大型湿法磷石膏堆场设计概要

［摘要］针对大型、山谷型湿法磷石膏堆场，提出了磷石膏堆场设计流程，把磷石膏堆场本体设计内容概括性总结为５大部分，并阐述了各部分之间的相互关系及堆场设计要点。

［关键词］大型湿法磷石膏堆场；设计流程；设计内容；设计要点［中图分类号］ＴＱ１２６．３＋５［文献标识码］Ａ［文章编号］１００７－６２２０（２００８）０４－００２３－０４大型湿法磷石膏堆场设计概要储学群，童小祥（中国石化集团南京设计院，江苏南京２１００４８）［收稿日期］２００７－１０－２３［作者简介］储学群（１９６３－），男，江苏宜兴人，高级工程师，长期从事大型湿法磷石膏堆场设计。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｃｉｄｉ＠ｍａｉｌ．ｏｎｌｉｎｅ．ｓｈ．ｃｎ２３从２０世纪８０年代中后期起，我国开始引进大中型磷复肥生产装置，与此同时，大型磷酸装置的磷石膏处理问题成为一个必须研究的课题开始起步。

９０年代初，江西贵溪建成了国内第一个湿法磷石膏堆场。

之后，湖北大峪口、湖北黄麦岭、广西鹿寨、贵州瓮福（宏福）等引进的磷酸装置均建设了湿法磷石膏堆场。

２１世纪初，大型磷酸装置国产化，云南大黄磷（富瑞）、云南云峰、云南三环、贵州息烽等亦相继建成了大型湿法磷石膏堆场，目前在建的堆场有贵州开磷、云南晋宁等，在不到２０年的时间内，国内大型湿法磷石膏堆场从无到有，已建成了１０多处。

大型湿法磷石膏堆场是随磷酸装置同时引进的，但与磷酸装置不同，它仅引进了概念、名称，其技术的研究发展，则完全由我们自己独立完成。

根据我国国土资源条件（人多地少）、堆场选址原则（不占或少占耕地），以及资源地建厂特点（山区），国内大型湿法磷石膏堆场无一例外选择了山谷地（或丘陵地），这与国外大多数平地型湿法磷石膏堆场在场址选择上有较大的不同，故堆场技术特点与国外也就有所区别。

国内大型湿法磷石膏堆场均建设在山谷地，而且绝大多数选择了较经济的山谷型。

基于磷石膏堆场建设现状，及将来极可能成为堆场建设形态的大型、山谷型湿法磷石膏堆场，本文即称为大型湿法磷石膏堆场。

大型湿法磷石膏堆场，由于其较大的山谷汇水面积，使得不确定因子（大气降雨、蒸发）对于堆场防洪排洪以及堆场和磷酸装置系统的水平衡影响特别大，亦较复杂，相对来说，较平地型湿法磷石膏堆场技术难度要大得多。

大型湿法磷石膏堆场建设，国内已开展了１０多年，但行业至今还没有建立相应的规范标准。

本文就大型湿法磷石膏堆场设计的经验及感悟，对其作一个概要介绍和总结。

１磷石膏堆场选址及设计流程磷石膏堆场设计的首要任务是选择合适的场址。

场址选择涉及社会问题和工程技术问题。

技术上的必要条件应满足工艺要求，即，对应磷酸装置生产规模，拟选场址要有足够大的库容，能够贮存一定生产年限的磷石膏量。

从经济运行及规范要求考虑，大型湿法磷石膏堆场服务年限不应少于１０年（且不小于磷酸装置生产年限），在比较理想的情况下宜达到１０～２０年，甚至更久。

确定堆场服务年限的堆场库容计算，应考虑磷石膏可能的堆存高度，以免堆存状况达不到设计库容标准而降低堆Ｄｅｓｉｇｎｏｕｔｌｉｎｅｏｆｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍｓｔａｃｋＣＨＵＸｕｅ－ｑｕｎ，ＴＯＮＧＸｉａｏ－ｘｉａｎｇ（ＮａｎｊｉｎｇＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳＩＮＯＰＥＣＧｒｏｕｐ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１００４８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｇａｉｎｓｔｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅａｎｄｖａｌｌｅｙ－ｔｙｐｅｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍｓｔａｃｋ，ｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｏｎｔｅｎｔｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏ５ｓｅｃｔｏｒｓ，ｗｉｔｈｔｈｅｉｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｎｄｄｅｓｉｇｎｉｔｅｍｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｗｅｔｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍｓｔａｃｋ；ｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓ；ｄｅｓｉｇｎｃｏｎｔｅｎｔ；ｄｅｓｉｇｎｉｔｅｍ◆磷酸磷铵◆２００８年７月第２３卷第４期磷肥与复肥Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ＆ＣｏｍｐｏｕｎｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒ２４场服务年限。

