楊勝軍(云南紅河技師學(xué)院，云南 開遠(yuǎn) 661600)

1 黃磷生產(chǎn)系統(tǒng)開、停車前進(jìn)行置換的必要性

黃磷生產(chǎn)原理：以焦炭作為還原劑，將磷礦石中的化合態(tài)磷元素還原成單質(zhì)磷。在這個(gè)反應(yīng)過程中，碳在缺氧的環(huán)境中發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，生成磷爐氣。磷爐氣(為磷蒸汽、一氧化碳、惰性氣體、粉塵、氟化物等復(fù)雜的混合物)從磷爐出發(fā)，依次經(jīng)過靜電除塵器(以下簡(jiǎn)稱“除塵器”)除塵，經(jīng)過收磷系統(tǒng)洗滌、冷凝，再分別經(jīng)過復(fù)雜的磷爐尾氣管道(以下簡(jiǎn)稱“氣站”)，剩余的氣體通過火炬放空燃燒，或者送往用戶作為提供熱源的原料。所以，磷爐氣經(jīng)過的設(shè)備管道充滿了攜帶一氧化碳的氣體，恢復(fù)生產(chǎn)前及停運(yùn)清理檢修都需要進(jìn)行置換[1]。

每臺(tái)磷爐配套有并聯(lián)的兩組除塵器、兩套收磷系統(tǒng)，進(jìn)入氣站又合并為一條氣體輸送處理系統(tǒng)。為保證除塵器良好的除塵效率，在電場(chǎng)電壓＜20 kV，或電場(chǎng)電壓不穩(wěn)定影響粗磷質(zhì)量時(shí)，必須對(duì)除塵器停運(yùn)清理檢修。清理檢修前，需要與運(yùn)行的生產(chǎn)線進(jìn)行隔斷，隔斷由除塵器進(jìn)出口角閥閥板的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是隔斷的系統(tǒng)中依然充滿了磷爐氣，其中70%以上為一氧化碳，所以必須使用惰性氣體進(jìn)行置換，合格以后才能進(jìn)行作業(yè)。

原設(shè)計(jì)系統(tǒng)置換使用的惰性氣體是氮?dú)猓晒拘】辗盅b置生產(chǎn)提供。公司進(jìn)行了技術(shù)改造后，將合成系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物二氧化碳引入黃磷車間，實(shí)施了二氧化碳替代氮?dú)?，現(xiàn)在黃磷車間使用的密封、置換氣體改為二氧化碳。

這里的置換分為兩類：第一類是指除塵器停運(yùn)清理檢修置換。需要用二氧化碳將系統(tǒng)中的一氧化碳置換至低于1%，再開啟除塵器檢修內(nèi)外門使用環(huán)境空氣送風(fēng)置換，使除塵器氣室氧含量大于20%，除塵器具備入塔進(jìn)罐的置換作業(yè)。第二類置換是除塵器檢修完成后投運(yùn)前的置換。此時(shí)的置換是使用二氧化碳?xì)怏w將除塵器及對(duì)應(yīng)的收磷系統(tǒng)中的氧含量置換至低于2%，為系統(tǒng)投運(yùn)通入磷爐氣提供安全通道的置換作業(yè)。

本文探討的基礎(chǔ)是指在磷爐正常運(yùn)行的情況下，需要對(duì)其中一套除塵器及對(duì)應(yīng)收磷系統(tǒng)停運(yùn)清理檢修時(shí)以及檢修完畢后系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)的置換，在這個(gè)置換過程中存在死角，通過改造來消除置換死角。

2 黃磷生產(chǎn)系統(tǒng)三類主要置換操作介紹

2.1 磷爐恢復(fù)生產(chǎn)前的系統(tǒng)置換

黃磷生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)歷大檢修以后再次啟動(dòng)生產(chǎn)，需要進(jìn)行系統(tǒng)置換。置換方法是：從磷爐本體通入二氧化碳，經(jīng)過除塵器、收磷塔、槽及管線、氣站，氣體從磷爐火炬放空，在火炬前取樣分析，達(dá)到系統(tǒng)置換的目的，如圖1所示。

