浓磷酸澄清槽耙压耙故障原因分析与处理探讨

胡文武

（湖北大峪口化工有限责任公司，湖北 钟祥 431910）

某公司磷酸二期装置是2012年新建并投产，采用多格方槽二水生产工艺；稀酸过滤采用真空转台式过滤机真空抽滤；浓缩采用强制循环真空蒸发，合格的浓磷酸先送至浓磷酸陈化槽进行陈化，再送至浓磷酸澄清槽进行澄清。装置中的浓磷酸澄清槽型式为拱顶圆槽，带锥形排渣口，规格为φ18200×12500mm（直段），配套有浓磷酸澄清槽耙。澄清槽运行原理：浓缩系统生产的浓磷酸由陈化槽陈化，再送至浓磷酸澄清槽进行澄清；澄清的浓磷酸从上中下溢流口排出，送至下游复合肥车间进行生产，而底部沉降的酸泥，会被浓磷酸澄清槽耙收集至锥形排渣口排出。

1 浓磷酸槽耙压耙故障概述

1.1 槽耙结构和主要技术参数

磷酸二期装置的浓磷酸澄清槽槽耙共有2台，主要由槽耙驱动装置、槽耙提升驱动装置、底部转耙机构三大部分组成。其主要的技术参数如表1。

表1 浓磷酸槽耙技术参数

1.2 槽耙工作原理及控制

该设备是通过有用功率表对负荷进行测控（功率与扭力的关系：T=8553×P/n），由搅拌和升降两部分组成，正常情况下只有搅拌部分工作。当搅拌超过所设定的轻度过载有用功率值时，会有声光报警来预警，边搅拌边提耙；在提升过程中，如果过载消失，则停升；延时30分钟，边搅拌边下降；下降过程中如又出现轻度过载，则会边搅拌边提耙，反复进行，直到过载消除，恢复正常状态。如果升到顶，过载还没有消除，则会在顶部一直转耙，直到过载消除，延时后降耙情况和上面一样，则会反复，直到正常为止，升降部分停止工作。当搅拌部分超过所设定的严重过载值时，控制箱严重故障灯亮并将该设备全部停机。

1.3 槽耙压死故障过程

当搅拌有轻度过载时，按正常工艺操作规程，操作人员立即排放酸泥，但是排放口排放出来的酸泥含固量只有22%，小于正常值35%。在排放酸泥消除轻度过载期间发现：越排放酸泥槽耙电流越升高，槽耙只会一直提升，不能下降，从而进入了“死循环”。最后在槽耙停机压死前的一个时间段，电流迅速上升，就像大量酸泥短时间内垮塌，导致槽耙严重过载，联轴器过载保护螺栓切断或者控制箱严重故障灯亮并将该设备全部停机，槽耙压死。

1.4 槽耙压死后果

每次槽耙压停后开罐检查发现，槽底沉积酸泥高度均在3m左右，酸泥量到达763m³，其中有效磷含量超过30%，导致大量可回收磷酸损失；且单次清理最少需10天，每天需20人进行不间断清理；初步预估浓磷酸槽耙每压死一次，直接经济损失超过100万元。

2 原因分析及依据

浓磷酸槽耙的固液分离原理与浓缩机内部浓缩过程是一致的，浓磷酸槽耙结构如图1，通过现场操作和一些指标可以推测出，浓磷酸酸罐底层（对应浓缩机D层）是存在大量酸泥，但最终酸罐底部排放出来的酸泥指标远低于设计值。由此我们先来参考浓缩机内部浓缩过程，具体如下：

图1 浓磷酸槽耙结构图

浓缩机处理待沉降悬浮液时，沿沉降方向分为5个工作区间，如图2所示。其中，A区是澄清区，该区的澄清液作为溢流产物通过溢流堰得到收集，溢流清液中所含固体量是评价浓缩机工作效率的重要指标，有严格的要求；B区是自由沉降区，浓缩机中的第一个沉降区，该区中固体颗粒依靠自身重力克服介质阻力向下运动，进入压缩区(D区)；在压缩区D区，固体颗粒之间已形成较为紧密的絮团，颗粒间呈堆叠状态，沉降速度缓慢；E区为浓缩物区，压缩区物料进一步沉降后进入浓缩物区，该区设有旋转刮板(该区所处浓缩机位置可呈平面形也可呈浅锥形)，浓缩区物料中的水分会在刮板旋转时的挤压作用下渗出，使压缩后物料浓度进一步提高，最终由浓缩机底部排出，成为浓缩机的底流产品，底流产品的压缩程度也是评价浓缩机效率的重要指标；在图 2中所示沉降区中，B、C、D三区体现了颗粒沉降过程， A区和E区表征了颗粒沉降后的结果。由上文可知，当待分离物料加入浓缩机后，物料在浓缩机中都要经历以上5个区域最终达到浓缩排放的目的。

图2 浓缩机内部浓缩过程

综上分析，浓磷酸澄清槽耙压死故障的最主要原因是：槽耙的转速过快。槽罐底部因为耙臂转动速度过快，导致局部产生混流干扰了酸泥的正常沉降。因此在槽耙上方酸泥颗粒继续结晶成长为大颗粒，最后大颗粒酸泥克服混流的干扰，短时间内开始大量沉降，此时槽耙刮板作用的酸泥介质比重远大于正常时比重，导致槽耙运行负荷超严重过载，联轴器过载保护螺栓切断，槽耙停机压死，为印证次推测，我查询了行业内同类型的槽耙设计转速，同时也核查了磷酸一期槽耙的设计转速，只有0.07rpm、0.08rpm两种，而磷酸二期装置的浓磷酸槽耙的设计转速却达到0.136rpm（见表1），确切的说是接近一期槽耙转速的两倍。

3 对策

（1）对浓磷酸槽耙搅拌装置电机进行新增变频器调速改造。通过变频将浓磷酸槽耙转速由原设计值0.136rpm降速至0.08rpm。由于槽耙转速的降低，产生的混流对酸泥沉降影响降至最低，酸泥可以顺利进入浓缩物E区，最终由槽耙刮泥板顺利收集至底层排放口排放，使排放出来的酸泥含固量达到了设计值35%。

槽耙转速降低后，根据功率与扭力的关系公式T=8553×P/n（注：P为电机功率；T为扭矩；n为转速。）可知：电机功率不变，扭矩与转速正反比关系。

正常运行时的电流远小于原设计运行电流，当槽耙刮板收集比重较大的酸泥时，电流会随着升高至原设计运行电流，此时槽耙的输出功率不变，由于输出转速的降低，导致槽耙瞬时扭矩增大，这是有利于槽耙刮板收集槽底酸泥。

（2）根据我公司磷矿杂质含量情况，以及浓缩系统生产出来的浓酸固相含量平均值，制定适合现场实际状况的《浓酸酸泥排放标准》，并定时定人进行督查酸泥排放情况。

（3）严格遵守《磷酸工艺操作规程》，由浓酸系统产出的浓磷酸必须在罐区浓磷酸陈化槽陈化4小时以上。

4 结语

通过对浓磷酸澄清槽耙的电机进行变频降速改造，运行至今已经2年多，没有出现浓磷酸槽耙压死故障。此项变频调速技术改造不但保障了磷酸二期装置的浓缩系统满负荷运行，同时也保证了下游复合肥装置浓磷酸的正常供给，更解决了从浓磷酸罐清理出来的化工固废难处理的环保问题。