無水氫氟酸回轉反應爐出氣管路設計

尹洪君　　（中昊（大連）化工研究設計院有限公司,遼寧　大連　116023）

無水氫氟酸回轉反應爐出氣管路設計

尹洪君
（中昊（大連）化工研究設計院有限公司,遼寧大連116023）

在無水氟化氫生產中，反應爐生成的粗氟化氫氣體具有高溫、高毒、強腐蝕的特性，并且夾帶一定量的粉塵。這些特性給輸送管道的選材、布管等提出了很高的設計要求。本篇以某年產2.5萬噸AHF生產裝置為例，介紹回轉反應爐出氣管路的設計方法。

無水氟化氫；AHF；回轉反應爐；鋼襯四氟乙烯

0　引言

在無水氟化氫生產中，反應爐生成的粗氟化氫氣體具有高溫、高毒、強腐蝕的特性，并且夾帶一定量的粉塵。這些特性給輸送管道的選材、敷設方式等提出了很高的設計要求。如果設計不當會導致泄漏、堵塞等情況發生，不但影響生產的穩定運行，而且極易發生人員傷亡等安全事故。

1　氟化氫的特性

氟化氫為無色液體或氣體，分子量為20.01，易溶于水。其沸點19.5℃，不可燃。屬高度危害介質，空氣中最高容許濃度為1mg/ m3。其毒性危害是對呼吸道粘膜及皮膚有強烈的刺激作用，吸入高濃度的氟化氫可引起支氣管炎和肺炎，甚至產生放射性窒息。氟化氫對金屬、玻璃及含硅的物體有強腐蝕性，若遇高熱，容器內壓迅速增大，有開裂和爆炸的危險。

2　工藝流程簡述

無水氟化氫生產工藝，是以螢石粉、質量分數為98%的濃硫酸及發煙硫酸為原料，在回轉反應爐中加熱生成粗氟化氫氣體，經洗滌、冷凝、精餾、脫氣等操作得到無水氟化氫產品，副產品為氟硅酸及石膏。

反應所需的熱量由通入回轉反應爐夾套內的煙道氣供給。進入夾套內的煙道氣溫度約為530℃，離開夾套內的煙道氣溫度約為420℃。反應系統為微負壓操作，回轉反應爐爐頭負壓維持在約-5mmH2O，溫度約為120～200℃。

反應生成的粗氟化氫氣體，其主要成分是HF，還有少量SiF4、CO2、SO2、H2O、H2SO4、空氣及粉塵。粗氟化氫氣體進入洗滌塔洗去粉塵，再經冷凝器冷凝后進入粗氟化氫儲槽。粗氟化氫液體定量進入精餾塔，塔底物料和重組分水、H2SO4等不定期收集流至洗滌酸循環槽進入洗滌酸循環系統，塔頂氟化氫經冷凝后進入脫氣塔。精餾塔再沸器和脫氣塔再沸器用熱水加熱，精餾塔冷凝器和脫氣塔器冷媒為-15℃乙二醇。從脫氣塔頂排出的氣體進入H2SO4吸收塔處理。從脫氣塔底部得到的無水氟化氫成品，經成品冷卻降溫后進入無水氟化氫檢驗槽，分析合格后經無水氟化氫檢驗槽液下泵送至罐區無水氟化氫儲槽儲存。

3　管路的設計要求

3.1管路材質的要求

反應爐生成的粗氟化氫氣體溫度高且具有極強的腐蝕性，因此要選用既耐高溫、耐腐蝕，又滿足強度要求的鋼襯四氟乙烯管道輸送。但由于物理機械性能的限制，鋼襯四氟乙烯管道及附件只能預制，不能現場切割、加工及改造。這就要求配管設計要力求準確無誤，避免給安裝工程造成實際困難和材料的浪費。

3.2管路功能的要求

本裝置選用的回轉反應爐型式為SRS56-0090-00，出氣口直徑為 DN700。洗滌塔規格為Φ1300×10960，進氣口直徑為DN600。根據工藝流程，連接兩個設備管口的管道直徑為DN600，反應爐出口要做DN700到DN600的變徑。為保證反應系統微負壓操作，管路需引出3個平衡管線，其公稱直徑分別為DN200、DN50、DN50，其中DN200的管道上需安裝手控閥門。此外管路上還需設置三個儀表點，用于工作溫度和壓力的監測，其接口直徑分別為DN30、DN40、DN50。工藝流程簡圖如圖1所示。

3.3管路安裝的要求

為便于管道安裝及物料輸送，將回轉反應爐出氣口與洗滌塔進氣口布置在同一平面內。再根據設備布置圖以及設備制造廠商提供的設備裝配圖，計算出回轉反應爐出氣口與洗滌塔進氣口兩節點的三維間距，橫向間距為3620mm，縱向間距為0mm，高差為2860mm，管口方位上互成90°角，如圖2所示。

由于管路中含有一定量的粉塵，為避免堵塞洗滌塔、冷凝器及精餾設備，此段管路以反應爐坡向洗滌塔的布置方式為宜。根據兩接口節點間距計算出坡角約為39°。由于輸送介質具有高溫的特性，還必須充分考慮管道的柔性設計。此外，由于管路整體處于主框架外，閥門、儀表等附件應貼近反應爐出氣口布置，依靠反應爐進料端操作平臺進行操控和觀測。

4　設計方案

綜合上述設計要求，考慮如下配管設計方案，如圖3所示。

本裝置用DN700×700×600的51°斜異徑三通（如圖4所示）實現變徑，異徑三通的自由端用帶四個接管的法蘭蓋（如圖5所示）封堵，四個接管分別為DN30、DN40和DN50的三個儀表口以及DN200的平衡管口，使閥門、儀表的位置靠近操作平臺，便于操控和觀測。管路中央設置波紋管補償器，為管路提供熱補償。帶接管短管（如圖6所示）用來接兩個DN50的平衡管，由于混酸槽及洗滌循環槽位于主框架內，因此兩個帶接管短管靠近洗滌塔布置。帶接管短管與洗滌塔進氣口之間以帶200mm短節的39°彎頭（如圖7所示）連接，實現兩設備管口90°角的轉向。

為有效防止粉塵進入洗滌塔及后續裝置，造成設備的損毀、生產的停滯及安全事故的發生，還可以在洗滌塔進氣口處增設震動、除塵或噴淋裝置，使氣體夾帶的粉塵返回反應爐中。

尹洪君（1982-），2005年畢業于大連理工大學，本科，工藝設計工程師。