圖1 磷爐恢復(fù)生產(chǎn)前系統(tǒng)置換示意圖

2.2 系統(tǒng)全面停產(chǎn)檢修置換

其置換方法和線路與系統(tǒng)投產(chǎn)前的完全一致。

2.3 系統(tǒng)局部檢修、投運(yùn)的置換

黃磷生產(chǎn)系統(tǒng)的局部檢修和投運(yùn)，是指磷爐沒有停車，一個(gè)系列需要維持正常生產(chǎn)，另一系列通過系統(tǒng)隔離實(shí)現(xiàn)檢修的情況，一般指除塵器的清理檢修。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)及操作說明書要求，操作步驟如下：通過關(guān)閉下角閥，截?cái)嗯c磷爐的聯(lián)通，防止磷爐氣從磷爐竄入除塵器；關(guān)閉上角閥，與收磷系統(tǒng)實(shí)施隔離，防止后續(xù)系統(tǒng)的一氧化碳倒灌進(jìn)入除塵器。置換使用的二氧化碳從除塵器入口的底部通入，自除塵器的第一氣室、第二氣室從除塵器頂部出口的放空管進(jìn)行放空，進(jìn)行置換系統(tǒng)[2]，如圖2所示。

圖2 電除塵檢修投運(yùn)置換示意圖

3 置換工作中遇到的困難分析

前兩類置換作業(yè)，由于可以自磷爐通入二氧化碳，經(jīng)過除塵器、收磷系統(tǒng)以及氣站的所有路線，能夠?qū)嵤┫到y(tǒng)性置換，可以做到不留死角，置換是有效和安全的，本文不進(jìn)行討論。

3.1 系統(tǒng)開停車置換留下死角的原因

在原始設(shè)計(jì)中，為應(yīng)對(duì)除塵器單獨(dú)檢修設(shè)計(jì)了一條單獨(dú)的置換路線。除塵器進(jìn)出口都設(shè)置有角閥進(jìn)行截?cái)啵＿\(yùn)除塵器時(shí)同時(shí)關(guān)閉進(jìn)、出口角閥的閥板，讓停運(yùn)的除塵器與磷爐及收磷系統(tǒng)進(jìn)行隔斷，通過二氧化碳可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立置換，從而實(shí)現(xiàn)安全控制手段。但是，由于角閥設(shè)計(jì)上存在嚴(yán)重缺陷，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在初始開車階段已經(jīng)損壞。后面進(jìn)行過修復(fù)、改造，一直不能正常使用。同時(shí)，由于除塵器原有的用于置換的放空管線在使用了一年以后完全堵塞，導(dǎo)致了除塵器原有置換線路處于癱瘓狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)開停車置換存在的風(fēng)險(xiǎn)和隱患

在除塵器原有置換線路癱瘓以后，車間采用了新的置換線路。截?cái)嗔谞t下角閥以后，從除塵器底部通入二氧化碳，打開除塵器頂部水封進(jìn)行放空。存在的問題是：一是由于氣站系統(tǒng)依舊在運(yùn)行，置換氣體不能自除塵器到收磷、尾氣管道進(jìn)行全系統(tǒng)置換，一旦除塵器打開原有充滿一氧化碳的運(yùn)行系統(tǒng)與大氣直接接觸，容易產(chǎn)生中毒和爆炸；二是除塵器水封都設(shè)計(jì)在除塵器頂部中間的位置，在除塵器第二氣室與出口之間必然存在死角，而這個(gè)區(qū)域是必須進(jìn)入工作的區(qū)域，存在巨大安全隱患。

3.3 解決原有置換線路癱瘓問題存在的困難

恢復(fù)原始設(shè)計(jì)置換線路不僅需要大量的經(jīng)濟(jì)投入，而且沒有找到可行的解決辦法。原有置換線路恢復(fù)的難度在于：一是除塵器出口截?cái)嘞到y(tǒng)沒有找到合適的有效設(shè)備來實(shí)施；二是如果效仿進(jìn)口截?cái)嘞到y(tǒng)，四臺(tái)除塵器出口需要加裝巨大的作業(yè)平臺(tái)，投入很大；三是原有四套放空管線需要全部重新設(shè)計(jì)、改造，而且還難以解決避免被黃磷堵塞的難題。

通過分析需要解決的問題是：在除塵器原有設(shè)計(jì)線路無法恢復(fù)的情況下，如何在現(xiàn)有設(shè)備和工藝的基礎(chǔ)上實(shí)施改造，確保除塵器在停運(yùn)、投運(yùn)以及清理、檢修時(shí)的安全。

3.4 必須解決的兩個(gè)置換死角

經(jīng)過對(duì)黃磷生產(chǎn)置換過程中遇到問題的分析，可以看出，現(xiàn)有的置換方法會(huì)在如下兩個(gè)位置留下死角：一是除塵器第二氣室水封與出口端會(huì)形成置換死角；二是與實(shí)施檢修的除塵器配套的收磷系統(tǒng)中一氧化碳依舊停留在系統(tǒng)中。

