氧化铝溶出闪蒸针型阀与孔板共用调节探索实践

古正环 钟为民

摘 要：氧化铝溶出是氧化铝生产的核心工序，闪蒸系统是氧化铝溶出汽热能转换的关键，也是防止乏汽带料、系统磨损稳定生产工艺控制的关键，文章通过对针型阀、孔板等闪蒸系统节流方式进行技术分析，并通过实践验证了针型阀与孔板节流联合使用的可行性与良好运行效果，实现了对传统闪蒸系统控制方式的良性改革，对氧化铝生产具有推广意义。

关键词：氧化铝；溶出；闪蒸；调节

中图分类号：TQ133.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0101-02

Abstract： Alumina stripping is the core process of alumina production， flash system is the key of heat energy conversion of alumina stripping steam， and it is also the key of preventing spent steam belt material， system wear and stable production process control. Through the technical analysis of the throttling mode of the pin valve orifice plate and other flash steaming systems the feasibility and good operation effect of the combined use of the needle valve and orifice plate throttling are verified through practice. The benign reform of the control mode of the traditional flash system has been realized， which is of great significance to the production of alumina.

Keywords： alumina； dissolution； flash； regulation

1 背景與现状

闪蒸系统是氧化铝生产工艺必备的重要设备之一，其作用是利用饱和矿浆溶液沸点随着压力降低的原理，由多个闪蒸器（即矿浆自蒸发器）构成多级闪蒸系统以用来回收矿浆溶液闪蒸的乏汽热能，从而实现热能回收利用以及方便下一级工序接受低温低压的生产物料。

闪蒸系统的操作控制核心是压力平衡，即各级闪蒸器之间的压力差，它是决定闪蒸效果乃至氧化铝溶出效果的核心参数，也是控制料浆流动的动力。

当前闪蒸系统的压力调节主要有两种方式：

一是孔板调节。如图1所示，将经过精密测算与实验确定的不同孔径的孔板安装于闪蒸器进料管泄料端，料浆在此处节流进入下一级低压闪蒸器实现闪蒸。其主要优点是料浆在进料管道的卸料口节流泄压，进料管内料浆充满管道，磨损主要集中在卸料口，而管内磨损相对较轻；其主要缺点是孔板孔径固定，各级闪蒸器间的压力梯度也相对固定，不适用于溶出系统负荷的频繁调整。

二是针型阀调节。如图2所示，将电动针型调节阀安装于闪蒸器进料管道系统中段，通过调整阀门开度促使料浆在此处节流后经过末端进料管泄放进入下一级低压闪蒸器实现闪蒸。其主要优点是闪蒸系统的压力调节由电动针型阀在线控制，适用于溶出系统负荷的频繁调整；其主要缺点是料浆在进料管道系统中段节流泄压，针型阀后的管道受三相流冲刷，磨损剧烈。

中国铝业遵义氧化铝有限公司（以下简称遵义氧化铝）采用拜耳法溶出工艺生产一级品冶金级砂状氧化铝，配备4套管道化溶出系统，4套系统连续运行未配置备用系统，主要为了满足溶出系统生产负荷的频繁调节需要，其闪蒸系统采用的是针型阀调节。自2010年投产以来，随着铝土矿品位的逐渐变化，闪蒸器进料管磨损日趋加剧，直管中段与出料三通磨损尤其剧烈甚至频繁磨穿，已逐渐发展为制约氧化铝生产的关键因素。多年来，遵义氧化铝致力于改善闪蒸器进料系统磨损，在耐磨材料方面作了大量尝试与探索，但主要受制于耐磨性与焊接性的矛盾等因素未能取得突破性实效。如何有效改善闪蒸进料调节方式，既能满足生产负荷调节需要，又能切实降低系统磨损以减少非计划停机，成了当前遵义氧化铝生产经营急需解决的重要难题。

