阳极保护浓硫酸不锈钢分酸器的研制与应用

本帖最后由 言之有理 于 2012-5-5 11:53 编辑
阳极保护浓硫酸不锈钢分酸器的研制与应用
一、前言
     随着国内硫酸装置大型化的趋势，对硫酸装置的设计及设备配置要求更严格，为保证装置的长周期运行，国内设备制造企业进行了不断的创新。一些设备的技术水平已接近国际先进水平。干吸工段是硫酸装置的龙头，干燥、吸收效率的技术指标对整个硫酸装置的运行起着重要的作用。干燥、吸收塔效率的高低与喷淋量、硫酸浓度、温度有关，而塔上部的硫酸分配器是其中的关键。
    目前常用的分酸器的基本型式有管式分酸器和槽式挂爪分酸器两种，所用材质由早期的铸铁发展到低铬铸铁、合金铸铁。分酸点一般＜20点/m2，整个塔平面的分酸不够理想。分析其原因主要有两点，首先是因为铸铁的铸造精度低，开孔数量有限；同时安装过程中水平度有偏差；三是沿塔壁有分酸“盲区”。分酸器的低效率产生的危害是有目共睹的，不仅工艺操作指标达不到最佳，而且产生的酸沫会对下游的设备产生腐蚀。上述分酸装置都是靠增加材料的壁厚来提高使用寿命，在运行过程中随着使用年限的增加，会不断减薄，分酸效果会更差。另外一个令使用厂家头疼的问题是检修，由于需要在塔内进行部分组件更换，工作环境恶劣任务繁重，每年的检修工作量大、维修费用大、检修时间太长。国内外的设备生产厂家对这一关键技术的开发从未停止。目前已有耐浓硫酸腐蚀的特制合金槽管式分酸器进入中国，分酸点可达22～42点/m2，但价格太高，国内厂家很难接受。国内的设备厂家经过多年的努力，也开发出了分酸点＞42点/m2的带阳极保护的不锈钢槽管式分酸装置，其价格适中，并已在国内多家硫酸企业使用，最长已使用了7年，完全可以满足生产需要。
二、 阳极保护不锈钢槽管式分酸器的技术特点
     为开发长寿命、技术指标满足工艺要求、价格适中的分酸装置，南京高源环保工程有限公司在此项目中采用了多项国内外领先的技术：首先选择了在硫酸行业熟悉的不锈钢阳极保护技术，保证分酸器的实际使用寿命；其次是流体流动模型的建立，针对不同的塔径和流量计算出槽体的数量和规格，使其与落酸管配合达到分酸均匀、保证通气截面积；同时要解决增加、减少上酸量后也能保证分酸的均匀性；结合生产的实际情况，尽可能方便的检修、减少维修工作量充分利用国内外最新的控制理论和成果，开发的恒电位仪要操作简单并能方便地与DCS控制系统相联，由过去的模拟信号发展到目前的全数字信号输出。
    1、 分酸装置的基本结构（见附图一）：由于老装置改造比较多，必须利用原有的塔外分配装置，设计中根据进塔酸管的规格和进塔位置，设计塔内分酸槽的槽体规格。采用主分酸槽与副分酸槽相连的结构，以保证整个塔平面上酸槽内的酸液位在同一水平面上。
    2、 落酸管的规格数量和排列方式：按照塔面积计算出落酸管的规格、数量，结合酸流量计算出每个落酸管的流量，即保证使硫酸能均匀的分配到塔的每个位置，又便于现场的制作安装。为了减少分酸器酸沫夹带，设计的落酸管流速不能太高。考虑到检修的工作，我们确定了进酸口的进酸高度和槽体的高度差，保证运行时不会发生溢槽和堵塞落酸管，槽内的检修清理工作简单容易，在停车后清理出槽体内的磁环碎渣即可，无需更换其他的任何部件。
   3、 阳极保护系统的设计：常见的阳极保护装置均设置在设备的外部，如阳极保护浓硫酸冷却器、阳极保护不锈钢管道等，其阴极、参比电极等阳极保护主要构件的连接都设置在设备的外部。而阳极保护分酸器的阳极保护装置必须设置在塔内SO2、SO3气体高温环境里，在技术上需要一个大的突破。此前国内外都没有类似的技术和应用的报道，南京高源环保工程有限公司经过多年的试验研究在这一技术方面取得了突破，并申请获得了两项国家专利。目前已经将这一技术应用到了国内的20余台分酸器上，获得了满意的使用效果。
   4、 数字式恒电位仪的开发：恒电位仪的性能直接关系到阳极保护系统的实施和设备的安全，传统的模拟式恒电位仪电路多采用分立元件构成，由于电子元件数量多，其稳定性不高，抗干扰能力差。我们采用微电脑控制技术，把电位、电流、电压信号全部实现数字化处理后传至远方终端机，并可方便地与各类DCS系统对接。由于采用了以上先进技术，使控制操作简单、明了，设备开车阶段的钝化过程比以前大大缩短，减少了酸温、酸浓变化对设备钝化膜的破坏程度。实现了智能化控制，只需由DCS系统的上位机观察数据变化即可。

