磷复肥生产中部分设备选型及改造问题探究

杨磊（云南三环中化化肥有限公司，云南昆明650114）

1 硫酸装置蒸汽回收利用

1.1 背景概述

在硫磺制酸装置中，配套采用了余热锅炉，这种装置额定的蒸发量是每台每小时120吨，这两台余热锅炉共用一套除氧装置。在技改过程中，硫酸装置有两台除氧装置，蒸汽除氧已达到锅炉供水氧气目标要求。除氧之后将直接排放到空气中，这会造成极大的热量损失和噪声影响，同时也减少了冷凝水循环利用量。两台除氧器在每小时向空气中释放的蒸汽约为3吨，热量损失较为明显。

1.2 改造的方案

蒸汽回收利用的方式是在除氧气进入排气程序后，串联两台蒸汽节能器，利用蒸汽的排放来克服节能器的换气阻力，循环水在经过自身加热利用之后，其余的气体通过排气口直接排入空气中，这其中很多蒸汽具有较高的热量，并且冷凝水也无法循环利用，带来了较多的能量损失。

这种改造方式充分考虑到气体的不凝结性对于传热所造成的影响，可以选用列管式蒸汽节能器进行串联设计，这种设计方法与普通蒸汽回收装置相比较，设备设计更为合理，并且蒸汽回收比较完全，在回收蒸汽的同时能够有效加气体中的不凝结性气体排出，极大的减轻装置负担。同时能够进一步提升蒸汽的回收利用效率，这种装置可以减少在硫酸设备过程中脱盐水加热消耗的蒸汽约3吨/小时，蒸汽的回收效率增加3吨/小时，提高反渗透装置的生产利用回收效率。通过蒸汽回收效率的提高，能够有效消除蒸汽出厂后对于周边环境所造成的破坏性影响，减少对周边环境的噪声，还能够起到较好的节能效果。

2 磷酸浓缩装置中蒸汽的回收

2.1 蒸汽排放的性能

在某工厂磷复合肥磷酸装置系统中，磷酸装置有4 套，每一套的产能是20万吨，浓缩采用的方式是强制循环，所产生的压力是2kg/cm2。这种蒸汽属于饱和蒸汽，当饱和蒸汽进入到石墨换热器之后会转换成冷凝水的形式，然后转入冷凝水的收集器进行闪蒸，冷凝水在经过闪蒸之后，利用水泵直接输送回锅炉进行循环利用。其余蒸汽将直接排放到空气中，这样会带走蒸汽中的热量，造成一定的热量损失，同时还有一些其他杂质气体，影响了周边的生态环境。闪蒸使得这4套装置每小时因为蒸汽排放而损失的冷凝水在7吨左右，如果能够得到循环的利用，将会得到较大的经济价值。

2.2 蒸汽回收系统改造的内容

磷复肥生产系统对于磷酸浓缩冷凝水装置进行回收过程中，采用了多种改造模式，主要是通过改变列管换热器以及夹套管换热器进行不同的验证方法，主要目的是能够得到最为有效的回收效果，同时确定最佳的设备选型，下面根据实践经验探讨磷复肥蒸汽回收系统以及相应的设备选型，希望给相关工程技术人员以借鉴和参考。

2.2.1 单套浓缩系统增加一台列管换热器

下面对这种磷酸浓缩系统改造流程进行阐述：工程中所有的四套浓缩系统各增加一台材质为不锈钢的列管换热器，换热器应该加在输水泵以及冷凝水之间。冷凝水经过净化处理后，通过输送泵直接运送到新的转换器，稀磷酸可以通过稀酸泵直接运输到新的转换器，冷凝水与稀磷酸之间进行逆流方向的传热。这种变化发生在换热器中，对于稀硫酸直接进行预热，然后进入闪蒸时，直接进行蒸发浓缩。冷凝水在经过冷却之后，将通过自流的形式到达冷凝水的中转槽。

中转过后需要将换热器进行彻底清理。此时磷酸的浓缩系统仍可以正常生产运行。稀硫酸清洗管直接连接换热器，稀硫酸接入管道主要目的是方便对换热器进行清理。换热器的冷凝水进口管以及出口管各安装温度显示器，方便工程技术人员对冷凝水进出口时的温度进行观察。