2 针型阀与孔板共用调节的技术分析与探索试验

通过闪蒸器进料管的磨损机理分析，要根本上改善其磨损趋势，核心思路是改变闪蒸点的相对位置，促使管内料浆尽可能充满管道，减少三相流冲刷磨损。因此将针型阀与孔板共用调节作为主要探索方向。

主要存在两个难点：

一是要在确保针型阀节流对生产的实时调节作用的前提下，尽可能提高孔板节流的压降比例，以有效减少管内三相流冲刷磨损。其关键问题在于要确定针型阀与孔板两段节流的相对比例，这需要对每一级孔板尺寸（孔径）区别于常规孔板进行更加精密的计算并通过试验加以确定，既要满足生产实时调节需要，也要实现降低磨损的目的。

二是两段节流降低了管内料浆冲刷磨损的强度（但管内冲刷磨损仍然存在），出料部分（孔板）磨损会相对加剧，需要寻求高质量的管内及孔板的耐磨材料或者结构加以缓解，以实现磨损趋势的可控与维修工作量的降低。

基于以上分析基础，遵义氧化铝寻求到具备较强专业技术实力的供应商（河津市鑫浩泵阀有限公司）协作实施新技术的开发，首先通过大量计算确定了每一级闪蒸的孔板尺寸，其次根据每一级闪蒸压力情况选用了不同的耐磨合金作为管道内衬及孔板材料，并通过等离子切割加工后异种钢无缝“包边”达成焊接条件（图3）。

其主要有以下技术特点：

（1）针型阀及其阀座部分保留原状，仅重新设计孔板尺寸，实现以孔板固定节流为主、针型阀微调节流为辅的两段节流控制，负荷调整时操作更精准。

（2）进料管前端磨损程度大幅下降，剧烈磨损点转移到尾部区域（出料口）。

（3）进料管前端采用防磨内衬管衬里，后端采用孔板复合件对焊，复合件采用超耐磨合金等离子切割衬里、易焊钢材包边，对焊点为整个进料管磨损最轻区域。维修时仅需更换孔板复合件及前端防磨内衬管，既满足了防磨需要，也有利于日常检查维修。

3 实践效果

3.1 降低工艺操作难度，减少乏汽带料

两段节流以孔板节流为主，通过精密测算并试验确定的孔板尺寸形成了各级闪蒸器之间相对科学的压力梯度，在生产负荷需要调整时，仅需对部分针型阀作微调即能满足生产需要，有效避免了原有针型阀调节大幅调整时易出现的乏汽带料等事故。

3.2 进料管磨损改善，溶出机组运行周期大幅延长

改造后的进料管剧烈磨损点仅有尾部区域，重点针对此区域采用了新结构、新材料的防磨设计，整个进料管的磨损趋势得以改善。以同样的输送矿浆成分、（磨损最剧烈的）同一级闪蒸进料管作为对比，未改造的进料管使用38天后其前端内衬管与尾部出料口已基本磨穿不能再使用，而经过改造后的进料管使用50天后检查未发现明显磨损。

3.3 磨损趋势有效掌控，减少非计划停机

进料管磨损的改善，实现了磨损趋势朝符合生产组织需要的方向有效把控，溶出机组非计划停机大幅减少，减少了生产损失，同时为提高溶出机组运转率奠定了基础。自改造投用以来，遵义氧化铝溶出机组因闪蒸进料管磨损导致的非计划停机下降到了0次，溶出机组运转率同比2017年提高了3.39%。

3.4 降低维修时间，节约维修成本

改造前每运行一个周期（40天左右）一个溶出机组共计十级闪蒸器中平均要更换4-5个严重磨损的进料管内衬与出料三通；改造后连续运行两个周期只需预防性更换部分进料管内衬与孔板，孔板座磨损极其轻微。极大的降低了维修时间并且解决了维修成本。

参考文献：

[1]毕诗文.拜耳法生产氧化铝[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[2]楊重愚.氧化铝生产工艺学[M].北京：冶金工业出版社，1993.