4 消除系統(tǒng)置換死角的辦法

通過上述分析，要徹底消除系統(tǒng)置換死角，在原有設(shè)計(jì)路線不能恢復(fù)使用的情況下，重新設(shè)計(jì)置換路線。項(xiàng)目的難度在于依托現(xiàn)有工藝線路，不進(jìn)行較大的改造及投入，解決局部清理檢修的置換線路既要進(jìn)行全系統(tǒng)置換，又不能干擾另外一套生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.1 消除置換死角的改造原則

(1)必須確保磷爐氣系統(tǒng)的有效隔離，原有的截?cái)嘞到y(tǒng)必須保留，確保系統(tǒng)隔離的有效和安全。

(2)重新尋找新的置換氣體放空渠道，避免生產(chǎn)系統(tǒng)前后兩端對(duì)清理檢修構(gòu)成安全威脅，也要防止檢修系統(tǒng)置換的二氧化碳進(jìn)入尾氣系統(tǒng)降低發(fā)熱值，影響用戶對(duì)磷爐尾氣的正常使用。

(3)必須實(shí)施檢修系統(tǒng)的整體置換，不能留下置換死角。

(4)只能立足現(xiàn)有工藝線路、管道及設(shè)備，進(jìn)行投入少、易操作、維護(hù)成本低的改造。

4.2 改造實(shí)施方案

4.2.1 置換線路設(shè)計(jì)

對(duì)黃磷尾氣系統(tǒng)安全水封(位號(hào)458)進(jìn)、出口管道之間增設(shè)管道進(jìn)行聯(lián)通，并加裝閥門控制，讓除塵器、收磷系統(tǒng)、氣站形成一個(gè)臨時(shí)的置換回路，包裝清理檢修系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)完全隔離，如圖3、圖4所示。

圖3 改造工藝簡(jiǎn)圖

圖4 458水封改造示意圖

4.2.2 操作介紹

在實(shí)施系統(tǒng)置換的時(shí)候，打開閥門使置換氣體通過除塵器、收磷系統(tǒng)、尾氣管道、水封入口、水封出口和磷爐尾氣的放空管進(jìn)行放空，此時(shí)安全水封不需要履行水封功能，操作上不違反安全規(guī)定。置換結(jié)束，關(guān)閉閥門恢復(fù)水封功能。

當(dāng)系統(tǒng)中一氧化碳含量低于1%視為系統(tǒng)置換合格，關(guān)閉二氧化碳置換氣體，打開需要檢修的除塵器，完成第一次置換。除塵器清理檢修完畢后，封閉系統(tǒng)，再次打開二氧化碳對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行置換，二氧化碳經(jīng)過同樣的路線，取樣分析，當(dāng)系統(tǒng)中的氧含量低于2%，視為第二次置換合格。關(guān)閉安全水封連通管上的閥門，關(guān)閉置換氣體。解除與工作端前后的隔離，完成一輪清理檢修與投運(yùn)工作。

5 項(xiàng)目實(shí)施效果

消除黃磷生產(chǎn)系統(tǒng)開停車置換死角項(xiàng)目對(duì)四套安全水封進(jìn)行了改造，總投入2萬元。與兩臺(tái)磷爐配套的四組除塵器都進(jìn)行了置換檢修，使用了新的置換線路以后取得了良好的效果，體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

(1)降低了置換難度、簡(jiǎn)化了置換操作步驟。通過一次操作上的技術(shù)培訓(xùn)，工藝班組長(zhǎng)、崗位操作人員就熟練地掌握了操作辦法，而且只需要開關(guān)兩個(gè)閥門就可以實(shí)現(xiàn)置換操作。

(2)提高了除塵器停運(yùn)的置換效率。未改造前，除塵器從停運(yùn)置換合格到交出清理檢修，平均需要6 h，最長(zhǎng)達(dá)12 h。改造以后，置換合格時(shí)間縮短到了3 h。

(3)提高了磷爐平均運(yùn)行負(fù)荷，降低了單位成本。由于單組除塵器運(yùn)行磷爐負(fù)荷只能按照設(shè)計(jì)負(fù)荷的55%運(yùn)行，會(huì)增加消耗、提高成本，通過改造縮短了置換時(shí)間，從而縮短了檢修時(shí)間，提高磷爐單位運(yùn)行負(fù)荷。

(4)提高了系統(tǒng)檢修的安全性。改造以后由原來的局部置換改為全系統(tǒng)的置換，消除了系統(tǒng)的每一個(gè)死角，既保障了停運(yùn)除塵器清理、檢修能夠?qū)⒁谎趸贾脫Q到最低水平，也保障了系統(tǒng)在再次投運(yùn)過程中將氧含量置換到最低水平，提高了系統(tǒng)的安全保障水平。