第二是关于换热器的选型。基础参数主要有以下内容：稀硫酸的流量是60～80m3/h，平均速度达到70m3/h，稀硫酸的浓度为24%，密度为1300kg/m3；稀磷酸的温度达到平均为50℃；冷凝水的流量平均为45m3/h，密度为960kg/m3,冷凝水的温度平均为120℃；水泵的扬程一般为78m，流量为170m3/h；采用变频泵的形式水泵扬程为50m，流量为70m3/h。

对于系统的设计要求，一般冷凝水出口的温度要小于90℃；磷酸的流速要大于1.5m/s，换热器管层不能超过4 层；如果换热器管程采用320L；那么壳程一般采用304L；根据现场的实际情况，稀磷酸的流量按60m3/h 计算，冷凝水流量按60m3/h进行计算；如果采用规格为50mm管径，长度为7m的换热管，稀磷酸的容量为60m3，管内液体的流动速度是1.5m/s；如果稀磷酸的流量是70m3/h，管内液体的流速是1.8m/s。管内液体流动速度比较快，那么能够有效减缓结垢的速率。在进行设备选型的过程中对于单套的磷酸浓缩系统增设列管式换热器和两套磷酸系统新增一台列管式换热器进行了对比分析，综合改造方案优缺点，根据工程经验可以看出，单套浓缩系统增加一台列管式换热器的方案更为可靠有效，并且对蒸汽的回收利用更加方便，因此推荐选用这种蒸汽回收的形式。

2.2.2 单套磷酸浓缩系统新增夹套管式换热器方案

稀磷酸到达浓缩系统中间有连接管道，可以在连接管道上增加材质为不锈钢的夹套管式换热器，磷酸浓缩系统在物理反应之后所产生的冷凝液，在经过收集泵进行集中收集之后，再经过夹套管式换热器，最终和稀磷酸在换热器内部进行逆流换热。经过加热之后的稀磷酸直接进入到浓缩系统中进行浓缩。

下面阐述夹套管式换热器设备的主要选型说明：

首先是查看原始参数。这种换热器它的稀磷酸流量每一台是70～95m3/h，平均是80m3/h；两台一般为160m3/h；稀磷酸的浓度为25%，密度一般为1200kg/m3；稀磷酸的温度一般为60～70℃，平均取65℃；单台冷凝水的流量一般为40～60m3/h，平均达到50m3/h；两套一般为100m3/h,密度为1000kg/m3；冷凝水的温度一般为100～120℃，平均温度是110℃；选择沸点可以根据建设所在地的大气压下沸点要求设置为合理的度数。

对于管道选型，一般采用108mm 的管道，可以分4 个片段进行安装，分为上下两层，然后两排串联的形式。稀磷酸的雷诺系数等于管道的内径乘以流速再乘以密度比上流体的粘度。管道雷诺系数大于4000，流体设定为湍流结构。结垢速率可以设定为0.4mm/day，则运行一个月之后，管道还剩68mm，两根为136mm，在这种情况下，磷酸基本上可以通过。

在改造过程中，对于单套和双套换热器类型都进行了尝试，其中单套磷酸浓缩系统增加一台列管式换热器。按照方案效果，浓缩系统增加夹套管式换热器方案更为有效，换热管因为结垢，需要内部进行清理，在浓缩系统生产周期过程中，一般要清理两次才能够保证系统的正常运行。但是在实验过程中，夹套管式换热器，它的结垢厚度随着反应时间的增加而不断变大，因此导致它的传热效果大幅度下降，到后期已完全无法起到回收蒸汽热量的作用。经过实践的检验，最终采用列管式换热器进行磷复合肥蒸汽回收利用。

3 结语

文章主要根据某公司案例，对于硫酸除氧的蒸汽以及磷酸在浓缩过程中的蒸汽回收利用进行了探讨，使得向空中排放的闪蒸汽能够得到循环回收和利用，减少了热能的损失，同时也能够实现对周围环境的最小影响，能够有效缓解目前能源紧张的局面，同时还能够给企业带来一定的经济效益。