陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)在豫光金鉛350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)中的應(yīng)用

鐘永宏，王擁軍，鄭衛(wèi)群

(1.南京高源環(huán)保工程有限公司，江蘇 南京 210009； 2.河南豫光金鉛集團(tuán)有限公司，河南 濟(jì)源 454650)

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陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)在豫光金鉛350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)中的應(yīng)用

鐘永宏1，王擁軍2，鄭衛(wèi)群2

(1.南京高源環(huán)保工程有限公司，江蘇 南京 210009； 2.河南豫光金鉛集團(tuán)有限公司，河南 濟(jì)源 454650)

介紹了陽(yáng)極保護(hù)酸冷卻器、陽(yáng)極保護(hù)槽管式分酸器、陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸輸酸管道在大型冶煉煙氣制酸系統(tǒng)中的應(yīng)用。新型陽(yáng)極保護(hù)控制系統(tǒng)和基于3G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備售后服務(wù)的數(shù)字化、信息化管理，服務(wù)零距離。

銅冶煉； 煙氣制酸； 陽(yáng)極保護(hù)； 遠(yuǎn)程控制

1 陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)在豫光的應(yīng)用概況

河南豫光金鉛冶煉渣處理技術(shù)改造工程，是豫光金鉛股份公司含銅冶煉渣綜合回收利用項(xiàng)目，總投資20億元，年產(chǎn)10萬(wàn)t電解銅，35萬(wàn)t硫酸，硫酸系統(tǒng)采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝。河南豫光集團(tuán)共有6套冶煉煙氣制酸裝置，豫光金鉛股份公司有3套鉛冶煉和銅1套冶煉煙氣制酸裝置，豫光鋅業(yè)有2套鋅冶煉煙氣制酸裝置，其中豫光金鉛集團(tuán)的350 kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置最大。1996年豫光集團(tuán)首次使用陽(yáng)極保護(hù)酸冷器，其傳熱效率高，節(jié)省占地，耐腐蝕性能好，使用壽命長(zhǎng)，大大提高了開(kāi)車率，此后企業(yè)的硫酸裝置中均采用陽(yáng)極保護(hù)酸冷器。2008年豫光鋅業(yè)開(kāi)始在制酸系統(tǒng)采用陽(yáng)極保護(hù)槽管式分酸器、陽(yáng)極保護(hù)不銹鋼輸酸管道，徹底解決了干吸工段泄露問(wèn)題，硫酸裝置的整體開(kāi)車率得到提高。在積累了多年成熟使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)干吸工段全部采用陽(yáng)極保護(hù)管殼式酸冷器、陽(yáng)極保護(hù)槽管式分酸器、陽(yáng)極保護(hù)不銹鋼輸酸管道，并且采用陽(yáng)極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，確保陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

2 陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)在350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 陽(yáng)極保護(hù)酸冷卻器

由于350 kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置循環(huán)酸量大，受冶煉煙氣SO2濃度的變化酸溫、酸濃波動(dòng)較大，故酸冷器的換熱面積富余量較大，以提高操作彈性。酸冷器設(shè)計(jì)時(shí)采用CFX、ANSYS、FLUENT等軟件對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，確保換熱器的參數(shù)在工作下最佳，提高設(shè)備性能?？紤]到大循環(huán)酸量下?lián)Q熱管的震動(dòng)問(wèn)題，采用ASPEN設(shè)計(jì)軟件對(duì)酸冷器進(jìn)行震動(dòng)校核，確保換熱管內(nèi)外循環(huán)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生震動(dòng)。硫酸的平均流速控制在0.6 m/s以下，同時(shí)酸冷器中各部位(如進(jìn)入管束、橫流速度、折流板位置等)流速均在1 m/s以下，以防止硫酸對(duì)換熱管沖刷腐蝕。干燥酸冷器和一吸酸冷器面積較大，采用7.5 m換熱管，8根陰極在酸冷器兩端對(duì)穿，電流分布更均勻，電位更穩(wěn)定，對(duì)穿陰極檢修時(shí)更換陰極更方便。

350 kt/a銅冶煉煙氣制酸陽(yáng)極保護(hù)酸冷卻器的工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2 陽(yáng)極保護(hù)槽管式分酸器