磷石膏料浆输送、堆场回水系统的建设投资比重较大，故对于有较大库容的场址，若与磷酸装置距离远、高差大，亦不一定可取，应综合考虑。

近年来国家环保、安全法规执法力度提高，全民环保、安全意识增强，环保、安全约束条件对磷石膏堆场场址选择起到了实际的、决定性的作用。

对于拟选场址是否处于水源地、水系上游，场址下游是否存在人口密集城镇、工矿、重要交通线等等问题，都是场址选择必须考虑的因素，而且是决定性因素。

依据以上选址条件，一般初选场址不少于２个。

针对初选场址，着手进行可行性研究。

可行性研究工作在堆场工艺、堆场布置、主要建筑物选型、建筑料场确定、堆场防渗方法、料浆输送线路、堆场人口搬迁、农田占用、环境影响等方面展开多方案技术、经济比较。

其中，水文地质勘察工作结论，在现行的相关规范条件约束下，对堆场防渗方案确定，在经济性、技术可行性，乃至选址是否成立起到关键性的作用。

可行性研究作出最终场址选择决定之后，按所选场址进行磷石膏堆场初步设计和详细设计。

大型湿法磷石膏堆场设计流程见图１。

２磷石膏堆场主要设计内容堆场设计内容从类型上分为输送系统和堆场本体２大块。

输送系统包括磷石膏料浆输送和堆场回水输送，属于传统化工技术，为大家所熟悉。

堆场本体设计根据其各部分组成的功用关系，大致可以分为以下５个部分：磷石膏堆积坝系统，堆场回水调节库系统，堆场渣库排洪（回水）系统，堆场防渗与环保监测，堆场服务区及场区交通系统。

