+7 (343) 247-81-32

Инжиниринг Производство Строительство и монтаж

Публикации

1.04.2013

Опыт проектирования и эксплуатации опытной установки высокотемпературного выщелачивания

Для проектирования установки высокотемпературного выщелачивания бокситов Средне-Тиманского месторождения при глухом нагреве пульпы от 45 до 268°С для строя-щегося в то время Сосногорского глиноземного завода необходимо было получить исходные данные по коэффициентам теплопередачи, скорости образования накипи в различных температурных диапазонах, режимов обескремнивания бокситовой пульпы, способов очистки теплообменных поверхностей от накипи и других эксплуатационных параметров.

По заказу УАЗ-СУАЛ ЗАО «НПП «Машпром» спроектировало нестандартизирован-ное оборудование и саму опытную установку высокотемпературного выщелачивания (ОУ ВТВ).

В результате на площадке УАЗ-СУАЛ была построена единственная на территории бывшего Союза опытная установка глухого высокотемпературного выщелачивания бокситовой пульпы.

Общий вид пристроя для опытной установки ОУ ВТВ представлен на рисунке 1. Подогреватели П1-П14 и О1-О14 показаны на рисунке 2.

Нагрев сырой пульпы на этой установке предусмотрен в диапазоне от 45 до 225°С с помощью имеющегося на УАЗе водяного пара давлением 2,8 МПа, температурой 300°С, дальнейший нагрев пульпы от 225 до 268°С предусмотрен паром от парового котла ПД-2-10-550 с проектными параметрами получаемого пара: давление - 9,0 МПа, температура – 320°С. Расчетный объемный расход по сырой пульпе составляет 5,0 м3/ч, время выдерж-ки пульпы в каждом из автоклавов А1…А3 до 20,0 мин

Из основного оборудования, входящего в состав ОУ ВТВ, стоит остановиться на 14 вертикальных трехходовых кожухотрубчатых подогревателях сырой бокситовой пульпы (в дальнейшем П1-П14) с трубами 32´2 мм и 14 вертикальных одноходовых подогревате-лях (в дальнейшем О1-О14) с одной трубой 32´2 мм. Одноходовые подогреватели предназначены для контроля интенсивности накипеобразования на теплообменной трубе. Контроль осуществлялся весовым методом при демонтаже теплообменной трубы, закрепленной на сальниковых кольцах. Кроме подогревателей в ОУ ВТВ были задействованы насос пульпы “GЕНО” ZРМ-500, три автоклава; три самоиспарителя конденсата; два охладителя конденсата; фильтр грубой очистки; регуляторы давления, расхода пара, уровня; мерники, пробоотборники, система КИП и А.

Сырая пульпа из бака мешалки самотеком проходит через фильтр и далее с помо-щью подкачивающего насоса и поршневого насоса пульпы “GЕНО” ZРМ-500, прокачивается через подогреватели в последовательности П1-О1...П14-О14. После подог-ревателя О14 пульпа направляется в автоклав выдержки бокситовой пульпы в диапазоне температур 268°С- 280°С в течение заданного времени. Вареная пульпа из автоклава выдержки отводится через фильеры в самоиспаритель пульпы.

Итоги испытаний ОУ ВТВ

Испытания установки производились в несколько этапов, каждому из которых предшествовала подготовка и модернизация на основании данных, полученных при предшествующих работах.


После первого этапа испытаний производилась гидромониторная очистка подо-гревателей с помощью установки «Hammelmann», которая показала следующее:

  1. При проведении очитки теплообменных труб струями жидкости с давлением 130 МПа наблюдалось образование на их внутренней поверхности бороздок, проеденных в металле. Очевидно, что при увеличении давления очистки износ труб увеличится.
  2. В процессе очистки среднетемпературных подогревателей (с наибольшим ко-личеством осадков) обнаружилось, что при прочистке последующих трубок, воз-никали ситуации забивки уже прочищенных трубок. При этом требовалось по-вторно переустановить фланцы и проводить очистку на скорости 5 см/с.

Отмечен относительно высокий абразивный износ внутренней поверхности теплообмен-ных трубок подогревателей (марка Сталь 20) после чистки. Поэтому рекомендуется при-менять аппараты с давлением менее 150 МПа.

Во время второго этапа работ средняя температура пульпы в автоклаве выдерж-ки составила 246оС. Среднее извлечение AI2O3 составило 64,0%. Среднесуточные значения коэффициентов теплопередачи по группам подогревателей составили (П1-П6) – 702 Вт/(м2×К), (П7-П10) – 308 Вт/(м2×К), (П11-П14) – 590 Вт/(м2×К).