豫光金鉛兩套鉛冶煉制酸裝置干吸塔中分酸器原采用低鉻鑄鐵管式分酸器。鑄鐵管式分酸器分酸點(diǎn)少(一般只有25點(diǎn)/m2)，安裝復(fù)雜，重量大，法蘭連接點(diǎn)多，壽命短。生產(chǎn)中分酸不勻，氣體與酸接觸不良，對(duì)氣體的干燥、吸收效率產(chǎn)生不利影響，尾氣SO2超標(biāo)。2008年豫光鋅業(yè)200 kt/a鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)開(kāi)始采用陽(yáng)極保護(hù)槽管式分酸器。槽管式分酸器分酸點(diǎn)多，分酸點(diǎn)≥42點(diǎn)/m2，自由通氣面積大、不堵塞、酸沫夾帶少，操作彈性大。同時(shí)耐腐蝕性能好，相比耐腐蝕合金的分酸器性價(jià)比高。最初由于陽(yáng)極保護(hù)槽管式分酸器在降液管的頂部下酸，硫酸必須全部漫過(guò)降液管。而降液管很難保證在同一水平面上，部分降液管在液面之上沒(méi)有酸流下來(lái)，分酸不均造成偏流，雖然進(jìn)行改進(jìn)但仍不理想。

表1 350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)陽(yáng)極保護(hù)酸冷卻器工藝參數(shù)

各生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的陽(yáng)極保護(hù)槽管式分酸器結(jié)構(gòu)形式都不同，350 kt/a銅冶煉煙氣制酸干吸塔的塔徑為Φ6 800 mm，比較大，經(jīng)過(guò)考察、分析、對(duì)比，最終決定采用兩級(jí)分酸、降液管帶溢流槽的分酸器。

2.2.1 結(jié)構(gòu)

分酸裝置的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，進(jìn)酸主管與上酸管法蘭連接。為安裝、檢修方便，分酸支管與進(jìn)酸主管多采用法蘭連接。分酸槽采用304L不銹鋼整板一次折彎成型，降液管規(guī)格根據(jù)管內(nèi)酸的流速確定，通常酸在管內(nèi)的流速低于0.6 m/s，防止沖刷腐蝕，且更有利于陽(yáng)極保護(hù)。350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)采用規(guī)格為Φ25 mm×2的316L不銹鋼管伸入槽體，分酸點(diǎn)≥40點(diǎn)/m2。

1-進(jìn)酸主管； 2-分酸支管； 3-T形管； 4-分酸槽圖1 分酸裝置結(jié)構(gòu)圖

分酸槽上設(shè)置吊耳，利用在井字梁下的吊桿調(diào)整分酸器的水平。該設(shè)計(jì)通過(guò)T型管和降液管(如圖2)頂部的特殊結(jié)構(gòu)，使硫酸均勻溢流入降液管，同時(shí)避免雜質(zhì)堵塞分酸管。

1-吊耳； 2-分酸槽； 3-T形管； 4-降液管圖2 分酸槽結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 特點(diǎn)

(1)分酸器采用兩級(jí)分酸，分酸支管中設(shè)置節(jié)流孔板進(jìn)行一級(jí)分酸，分酸槽中降液管進(jìn)行二級(jí)分酸，分酸更均勻。

(2)分酸支管下部設(shè)置T型管，T型管上分布一定數(shù)量的圓孔，這種特殊結(jié)構(gòu)使酸均勻平穩(wěn)分流到分酸槽中，避免了酸對(duì)周邊降液管的沖刷腐蝕，同時(shí)防止酸翻出分酸槽。

(3)降液管上部溢流口設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2)，保證了每一個(gè)降液管中均勻滿管出酸，降液管內(nèi)壁得到有效保護(hù)。這種溢流口也有效地防止了雜質(zhì)以及碎磁環(huán)堵塞分酸管。

(4)分酸槽和分酸支管上均布置特殊結(jié)構(gòu)的陰極，整個(gè)分酸器得到有效保護(hù)，陰極線由特殊材料鋼性連接，采用特殊密封結(jié)構(gòu)引出塔外。

(5)在整個(gè)分酸器的幾個(gè)特殊點(diǎn)布置參比電極，陽(yáng)極保護(hù)控制電位更精確，參比電極采用耐腐蝕GY-2型合金材料，電位穩(wěn)定基本沒(méi)有腐蝕，參比電極線采用特殊密封結(jié)構(gòu)引出塔外。

