淺談WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的選型設(shè)計

袁建軍　陳立著　孫軼瓊　航天長征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司　蘭州　730050

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淺談WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的選型設(shè)計

袁建軍*陳立著孫軼瓊航天長征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司蘭州730050

摘要介紹WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的選型設(shè)計、布置設(shè)計、管道設(shè)計方法；提出WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵配管設(shè)計需要注意的問題；總結(jié)WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的配管設(shè)計經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞硫回收硫酸輸送泵配管

*袁建軍：助理工程師。2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事煤化工工藝設(shè)計工作。

聯(lián)系電話：15002536433，E-mail：yjj19890111@sina.cn。

WSA(WetgasSulphuricAcid即濕法硫酸技術(shù))硫回收工藝由丹麥托普索公司于20世紀(jì)70年代開發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，可應(yīng)用于煉油化工廠、煤焦化及煤氣廠、冶煉廠、電廠及礦山的含硫尾氣和煙氣處理，原料氣中的硫化物一般是H2S。該工藝的主要技術(shù)特點(diǎn)：流程簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，操作彈性大，燃料消耗少，副產(chǎn)蒸汽效率高，硫回收率高達(dá) 99%以上，可直接生產(chǎn)濃度 93%以上的濃硫酸，不需吸收劑和化學(xué)助劑，不產(chǎn)生廢水[1,2]。然而此工藝過程中的濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，其腐蝕行為相當(dāng)復(fù)雜和極為苛刻，特別是當(dāng)工藝條件發(fā)生變化時產(chǎn)生的中等濃度硫酸腐蝕性更強(qiáng)，因而對此工藝中的硫酸輸送泵的設(shè)計也提出了更高的要求[3]。硫酸輸送泵是硫回收環(huán)節(jié)中重要的設(shè)備之一，其設(shè)計的合理性、經(jīng)濟(jì)性及設(shè)備密封性對化工安全生產(chǎn)具有重要意義。

本文結(jié)合某工程設(shè)計實(shí)例，對WSA硫回收工藝中的硫酸輸送泵的選型、布置、管道設(shè)計進(jìn)行探討，提出WSA硫回收工藝中的硫酸輸送泵設(shè)計需要注意的問題，總結(jié)硫酸輸送泵設(shè)計的配管設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，為今后類似的WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的設(shè)計提供一定的參考。

1WSA硫回收工藝

WSA工藝是丹麥托普索公司的專利，一種把各種含硫化合物回收成為商品級濃硫酸的工藝。其單套最大處理氣量為1000000m3/h，單套最大產(chǎn)酸能力為1200t/d。WSA硫回收工藝流程見圖1。

圖1　WSA硫回收工藝流程

該工藝分為氧化、熱回收、轉(zhuǎn)化、水合冷凝四個部分。SO2的氧化和后續(xù)冷卻工段都在一個組合式反應(yīng)器中進(jìn)行，該組合式反應(yīng)器一般為3床3換熱結(jié)構(gòu)，工藝氣依次通過催化劑床層和段間換熱器，SO2濕法催化氧化轉(zhuǎn)化為SO3氣體，每個階段都使用托普索公司的VK催化劑，其反應(yīng)方程式：

SO2+1/2O2→SO3+24kcal/mol

在水合冷凝工段中，進(jìn)WSA冷凝器之前的過程氣在工藝氣體冷卻器中冷卻至285℃。在工藝氣體冷卻器中，部分的SO3已經(jīng)與水化合成硫酸蒸汽，剩余的SO3在冷凝器中水合，在WSA冷凝器中過程氣被環(huán)境空氣進(jìn)一步冷卻。在冷卻過程中所有的SO3與水化合成硫酸，硫酸在冷凝器內(nèi)的豎直玻璃管內(nèi)壁凝結(jié)。在250℃的條件下，98%的硫酸匯集在冷凝器的底部。通過與冷硫酸換熱，硫酸被冷卻到70℃，之后經(jīng)過板式換熱器被冷卻到約40℃，其反應(yīng)方程式：

SO3+H2O→H2SO4+25kcal/mol

WSA冷凝器是整個制酸的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是一個降膜式冷凝器，見圖2。

圖2　WSA冷凝器

由多組并聯(lián)的玻璃管組成，玻璃管配有螺旋線和除霧器。工藝氣體中所含的H2SO4在管程向上流動，由空氣冷凝后的硫酸沿玻璃管壁流到底部的酸收集罐中。在此工藝中，硫酸輸送泵通常與硫酸中間貯罐、硫酸罐區(qū)相連接，其輸送介質(zhì)為強(qiáng)氧化性的濃硫酸，因而在選型設(shè)計、布置設(shè)計、配管設(shè)計等方面，比其他普通泵需要注意更多的問題。