三、 阳极保护分酸装置的设计
      随着硫酸装置的大型化趋势和环境保护意识的提高，国内硫酸生产企业在不断地采用先进可靠的技术改造原有装置，分酸器对生产和环保的双重作用使分酸器的改造步伐进一步加快。在为老装置改造的项目中，我们在设计时充分考虑了原有装置的设备实际，本着能用即用的原则，设计配套的分酸槽。目前已改造的分酸装置有外分配高位槽式、内分配管式等多种型式，整体采用316L不锈钢以下结合某20万吨/年硫磺制酸装置的二吸塔分酸器的改造简述其实际应用情况
1、 初始设计条件

进塔 酸量    硫酸浓度     硫酸 温度    二吸塔    塔径    分酸 面积     分酸点
400m3/h       98%           60℃        φ5200mm        19.43m2       ≥40点/m2
2、 设计思路：
2．1由于老塔分酸装置由两根管同时向塔内进酸，材质为铸铁件，如果要改此管就会破坏塔壁耐酸瓷砖，改造周期将延长。因此设计时保留了这两根进塔酸管。
2．2由于改造计划时间要求严格，给安装分酸器的实际时间只有48小时。设计时充分考虑安装工作量,对结构进行优化，减少塔内工作量。
2．3塔内的分酸槽平面由2个主槽和6个副槽组成。
2．4落酸管的排列按几何均布的原则均匀布置到整个塔平面，使其没有“死角”。落酸管的规格按照分酸量的大小，不同的位置采用了不同管径，分别为φ19mm、φ25mm、φ32mm。
2．5进酸管进入主槽时，在进口位置设置了截流孔板，使主槽的酸界面保持在同一水平面上。
2．6为防止进酸时槽体的冲击抖动现象发生，在分酸槽的不同位置设计了固定拉杆。
2．7阳极保护系统设计时，针对槽体和管线采用了不同的保护技术，分别采用了点式阴极和棒状阴极，同时接入塔外设置的保护主机。参比电极也设置在塔内，共同构成阳极保护系统。
2．8为便于分酸装置的检修，分酸槽设置了排酸装置，停车后可以很方便地排尽槽内的残酸，直观安全地清理出槽内的杂物。
2．9为便于阳极保护系统的操作稳定和可靠，设计中采用了由南京高源环保工程有限公司开发的全数字式恒电位仪，实现了控制、记录显示的实时性。采用MODBUS通讯协议可以方便地接入到DCS系统中，为生产管理、数据统计、操作数据分析创造了条件。
四、 操作数据分析
以下两组实际操作数据,可以比较明显地反映新型分酸装置的性能。
     1、 某冶炼厂20万吨/年制酸装置改造项目，原分酸器全部为铸铁挂爪式分酸器，改造后干燥、
       一吸、二吸塔全部采用新型分酸器，塔径6米，分酸点24点/m2。检测数据见附表二。
       附表二：冶炼制酸装置使用前后数据分析表
                          风机出口SO2中水份（g/m3）二吸塔吸收率（%）尾气SO2含量（mg/m3）
使用前（1999年）  0.3～0.4                               99.5                             ～3508
使用后（2002年）   ≤0.1                                   99.98                            ～1300

                       
五、 结语
    阳极保护不锈钢槽管式分酸器的生产实践证明，该技术汲取了国内外同类设备的技术优点，充分考虑了国内的实际装置特点，开发出的产品具有设计简洁、选材适中、安装简便、检修方便、控制稳定的特点，其价位完全可以被用户接受，具有广阔的应用前景。

多少年前的老文章了，现在这个技术已经落后了，用高硅不锈钢的分酸器不仅效果更好，而且长期来看成本低，例如至少电费会节省

采用耐蚀ZeCor合金的Uniflo分酸器还可使每根分布管内的酸液量分布更均匀，同时减少硫酸盐的产生。产品酸更纯净。其实还有更多的其他优点。