湿法磷酸装置管道除垢技术进展

李维红

（瓮福（集团）有限责任公司瓮福化工公司，贵州福泉 550501）

磷酸的工业生产方法可分为热法和湿法。广义上讲，凡是用酸性强的无机酸分解磷矿制成的磷酸，可统称为湿法磷酸［1］。湿法磷酸装置有建设规模可大可小的弹性优势，也有因管道结垢影响装置长周期稳定运行、限制产能发挥的问题。

1 湿法磷酸装置容易结垢的管道

湿法磷酸装置主要由反应、过滤、浓缩、酸储存、冷却等工序和渣浆系统、磷石膏堆场组成。二水法工艺中磷酸w（P2O5）大多控制在25%左右，磷酸中的溶解性杂质较多。由于磷酸与环境温度差较大，其中溶解的杂质易在工艺管道析出，导致其结垢堵塞问题非常严重［2］。在反应、过滤、浓缩、酸储存工序容易结垢的管道主要有料浆管、返酸管、成品稀磷酸管、浓缩产品磷酸管、磷酸储槽送下游装置的长输管线。渣浆系统将过滤分离得到的w（游离水）25%的磷石膏用渣场导渗出的酸性回水在渣浆槽中搅拌再浆后送往磷石膏渣场堆存。长期生产运行中，渣浆管道受生产负荷，泵流量、扬程，停车时冲洗清理程度等因素影响，而出现沉积结垢现象。磷石膏再浆后带到渣场的酸性回水经长时间的自然冷却温度可从55 ℃下降到常温，冬天时水温会变得更低。酸性回水冷却过程中，杂质出现过饱和析出，在管道内壁形成结垢，使酸性回水管道流量变小、泵出口压力升高，安全环保风险增大。

2 湿法磷酸装置管道除垢技术

化学清洗、物理清洗是湿法磷酸装置除垢的基本方法，近些年管道除垢技术既有常规方法的应用，也有创新方法的突破。

2.1 化学清洗技术

湿法磷酸装置反应、过滤、浓缩工序的酸管道，渣浆系统的回水管、渣浆管，磷酸储槽送下游装置的长输管线，均可以构建循环清洗回路进行化学除垢。循环清洗系统属于封闭清洗系统，是由配制清洗液的罐和泵、阀、管、流量计、加热清洗液的换热器等组成。化学清洗的药剂有酸性药剂，也有碱性药剂。磷酸管道清洗中常用的酸性药剂主要是无机酸，包括硫酸、硝酸、氟硅酸等；清洗中常用的碱性药剂有氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠等。无论是酸循环清洗，还是碱循环清洗，都要控制合适的清洗液浓度、温度和清洗时间，才能达到既有利于成本控制，又能除垢的效果。

2.2 物理清洗技术

化学清洗技术在磷酸生产运行实践中虽具有普遍的适用性，但对于一些特殊生产单元，如渣浆系统的渣浆管、酸性回水管，以及不便于或没有必要建立循环清洗回路的装置管道的结垢，又表现出相应的劣势。瓮福化工公司马场坪磷酸厂经过20 多年实践、认识、再实践的探索，针对特殊生产单元的管道采用物理清洗技术进行除垢［3］，取得了非常不错的效果。

2.2.1 气脉冲清洗技术

气脉冲清洗技术以压缩空气为动力源，以水（可以是酸性水）为清洗介质，由空压机送出的高压气流，通过可编程逻辑控制器（PLC）脉冲震荡发生器，与水一起形成脉冲和高速水气流。脉冲随水气流向下继续传播，使管内形成高速水气湍流，与管道内的硬性杂质（如钙、钠、钾化合物的颗粒等）一起对管道内壁产生冲刷和喷砂效应，促使附着在管壁上的垢层脱落，并随着水从管道末端排出。瓮福化工公司马场坪磷酸厂渣浆泵距离磷石膏堆场4.5 km，堆场导渗缓存池酸性回水泵距离厂区3.5 km。经过十多年的运行，磷石膏渣场回水管道流量因结垢从设计时的550 m3/h 下降到230 m3/h，管道末端压力从0.30 MPa下降到0.15 MPa，制约了装置用水，也严重影响雨季防洪度汛。过去的几年间，为解决回水管道堵塞问题，每年都利用大修时间构建循环清洗回路，用硫酸、氟硅酸、碱液浸泡等方式除垢。但因管线长、化学清洗热量易损失、清洗时间长，一直收效甚微。2020年在厂区DN150的酸性回水管道上试用气脉冲清洗技术除垢，取得非常不错的效果。而后将气脉冲清洗技术推广到磷石膏渣浆系统DN200、DN400 酸性回水管道，DN500 渣浆管道除垢上，相继也取得很好的效果，有效解决了渣浆管、酸性回水管流量小、泵出口压力高难题。

2.2.2 PIG清管技术

PIG 清管技术是一种预防管道结垢的有效手段。该清管技术是将PIG放入发射器，发射介质在PIG 前进方向产生压力差，形成前进推力，使PIG沿管线前进，PIG与管壁的结垢物接触、摩擦、刮削。运行中介质在PIG与管壁之间形成高速环形射流，推动脱落的垢层排出管道。PIG清管技术较适用于清除质地偏软的管道结垢物，对湿法磷酸装置管道附着的氟硅酸钠（钾）化合物等硬质结垢物效果有限。四川达州某磷酸工厂每年利用集中停车检修时间对磷石膏渣浆管通PIG球，经过十多年预防性清管，渣浆管的流量和压力完全在正常状态运行。

2.2.3 空气爆破清洗技术

空气爆破清洗技术是利用气动弹的特殊气室结构，以及管道内原有的流体作为工作介质，将管道中充入的压缩空气所储存的能量瞬间释放出来，形成巨大的水气波，冲刷管壁结垢物使其松动、破碎，并在高速水气的推力作用下排出管道。使用空气爆破清洗技术最成功的案例属贵州某磷肥企业磷石膏渣场至矿山的长距离酸性废水输送管道结垢清理。该公司应用空气爆破清洗技术，将结垢的长输管线分成多段爆破清理，成功将大管径、长距离管道中的结垢物清除，恢复了管道设计流量，解决了湿法排渣企业渣场积水多的安全环保难题。

2.2.4 高压水射流技术

高压水射流技术利用加压泵将水压力升高到一定值（＞10 MPa）后，通过规定的路径从喷嘴中排泄出来而形成高压水流，射流的形状有圆柱形、扇形、扁铲等。根据生产中结垢管道的需要自由选择合适形状的喷嘴，并调节适当的射流压力完成管道除垢。高压水射流清洗技术对湿法磷酸装置中使用次数少、结垢速度慢、成垢周期长的不锈钢或耐腐蚀材质管道以及无法建立化学循环清洗回路的非标直段、弯管、盲肠管道除垢效果较为理想。

3 结语

笔者介绍的更多为近年来湿法磷酸装置管道除垢较为实用的方法和技术进展，对于超声波清洗技术、表面活化清洗技术还需在湿法磷酸装置管道除垢应用中进一步深层次认识、实践和探索。当然，更要做好管道结垢的预防。