2硫酸輸送泵的選型設(shè)計

泵的設(shè)計，應(yīng)確定其揚(yáng)程和流量。泵的流量根據(jù)工藝流程圖(PFD)進(jìn)行確定，額定流量應(yīng)滿足最大工況下的工藝流量。泵的揚(yáng)程根據(jù)伯努利方程進(jìn)行計算：

揚(yáng)程計算可應(yīng)用Excel表格進(jìn)行計算。根據(jù)預(yù)先編制的計算表格，可以得到反映出不同工況下所需的揚(yáng)程，裝置允許汽蝕余量Δha，估算軸功率、電機(jī)功率及泵出口管路的設(shè)計壓力。在WSA硫回收工藝中，PID的設(shè)計屬于常規(guī)設(shè)計，即一開一備，進(jìn)出口設(shè)切斷閥，進(jìn)口設(shè)過濾器，出口設(shè)止回閥、就地壓力表等，不需要考慮暖泵、最小流量保護(hù)線、平衡線或者出口切斷閥旁通線等。但是其輸送的介質(zhì)為濃硫酸，具有強(qiáng)氧化性、粘稠性，當(dāng)工藝發(fā)生意外時，還可能產(chǎn)生稀硫酸，這就要求泵的選型設(shè)計除了考慮揚(yáng)程與流量外，還需要注意更多的問題。工藝溫度通常為40℃左右，泵過流部件常需用塑料及高純度工業(yè)陶瓷制造，要有優(yōu)異的耐腐性及密封性。密封性能的好壞會直接影響安全生產(chǎn)。

3硫酸輸送泵的布置設(shè)計

在布置方式上，主要需要考慮現(xiàn)場的氣候條件。正常情況下，WSA硫回收工藝中的硫酸輸送泵采用露天布置，對多雨地區(qū)，泵宜采用半露天布置在泵棚內(nèi)；對于嚴(yán)寒地區(qū)或多風(fēng)沙地區(qū)，泵宜采用室內(nèi)泵房布置，并注意防火防爆，滿足采暖通風(fēng)采光等要求。

醫(yī)院的成本核算與內(nèi)部的分配緊密聯(lián)系在一起，使醫(yī)院與科室一味的追求經(jīng)濟(jì)效益。在成本控制和管理中，醫(yī)院與科室之間雖然都能認(rèn)識到成本核算的重要性，但因管理的預(yù)防措施不夠嚴(yán)密，許多醫(yī)院在成本控制方面也只是能做到事后控制。同時，我國還沒有真正建立一套完整的成本核算控制和醫(yī)療服務(wù)體系，而在行業(yè)中也缺乏很多統(tǒng)一而又科學(xué)的方法和手段，使得各大醫(yī)院均采用各自不同的核算方法和手段，得到的數(shù)據(jù)也缺乏可比性，不利于進(jìn)行成本的效益分析。

WSA硫回收工藝中的硫酸輸送泵通常與硫酸中間貯罐、硫酸罐區(qū)相連接，其布置必須在罐的圍堰之外，自身也需要單獨(dú)設(shè)置圍堰，圍堰高0.3m即可。內(nèi)部設(shè)置排污管道，要有一定坡度，地面須是耐酸磚，污水管道需要設(shè)置閥門井，便于處理含硫酸污水。

泵的間距通常根據(jù)設(shè)備外形尺寸與檢修通道要求確定，且兩臺泵之間的凈距不宜小于 0.8m。泵端或泵側(cè)與墻之間的凈距應(yīng)滿足操作和檢修的要求，且不宜小于 1m[4]。一開一備的泵出、入口中心線應(yīng)該對齊，閥門手輪到鄰近泵的最突出部分或柱子的凈距最少為0.75m，電動機(jī)之間距離為 1.5～1.8m。 泵間的操作通道凈距不能小于 1m，泵前操作通道不要小于 1.25m。