２．１磷石膏堆积坝系统磷石膏堆积坝系统为堆场核心内容，这一部分主要组成有：初始坝，磷石膏堆积坝，堆积坝排渗系统，堆积坝原型观测系统。

初始坝是保障后续磷石膏能排水固结、自身构筑堆积坝的重要构筑物，一般采用透水堆石坝形式。

另外，初始坝作为磷石膏堆场最大的构筑物，其建造经济性也是非常重要的因素，在采用石料不经济的情况下，应因地制宜，考虑混合坝坝型的方案论证。

由于磷石膏物理力学性质有所差异，磷石膏堆积坝的筑坝参数要通过实验室和现场试验来决定。

为了保证中后期磷石膏堆积坝能有效排渗、磷石膏排水固结，磷石膏堆积坝内设置排渗系统。

磷石膏堆积坝的安全稳定，通过磷石膏堆积坝内设置的原型观测系统监测坝体运行状况。

磷石膏堆积坝系统设计内容及流程见图２。

２．２堆场回水调节库系统堆场回水调节库系统主要组成有：回水调节库、水工坝、回水泵房（回水管线列入输送系统）。

回水调节库的调节库容确定是一个难题，其控制条件由以往的生产装置回水要求，增加为生产装置回水要求和环保对堆场约束要求双控制。

由于气象条件的不确定性，故堆场水平衡计算必须考虑最大可能性，使得回水调节库库容较大。

水工坝是回水调节库的挡水构筑物，工程量较大，亦应考虑其经济性。

回水泵房大多立于水中，应满足调节库容在水位变化时的可使用性。

堆场回水调节库系统设计内容及流程见图３。

２．３堆场渣库排洪（回水）系统堆场渣库排洪（回水）系统主要组成有：截洪沟及消能设施、渣库排洪（回水）构筑物。

山谷型堆场，由于渣库汇水面积大，大气降雨径流在短时间内会形成较大洪水，其对磷石膏堆积２００８年第２３卷第４期磷肥与复肥２５坝的安全性影响最大。

为抵御较大的洪水，同时也为减少渣库内酸性有害水的水量，一般在山坡上修筑环绕渣库的截洪沟，拦截其上部的大气降雨汇水，并通过截洪沟引出堆场以外，做到清浊分流。

截洪沟以下的库区洪水通过渣库排洪（回水）构筑物引入回水调节库。

渣库排洪（回水）构筑物一般采用比较可靠的井—隧洞式，尺度设计由调洪计算决定。

堆场渣库排洪（回水）系统设计内容及流程见图４。

２．４堆场防渗与环保监测堆场的防渗方法，从国内第一个山谷型堆场设计开始，就采取了与国外平地型堆场防渗完全不同的思路。

国外平地型堆场防渗通常采用的是水平防渗膜法，将这种方法应用在山谷型堆场中，其可行性、可靠性、经济性均存在较大的问题。

我们则采用了堆场垂直防渗方法。

垂直防渗的机理是：山谷型堆场，三面环山，一面谷口，渗透的可能途径为沿场区四周山体的渗漏及向场区谷口的径流和地下渗漏。

如场区四周山体水文地质、工程地质条件较好，其整体岩层（如有溶洞裂隙渗漏，局部处理）抗渗能力一般能满足规范规定要求；对于谷口，有不透水坝（水工坝）和坝下垂直防渗帷幕，形成整个堆场的垂直防渗屏障。

如此，堆场就如一不透水的容器，可防止场区污染水对周围开放水源、环境的渗透污染。

水工坝下垂直防渗帷幕一般有截水墙和岩层帷幕灌浆组成。

根据相关环保规范要求，应在场区四周设置环保监测井。

２．５堆场服务区及场区交通系统堆场服务区及场区交通系统主要组成有：堆场办公室、车库、材料库、供配电室及场区道路、护坡挡墙、水渠等。

由于堆场远离工厂区，其运行管理为相对独立区域，所以供电、给水及通讯等需要多方案考虑确定。

除与外部联系外，场区内部机具作业、材料运输、人员巡检等，皆应选择便捷路径。

３磷石膏堆场布置及相互关系堆场布置不仅是把堆场设计的５个部分布置在选定的场址中，而且要综合考虑５个部分之间的相互关联及关系。

单项工程的经济合理并不表示整体的经济合理。

堆场布置的优劣，直接影响到堆场的建设投资，以及整个堆场系统运行状况。

堆场中的任何一个部分或单元都不是单一的独立体，相互间有着密切的联系和牵制作用。

布置时要抓住主要的、关键的、牵制其他的因素。

初始坝的布置从表象上看，当然是坝轴线短、坝体填筑工程量小、工程造价节省为好。

但初始坝的坝轴线确定，同时还要考虑其他方面的功能要求。

即对所确定的坝轴线及坝高，是否满足初期库容的需求，是否给回水调节库留下了平面和高度空间；初期库容范围，是否给排洪回水井提供了足够的安全、澄清距离等。

排洪回水构筑物排洪回水井—隧洞的布置，除了自身流量、坡降、地质条件满足技术要求外，还要求每一座井的都能保证，在井的高度高程内，井的位置能满足落在渣库区水域之中，并位于邻近陡坡之处，以方便运行管理。

当作出了一条较短的水工坝轴线，就应该注意，以满足回水调节库调节库容为前提，在水平距离和高度空间上推测初始坝轴线位置，对处于该位置的初始坝有何影响。

如果水工坝工程量较小而造成初始坝工程量较大，那就可谓本末倒置。

不仅如此，水工坝轴线位置还与防渗帷幕有关，如其工程地质状况是否合适帷幕灌浆工程，工程量如何等。

在磷石膏堆积坝堆筑过程中应考虑：磷石膏的特性与磷石膏筑坝方式有关系；堆积坝排渗系统对堆积坝渗流、稳定有影响；在排洪回水系统部分，堆场水平衡计算及洪水计算与截洪沟位置有关系；在堆场防渗部分，受地形地貌、地质条件因素影响，防渗轴线的不同布置，可能会改变回水调节库的构造设计等等。

另外，还应考虑堆场各部分的施工组织及合理程序。

４磷石膏堆场设计的要点在磷石膏堆场设计中，磷石膏堆积坝涉及面广，内容多，而堆积坝的安全稳定又尤为重要，故是设计的要点和关键；堆场水系统复杂，不确定因素多，而水又是影响堆积坝安全稳定的最主要因子，故堆场水系统亦是设计的要点和关键。