逐步加高，每年堆筑5.0～7.5 m，加壓泵采用380 V變頻調(diào)速控制，在子壩堆筑到+265 m前，盡可能地節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。渣場(chǎng)6 000 V 外線經(jīng)核算滿足新增容量要求，但現(xiàn)有變壓器容量僅315 kV·A，需要新增6 000 V 電纜300 m，并在+185 m 平臺(tái)新建配電設(shè)施，包括新增變壓器、變頻器柜、開關(guān)柜等。

4 結(jié)語

為解決磷石膏渣漿輸送問題，筆者結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備能力、管損理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)際調(diào)查，認(rèn)為在磷石膏渣場(chǎng)+185 m 平臺(tái)增設(shè)磷石膏渣漿輸送加壓泵站可滿足生產(chǎn)需求：一期、二期磷石膏渣漿仍按現(xiàn)有管線分開輸送，加壓泵配置采用2用1 備的方案，日常操作采用變頻調(diào)速以達(dá)到節(jié)能效果。該項(xiàng)目包括場(chǎng)地平整、廠房及泵基礎(chǔ)建設(shè)、機(jī)電設(shè)備采購及安裝，項(xiàng)目總投資396.480 6 萬元。后期將針對(duì)具體的運(yùn)行環(huán)境調(diào)節(jié)最佳控制參數(shù)，同時(shí)針對(duì)操作要點(diǎn)對(duì)操作人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)和考核，規(guī)范操作，使整個(gè)系統(tǒng)處于較為良性的運(yùn)行狀態(tài)。