Увеличение температуры пульпы с 205°С до 255°С по сравнению с первым эта-пом работы позволило снизить каустический модуль с 1,5 до 1,38. Включение после подогревателя О4 автоклавов обескремнивания снизило содержание SiО2 в жидкой фазе с 0,5% до 0,25% (в 2 раза), в то же время содержание SiО2 в твердой фазе увеличилось с 7,0% до 7,6%.
Скорость зарастания теплообменных труб (по падению коэффициента теплопере-дачи в два раза) составила 14 суток.
Скорость чистки гидромонитором «Hammelmann» при давлении 125 МПа соста-вила 5 см/сек.

Перед проведением третьего этапа испытаний ОУ ВТВ в августе-сентябре 2007г. были выполнены работы, позволившие проводить предварительное обескремнивание густой пульпы до подачи ее в ОУ ВТВ.

Во время испытаний температура пульпы в реакционном автоклаве изменялась в диапазоне 260-278°С. При этом химическое извлечение глинозема из боксита составило в среднем 82%, что в свою очередь является 99% от теоретически возможного.

Среднесуточные значения коэффициентов теплопередачи по группам подогрева-телей в ходе проведения этих испытаний составило (П1-П8) – 1510 Вт/(м2×К), (П9-П14) – 1015 Вт/(м2×К).

При снятии крышек подогревателей П1-П14, отработавших на пульпе 20 суток за-фиксировали зарастание теплообменных поверхностей осадками толщиной от 0,3 до 2,1 мм.

Проведенные на ОУ ВТВ успешные испытания по нагреву и выщелачиванию бок-ситовой пульпы Средне-Тиманского месторождения предоставили необходимые для разработчиков Сосногорского глиноземного завода данные, а именно:

  1. Необходимость проведения обескремнивания сырой бокситовой пульпы при температуре 90-95°С;
  2. Величины коэффициентов теплопередачи подогревателей сырой бокситовой пульпы в диапазоне ее нагрева от 45°С до 270°С и скорость снижения средних расчётных значений коэффициентов теплопередачи подогревателей (П1-П14) за этот период составило с 1782 до 855 Вт/(м2×К)
  3. Интенсивность падения величин коэффициентов теплопередачи подогревате-лей во времени, работающих в диапазоне температур от 45°С до 270°С на необескремненной и на обескремненной пульпе;
  4. Интенсивность и характер образования отложений на внутренних поверхно-стях теплообменных труб подогревателей в этом же диапазоне температур нагрева предварительно обескремненной пульпы;
  5. Химический, фазовый состав и физико-механические свойства отложений, об-разующиеся на внутренней поверхности теплообменных труб подогревателей в диапазоне нагрева от 45°С до 270°С предварительно обескремненной пульпы;
  6. Технологические параметры - химический выход по Al2O3 и каустический мо-дуль алюминатного раствора при процессе выщелачивания предварительно обескремненной бокситовой пульпы при температуре 260-270°С;
  7. Определена скорость гидромониторной очистки подогревателей – для аппара-та «Hammelmann» она составляет 5 см/с при давление 125,0 МПа.
  8. Предоставлены исходные данные для оценки параметров процесса выщела-чивания бокситов СТБР на Сосногорском глиноземном заводе.

Кроме того, опыт, приобретенный при подготовке к пуску и наладке ОУ ВТВ, а также результаты испытаний ее дали богатый материал для разработчиков технологиче-ского процесса и нестандартизированного оборудования для автоклавных батарей высо-котемпературного выщелачивания.

Например о недопустимости использования регулирующих клапанов для регулирования перепада давления между автоклавом выдержки и атмосферным самоиспарителем пульпы. Через несколько дней работы установки клапан вышел из строя из-за абразивного износа. Кроме того, сильному абразивному износу подвергся и трубопровода пульпы после дросселирующего устройства, что по-видимому , объясняется резким изменением давления и вскипанием пульпы. Для устранения этих явлений решено было установить дроссельное устройство в виде ряда износостойких фильер, диаметром 6,2 мм непосредственно перед самоиспарителем.

Также было обнаружено, что пространство между бобышкой и защитным кожу-хом для термометра сопротивления постепенно забиваются пульпой, что приводит к уменьшению их показаний относительно действительной температуры.
В процессе отработки режимов нагрева воды в подогревателях П1-П10 и О1-О10 выяснилось, что при подводе греющего пара в нижнюю часть межтрубного пространства подогревателей П1-П10 пар не полностью конденсируется на теплообменных трубах по-догревателей, поэтому ввод пара в подогреватели сделали в верхнюю часть подогревате-ля. После такой переделки коэффициент теплопередачи на подогревателях увеличился с 200-500 до 1320-1550 Вт/(м2*К).
В настоящее время ОУ ВТВ подготавливается к испытаниям при работе на пульпе Средне-Уральского месторождения (СУБР)

Список использованных источников

1. ЗАО «НПП «МАШПРОМ». Отчет о НИР. Проведение испытаний аппаратурно-технологической схемы кожухотрубчатого выщелачивания Средне-Тиманских бокси-тов на опытно-промышленной установке. Определение гарантированных по-казателей [Текст] – Екатеринбург, 2007.

Вернуться к списку публикаций