2.2.3 運(yùn)行情況

槽管式分酸器2013年12月全部安裝完畢，2014年2月通酸調(diào)試，三塔分酸器酸流動(dòng)非常平穩(wěn)，沒(méi)有酸霧，液面高度基本在溢流口的四分之三位置，一個(gè)塔中6個(gè)分酸槽，槽體中液位基本水平，1 500多個(gè)降液管均滿管下酸，分酸均勻。酸泵循環(huán)24 h后停止，排完酸后洗塔的碎瓷環(huán)均留在分酸槽的底部，沒(méi)有碎瓷環(huán)進(jìn)入降液管。陽(yáng)極保護(hù)運(yùn)行數(shù)據(jù)穩(wěn)定正常，陰極、陰極線、參比電極、參比電極線連接可靠。這種結(jié)構(gòu)的分酸器徹底解決了陽(yáng)極保護(hù)槽管式分酸器分酸不均，碎瓷環(huán)堵塞降液管的問(wèn)題。2014年3月投產(chǎn)以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)正常，干燥率、吸收率明顯提高。

2.3 陽(yáng)極保護(hù)管道

陽(yáng)極保護(hù)管道以優(yōu)良的耐腐蝕性能和高性價(jià)比在各硫酸生產(chǎn)企業(yè)廣泛采用，相比高硅不銹鋼的輸酸管道，性價(jià)比更高。特點(diǎn)如下：

(1)采用普通檔次的奧氏體型不銹鋼管道316L配以陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)，腐蝕率低且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，特別適用于高溫酸輸送及單產(chǎn)規(guī)模較大的大口徑硫酸管道，具有簡(jiǎn)單、耐用、美觀、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。

(2)陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸管道的防腐蝕效果非常顯著，保護(hù)后的管道腐蝕速率不超過(guò)0.05 mm/a，實(shí)際使用中更低，大部分在0.01～0.03 mm/a。

(3)陰極、參比電極結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。

(4)使用帶陽(yáng)極保護(hù)的干吸酸管道，法蘭連接少，重量輕，漏酸機(jī)率低，無(wú)需大量備品備件，生產(chǎn)安全，同時(shí)硫酸的質(zhì)量提高。

(5)硫酸生產(chǎn)規(guī)模越大，酸溫越高，陽(yáng)極保護(hù)管道的綜合效果越好。

2008年豫光鋅業(yè)的200 kt/a鋅冶煉制酸系統(tǒng)開(kāi)始采用陽(yáng)極保護(hù)不銹鋼輸酸管道，一直以來(lái)運(yùn)行效果良好，徹底解決了干吸工段管道泄露問(wèn)題。350 kt/a銅冶煉制酸系統(tǒng)由于循環(huán)酸量大，三塔循環(huán)量為900 m3/h，相對(duì)管徑較大，而干燥塔為負(fù)壓操作，回酸的流動(dòng)不平穩(wěn)，同時(shí)一吸塔、二吸塔回酸管中回帶SO2或SO3氣體，所以將三條回酸管塔底的彎頭改為三通，下塔的酸在三通底部緩沖后再回到循環(huán)槽，酸的流動(dòng)更穩(wěn)定，沖刷腐蝕小，陽(yáng)極保護(hù)效果明顯。

2.4 新型陽(yáng)極保護(hù)控制系統(tǒng)

豫光集團(tuán)原煙氣制酸系統(tǒng)酸冷器的恒電位儀均采用模擬電路分立元件制作，電子元件多，穩(wěn)定性差，抗干擾能力不高，電位采用硬件調(diào)節(jié)，由于硫酸生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕性氣體和粉塵較多，硬件磨損失效情況時(shí)有發(fā)生。

350 kt/a銅冶煉制酸采用新型陽(yáng)極保護(hù)控制系統(tǒng)，下位機(jī)采用最新式高可靠性大存儲(chǔ)容量uPSD325x系列單片機(jī)，該單片機(jī)功能強(qiáng)大，可以大大減少外圍擴(kuò)展芯片，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。上位機(jī)采用嵌入式工控系統(tǒng)，配21寸顯示器，用鍵盤和鼠標(biāo)操作，通過(guò)軟件設(shè)置下位機(jī)的所有參數(shù)，并使用485通訊方式MODBUST通訊協(xié)議下傳給各下位機(jī)；同時(shí)，下位機(jī)的各監(jiān)控點(diǎn)的取樣數(shù)據(jù)也通過(guò)485通訊方式實(shí)時(shí)上傳到本上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)各上傳數(shù)據(jù)做相應(yīng)的記錄、顯示和報(bào)警等處理。控制精度高、操作簡(jiǎn)單、人機(jī)界面直觀簡(jiǎn)單。

2.5 基于3G的陽(yáng)極保護(hù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)

