（南化集團設計院，南京 210048）　周朝金

　　摘　要：磷酸生產裝置的循環冷卻水具有含氟、含磷，pH值較低，懸浮物含量較高。循環回水溫度較高的特點。針對這些特點，磷酸生產裝置循環冷卻水系統的設計要能滿足防腐。防結垢、防堵塞的要求，以使磷酸生產裝置的循環冷卻水系統正常運行。
　　關鍵詞：磷酸；循環冷卻水；設計
　　中圖分類號：TQ126.3
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009-2455（2000）01-0013-03

The Dsign of Acidic and Fluorine-Containing Recirculating Cooling Water System
ZHOU Chao-jin

　　Abstract: The recirculating cooling water for phosphoric acid production plants is featured by low content of fluoring. low content of phosphorus, low pH value, high contents of suspended matters and high temperature of recirculating cooling water. Taking into consideration these features, the design of the recirculating cooling water system for phosphoric acid production plants shall satisfy the requirements for corrosion resistance, scaling resistance and blocking resistance so as to ensure the normal operation of the recirculating cooling water system for phosphoric acid production plants.
　　Keywords: phosphoric acid plant; recirculating cooling water; design

前言

　　磷肥行業的主導產品一磷酸的生產過程中有大量的含氟酸性污水產生，為避免這些污水污染環境，最理想的辦法是對這些污水進行回用，做到污水零排放或少排放。磷酸裝置酸性循環水系統的設計即是將磷酸生產過程中產生的污水作為工藝循環冷卻水，做到正常生產過程中污水不外排，也節約廠一次水的用量。下面以4萬噸／年磷酸裝置為例對酸性含氟循環水系統的設計進行討論。

1 酸性含氟循環水系統流程

1.1 酸性含氟循環水的用途
　　目前濕法磷酸的生產幾乎全部采用硫酸法，即用98％的濃硫酸分解磷礦，這種工藝生產過程中要用到酸性循環水，其主要用于以下幾方面。
1.1.1 帶走反應稀釋熱和凈化有害氣體
　　在磷礦與硫酸的反應過程中有大量的反應熱和硫酸的稀釋熱需要從系統中移去，移走的方法是通過料漿在真空狀態下閃蒸蒸發，蒸發出的水蒸汽和含氟有害氣體在大氣冷凝器中和循環水混和，從而被冷卻和洗滌，這部分循環水的用量為358m³／h。
1.1.2 用于過濾系統的氣體冷卻和洗滌
　　過濾機的過濾真空度由水環式真空泵產生，真空泵抽出的氣體在過濾系統大氣冷凝器中和循環冷卻水混和而被冷卻和洗滌，循環水用量為50－60 m3／h。
1.1.3 混用作尾氣洗滌器的補充水和過濾機的洗滌水
　　尾氣洗滌器用于洗滌。凈化來自反應槽的尾氣和過濾機散發出的含氟氣體以及磷酸儲槽中溢出的含氟氣體，洗滌器的補充水為酸性循環水，用量為15m³/h，該部分循環水被工藝消耗。過濾機的三洗水也采用酸性循環水，用量為15m³／h，這部分循環水電被工藝系統消耗。
　　供大氣冷凝器使用的循環冷卻水，在使用過程中因吸收水蒸汽及氣體中的雜質，使循環水量及雜質含量增加。
　　循環水流量見圖1。
1.2 酸性含氟循環水系統補充水的來源
　　在磷酸裝置設計中，為節約一次水用量，設計中將用于工藝系統水環式真空泵的直流冷卻水（未受污染），作為酸性循環水的補充水，多余部分向外排放。這樣在裝置正常運行的情況下，酸性循環水系統無須對外排污，也不用一次水作補充水。
　　上述酸性循環水來自酸性循環水站的冷水泵，冷卻回水通過重力流管道送至循環水熱水池，經熱水泵加壓上塔冷卻，再循環使用。循環水系統流程簡圖見圖1。