泵的基礎(chǔ)根據(jù)制造廠給出尺寸來確定。通常情況下按地腳螺栓中心線到基礎(chǔ)邊距離200～250mm估計[6]。設(shè)計泵的基礎(chǔ)時，常按預(yù)留孔的方案考慮，地腳螺栓的直徑與預(yù)留孔尺寸的關(guān)系可查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。泵的基礎(chǔ)面宜比周圍地面高200mm，最小不得小于100mm，但是在此工藝中，泵通常與貯罐或罐區(qū)相連，需考慮其氣蝕。在泵吸入口前安裝過濾器時，泵基礎(chǔ)高度應(yīng)考慮過濾器能方便清洗和拆裝，現(xiàn)場施工時須待泵到貨后核實(shí)尺寸后才可以施工[7]。其典型布置見圖3。

圖3　WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的典型布置

4硫酸輸送泵的配管設(shè)計

硫酸輸送泵的配管設(shè)計時應(yīng)考慮以下幾個方面。

(1)硫酸管線的管道材質(zhì)通常采用較昂貴的襯里管，配管時管道盡量短，要考慮經(jīng)濟(jì)性。

(2)襯里管由于加工限制，通常最長為4m(由制造廠確定)，用法蘭連接，所有的管道每次不超過4m就必須添加法蘭，法蘭翻邊就可以達(dá)到很好的密封效果。為了避免連接處硫酸的漏出，防止發(fā)生事故，在連接處設(shè)置防護(hù)措施。

(3)所有管道元件前后都必須連接法蘭，包括三通、彎頭等。

(4)襯里管線，連接壓力表的支管臺通常采用放凈環(huán)。放凈環(huán)所在的直管段不能少于200mm，配管時放凈環(huán)前后不加法蘭，在采購襯里管時，可將放凈環(huán)和襯里管在同一個廠家采購，便于管理。

(5)硫酸管線中的閥門一般采用襯里隔膜閥，泵的出口止回閥也必須是襯里止回閥。

在此工藝中的硫酸輸送泵還需要注意：① 硫酸輸送泵進(jìn)口管線與貯罐連接的切斷閥必須配在貯罐的底部管口的根部位置，為了防止貯罐的基礎(chǔ)沉降還需要設(shè)置金屬軟管；② 硫酸輸送泵進(jìn)口管線，需要選擇好合適的過濾器，導(dǎo)淋設(shè)置雙隔膜閥；③ 硫酸輸送泵出口管線，通常要輸送到裝運(yùn)車或者遠(yuǎn)處的罐區(qū)，在其出口位置常設(shè)調(diào)節(jié)閥，配管時，最好出口調(diào)節(jié)閥另設(shè)平臺，這樣不僅出口管線看起來整齊、美觀，還避免出現(xiàn)袋形，管道設(shè)計實(shí)例布置見圖4。

圖4　WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的管道布置

5結(jié)語

(1)通過對WSA硫回收工藝中的硫酸輸送泵的選型設(shè)計、布置設(shè)計、管道設(shè)計的探討和分析，總結(jié)了回收工藝中的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，對今后的設(shè)計具有一定的工程借鑒與參考。

(2)濃硫酸具有強(qiáng)氧化性、腐蝕性，硫酸輸送泵的設(shè)計對生產(chǎn)安全具有重要意義，對其輸送泵的設(shè)計要考慮經(jīng)濟(jì)性，也一定要嚴(yán)格設(shè)計、做好防護(hù)設(shè)計工作。

(3)管道布置的技巧因人而異，但基本原則相同，善于總結(jié)與歸納其共性有助于工程設(shè)計質(zhì)量、效率的提高。

參考文獻(xiàn)

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2汪家銘．酸性氣硫回收WSA濕法制酸工藝及應(yīng)用前景[J]．氮肥技術(shù)，2009，30(1): 39-42.

3程斌，宋飛．簡析高溫濃酸泵國產(chǎn)化方案及實(shí)施效果[J]．硫酸工業(yè)，2015，3(1):31-32.

4張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊[M]．北京：中國石化出版社，2007.

5徐寶東，齊福海．化工管路設(shè)計手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

6程斌，宋飛．簡析高溫濃酸泵國產(chǎn)化方案及實(shí)施效果[J]．硫酸工業(yè)，2015，3(1):31-32

7吳濤，李坤，王遂鋒．泵的布置及管道設(shè)計[J]．廣東化工，2014，13(41): 224-230.

8張學(xué)良，張子元．泵的布置及配管[J]．科學(xué)觀察，2013，2: 62-65.

(收稿日期2015-08-23)