陽(yáng)極保護(hù)酸冷器、分酸器、管道等設(shè)備在硫酸生產(chǎn)中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行非常關(guān)鍵。只有陽(yáng)極保護(hù)控制系統(tǒng)即恒電位儀長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，才能保護(hù)設(shè)備(酸冷卻器、分酸器、管道)不被腐蝕，保證設(shè)備的使用壽命。硫酸生產(chǎn)中工藝參數(shù)難免出現(xiàn)波動(dòng)，而出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)恒電位儀顯示的數(shù)據(jù)也隨之變化，一線員工難以正確判斷恒電位儀正常還是故障。因此首先要做好設(shè)備的基礎(chǔ)管理工作，做好日常點(diǎn)巡檢工作，掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保障設(shè)備經(jīng)濟(jì)良好穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性檢查，查明事故原因，采取消除故障的措施，保持設(shè)備性能高度穩(wěn)定，延長(zhǎng)設(shè)備零部件的使用壽命，提高設(shè)備運(yùn)行效率。同時(shí)為做好修理、維護(hù)準(zhǔn)備和安排修理計(jì)劃提供有利條件。但點(diǎn)巡檢工作也存在一些漏洞，具體在以下幾個(gè)方面：

(1)點(diǎn)巡檢工作依賴于一線員工的主動(dòng)性和責(zé)任心，具體工作難以考核。

(2)隨著安全生產(chǎn)要求的提高，一線員工的工作負(fù)荷有所加大，忙中出錯(cuò)幾率增大。

(3)點(diǎn)巡檢工作要求相關(guān)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取必要措施，防止故障放大。這需要一線員工充分掌握設(shè)備性能，具備豐富應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但面對(duì)種類繁多的工藝設(shè)備，很難面面俱到。

(4)對(duì)于已造成故障的設(shè)備，企業(yè)若無(wú)法自行解決，一般需要生產(chǎn)廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)協(xié)助解決，由于地域交通等限制，設(shè)備難以第一時(shí)間恢復(fù)運(yùn)行。

豫光金鉛350 kt/a銅冶煉制酸有13套陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)儀表工的要求很高，而基于3G網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)極保護(hù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)無(wú)線監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。報(bào)警信息通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)傳送到預(yù)先設(shè)定的現(xiàn)場(chǎng)管理人員或設(shè)備生產(chǎn)廠家售后服務(wù)部門人員的手機(jī)及電腦上，設(shè)備廠家售后服務(wù)人員可以在第一時(shí)間得到現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)監(jiān)控中心查看數(shù)據(jù)，分析故障，遠(yuǎn)程操作，修復(fù)故障。充分提高了效率，降低了時(shí)間成本、人力成本，增進(jìn)了與現(xiàn)場(chǎng)管理人員交流和聯(lián)動(dòng)，設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行得到進(jìn)一步保障。圖3為陽(yáng)極保護(hù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D。

圖3 陽(yáng)極保護(hù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3 結(jié)束語(yǔ)

豫光金鉛350 kt/a銅冶煉制酸系統(tǒng)2014年3月投運(yùn)以來(lái)，酸冷器、分酸器、管道運(yùn)行狀況良好，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，陽(yáng)極保護(hù)參數(shù)穩(wěn)定，特別是陽(yáng)極保護(hù)槽管式分酸器運(yùn)行效果理想。新型陽(yáng)極保護(hù)?？刂葡到y(tǒng)和基于3G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)備廠家對(duì)用戶的零距離服務(wù)，可及時(shí)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)存在的隱患并排除。陽(yáng)極保護(hù)所有的運(yùn)行數(shù)據(jù)均有記錄可查，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、信息化的管理，為硫酸系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力的保障。

[1] 張明濤.陽(yáng)極保護(hù)管殼式酸冷器的實(shí)際應(yīng)用[J].硫酸工業(yè)，2002，(3)：25-27.

Application of anodic protection technology in flue gas acid making system of 350 kt/a copper smelting in Yuguang Gold and Lead Group Co.,Ltd.

ZHONG Yong-hong,WANG Yong-jun,ZHENG Wei-qun

The application of anodic protected acid cooler,anodic protected tank-pipe type acid regulator and anodic protected acid conveying pipeline of concentrated sulphuric acid in flue gas acid making system of large-scale smelting were introduced.The digitalization of after-sales service of devices,management informatization and closer service were realized by the ways of new anodic protection control system and remote control system based on 3G network.

copper smelting; flue gas acid making; anodic protection; remote control

鐘永宏(1973—)，男，南京人，大本學(xué)歷，從事產(chǎn)品研發(fā)、企業(yè)管理工作。

2014-05-12

2014-09-16

TQ111.1

B

1672-6103(2015)01-0056-04