　　由于部分循環水被工藝消耗，循環水系統可不設排污設施。

2 循環系統設備選型

　　磷酸裝置循環冷卻水的回水溫度一般為45℃，在冷卻過程中與含有F-、P₂O₅及水蒸汽的濕熱氣體進行混合，使循環水中含有氟（主要以HZSIF6形式存在）和少量P₂O₅濁度升高（有時高達11mg／L以上），酸性較強。因此，所選用設備要能滿足耐氟、耐酸、耐磨、耐溫的要求，磷酸裝置酸性循環水系統的主要設備有冷、熱水加壓泵和冷卻塔。
2.1 泵的選型
　　工程設計中，酸性含氟循環水加壓泵一般選用工程塑料離心泵或不銹鋼耐腐蝕離心泵。
2.1.1 工程塑料泵
　　工程塑料泵的過流部件采用超高分子聚乙烯制作，具有耐腐、耐磨。耐沖擊等優點，在化肥行業中適于輸送氫氟酸、氟硅酸及磷酸料漿等介質，適用溫度為一50℃－80℃，因此，可以用來輸送酸性含氟循環水。筆者在數個小型磷酸裝置循環水設計中均選用了這種泵，并已有幾年的成功運行經驗，工程塑料離心泵的造價要比不銹鋼離心泵低得多。
2.2.2 不銹鋼泵
　　不銹鋼離心泵應用在含氟酸性循環水中，已有多年的成功運行經驗，但不是每種不銹鋼材質都能適用，循環水泵過流部件的材質應根據循環水的水質確定，能成功使用的不銹鋼材質有316L和1Cr18Ni12Mo2Ti等。不銹鋼水泵的使用壽命較長，但價格昂貴。
2.2 冷卻塔的設計
　　冷卻塔是循環水系統的核心設備，酸性含氟循環水冷卻塔與清潔循環水冷卻塔的主要區別在于對防腐蝕、防堵塞要求高和冷卻溫差大。冷卻塔選型推薦使用鼓風式鋼筋混凝土冷卻塔，該塔具有如下特點：
2.2.1 塔的主體結構選型
　　冷卻塔的四周側壁及其內部的主要支撐結構均為鋼筋混凝土，混凝土與循環水接觸的表面，加做防腐層的材料一般采用耐氟環氧樹脂及滌綸無紡布等，由于鋼筋混凝土結構的梁板表面平整，棱角和連接點少，防腐層的施工質量能夠保證，防腐層在安裝和運行過程中不易被破壞。如果采用鋼結構，因其棱角和連接件。連接點多，防腐層施工很難保證質量，在安裝及運行過程中，防腐層很容易被破壞，造成鋼構件及螺栓很快被腐蝕。因此，在磷酸裝置酸性循環水設計中一般不使用鋼結構冷卻塔。由于酸性循環水中的氟對玻璃纖維有腐蝕作用，防腐層中及與循環水接觸的管材和板材中禁止使用玻璃纖維材料。
2.2.2 配水系統設計
　　混凝土冷卻塔內的配水采用混凝土水槽，有水管與配水槽和噴頭連接，噴頭采用上噴式，靠噴頭出口與配水槽中的水位差使噴頭的出水呈傘形分布，這樣布置既延長了水氣的熱交換時間，又能有效的防止噴頭堵塞。設計中在每個布水管的末端設有放水閥，使布水管能夠定期沖洗，防止水中的雜質在管道內沉積結垢。冷卻塔內的布水管及噴頭采用聚丙烯（PP），硬PVC或ABS等耐氟、耐酸的材料制造，填料及收水器也采用PP、PVC等材料制造。對濁度較低的冷卻水（＜70mg/L）采用薄膜型填料，對高濁度冷卻水采用點滴式填料，以防填料堵塞。
2.2.3 風機的防腐
　　冷卻塔鼓風機葉片設在冷卻塔壁外側，防止循環水侵蝕葉片。葉片及電機、減速箱等，均需要進行加強防腐處理。冷卻塔的材修門及內走道等均要采用耐酸、耐氟的材料制造。

3 輸水管材的設計選用

　　設計選川的管材，應能耐氫氟酸、氟硅酸、硫酸及磷酸的腐蝕。目前的設計中選用的管材主要有襯膠鋼管、PP管。FRP／PP和FRP／PVC復合管、鋼塑管（內襯高分子聚乙烯）等等。
　　聚氯乙烯管、聚丙內烯管、襯膠鋼管、鋼材聚乙烯管等，均能耐磷酸。低濃度氫氟酸、氟硅酸及硫酸的腐蝕，均可用于輸送酸性循環水，但因循環水溫度較高，且大部分管道埋地敷設，而聚氯乙烯的耐溫性個如聚丙烯管，襯膠鋼管和襯塑鋼管的施工安裝較復雜，須采用法蘭接口，用于埋地管道不太合適，且價格較高。故聚丙烯管及玻璃鋼／聚丙烯復和管是用于輸送酸性循環水是較理想的管材。由循環水管的工作壓力一般不高于0.50MPa，使用0.6MPa壓力等級的管道即可，閥門一般選用襯膠或襯四氟防腐。

4 結語

　　酸性循環水系統設計的好壞，直接關系到工藝裝置的污水排放量及一次水的用量的多少。對循環水系統的防腐及材料的選用，關系到循環水裝置能否正常運行和投資的大小，也關系到整個磷酸裝置能否正常運行、例如某磷酸工程選用了鋼結構玻璃鋼冷卻塔，因鋼結構防腐很難做得面面具到，加上安裝和管理上的疏漏，使酸性防性循環水乘隙而人，嚴重腐蝕廠鋼結構，造成冷卻塔的嚴重破壞，目前正在運行的磷酸裝置酸件循環水系統有很多成功的經驗值得我們在設計中予以借鑒。新型防腐材料和耐腐管道的不斷出現，給我們的設計選材提供了充分的選擇余地，我們在設計中應力求從經濟適用和長遠利益出發進行精心設計，將“一切為用戶服務”的指導思想切實貫徹到設計中。

　　作者簡介：周朝金（1964-），男，工程師