格靈硫鐵礦制酸自動技術方案和設備分析與設計

劉興旺，邵海莉

（江蘇南京格靈化工有限公司，江蘇南京 210041）

格靈硫鐵礦制酸自動技術方案和設備分析與設計

劉興旺，邵海莉

（江蘇南京格靈化工有限公司，江蘇南京 210041）

介紹了格靈化工公司6萬t/a硫鐵礦制酸裝置大修項目的技術改造方案，設備分析與設計方案，為提高裝置的自控水平和穩定操作能力奠定了基礎。

硫酸裝置；自控技術；儀表

本設計為6萬t/a硫酸裝置大修項目，包括原料硫鐵礦輸送、礦渣輸送和增濕、焙燒工段新建，凈化工段、轉化工段和干吸工段改造等；公用工程裝置包括廢熱回收裝置；輔助生產裝置包括DCS控制、循環水站、脫鹽水站改造的自控設計。工藝物料主要為硫精礦、高溫爐氣、硫酸、蒸汽以及水。

1 自控水平和主要控制方案

本設計對原硫酸裝置的自控進行大修改造成集散控制系統（DCS），實現各重要參數的顯示、記錄、打印、累積、報警及調節。根據工藝操作的需要，焙燒工段設置一個操作室，內設遠距離終端，與制酸控制室內的DCS和余熱發電控制室內的DCS通過通訊接口進行互相通訊，對焙燒工段主要參數進行顯示、記錄、累積、報警。原料工段、循環水站、脫鹽水站采用盤裝儀表。在整個裝置中對不重要的或不需要經常監視的工藝參數采用就地儀表指示。

電動機的控制：整個生產過程的主要動設備的停車均可在現場或DCS中完成。電機的運行狀態、故障狀態和聯鎖功能也在DCS中完成。

全廠共有過程檢測點約260個，控制回路約10多個，其中復雜控制回路有氧含量與硫精砂礦加料量的串級調節一套；鍋爐汽包液位三沖量調節一套。現場就地指示點約120多個。具體控制回路如下：①沸騰爐出口氧含量自動調節；②脫氣塔稀酸進口流量自動調節；③泡沫冷卻塔循環泵串酸流量自動調節；④脫氣塔循環泵產酸流量自動調節；⑤轉化器各段進口溫度自動調節；⑥干燥塔進口酸濃度自動調節；⑦干燥塔酸循環槽液位自動調節；⑧吸收塔酸循環槽液位自動調節；⑨吸收塔進口酸濃度自動調節；10地下槽液位自動調節；11余熱鍋爐集汽聯箱蒸汽溫度自動調節；12鍋爐汽包液位三沖量調節；13除氧器液位自動調節；14除氧器壓力自動調節。

2 儀表類型的確定

盤裝儀表：原料工段、循環水站、脫鹽水站采用盤裝表，盤裝儀表選用數顯表、記錄儀、流量計算儀及閃光報警器等。

大型設備（如SO2鼓風機等）成套供貨隨機所配儀表及控制裝置的主要參數均應能在DCS系統上進行顯示，以保證整個裝置控制系統的完整性。

3 儀表的選擇

測溫儀表：根據硫酸生產工藝條件的限制，沸騰焙燒爐正常生產時溫度在800～950℃，所選的測量元件需要耐受高溫，熱電偶要帶高鉻鑄鐵套管；對于腐蝕性較強的介質，在溫度低于200℃的情況下，熱電阻要選用帶外襯聚四氟乙烯套管；就地指示的溫度選用抽芯式雙金屬溫度計。

壓力儀表：就地壓力表一般為彈簧管壓力表；介質是氣體，壓力為微壓或負壓的壓力表選用膜片壓力表；有腐蝕性介質的場合，選用隔膜式壓力表，隔膜材質為哈氏合金C。用于壓力集中顯示的一次儀表采用智能式電容式壓力或智能式差壓變送器，輸出信號為4～20mADC帶就地顯示表頭。

4 主要設備的選擇

6萬t/a硫精砂制酸裝置大修改造是南京格靈化工有限公司制酸項目的主要裝置。該裝置包括原料、焙燒、轉化、干吸、成品等工段，以及余熱回收、脫鹽水站改造、循環水站、配電室、主控室等設施。該裝置非標設備的設計，將在多套硫鐵礦制酸裝置的經驗基礎上，本著設備性能高，采購方便、維護便利的原則進行選型。

5 主要非標設備結構

沸騰爐為鋼制立式一次擴大型圓筒形結構，沸騰床直徑為?4 780，上部燃燒空間內徑為?7 500，內襯保溫磚和耐火磚。為了防止露點腐蝕，在鋼殼外設置保溫層。所用原料為硫精砂。為保證硫鐵礦充分燃燒，均勻沸騰，風帽采用正方形布置，每個風帽開6-ф3.8共1 230個，分布均勻且無死角。花板采用多塊分布板組合而成，下面固定在型鋼上。爐子最下部的進風室使送入的空氣保持恒壓，便于通過埋設在耐火混凝土爐床上的風帽將空氣均勻分布，使之形成穩定的沸騰層。在沸騰爐的設計中，風帽的選擇較為關鍵。應具有耐高溫，抗氧化腐蝕的能力，本設計采用了低碳高鉻鑄鐵。為使硫鐵礦和空氣能充分混合并燃燒，爐內設置了二，三次風進口。出氣口位于爐體側面，與廢熱鍋爐直連，為解決由于沸騰爐與鍋爐間標高和操作溫度不同而引起的水平與垂直方向膨脹推力，出氣口處采用了特殊雙向膨脹節。本沸騰爐在沸騰層部分安裝與廢鍋相連的冷卻盤管，以調節沸騰層溫度，并進行廢熱回收。沸騰爐上還設置了點火孔、視鏡、冷灰出口、檢查門等，廢渣由沸騰層后部排渣室排出。爐頂設放空口。

5.1 泡沫洗滌塔

凈化工段已有的泡沫洗滌塔直徑為ф2 200/ф2 500，操作氣速2.3m/s，基本能滿足生產需要。建議把上部的波紋填料改成高效率的鞍型填料，提高操作彈性。

5.2 轉化氣體換熱器

通過對轉化工段中的7臺換熱器進行核算，除了第Ⅱ氣體換熱器E502的面積不夠外，其它的面積基本能滿足生產，為了減少投資需將第Ⅲa換熱器E503a和E502對換一下就能維持轉化生產的熱平衡。

5.3 轉化器

該轉化器直徑為5 000mm，為五段轉化形式，操作氣速為0.326m（標）/s，內裝催化劑52M3。考慮到轉化氣體的氧硫（O2∶SO2）比較低，影響系統的總轉化率，因此為了保證轉化率減少對環境的污染，本改造需補加觸媒9.2M3。

5.4 干吸塔

本裝置的干吸塔的主要結構基本上是相似的，內徑均為2 600mm。塔體為立式圓筒形結構，碳鋼內襯耐酸磚，設除沫器以收集氣體中的酸沫。分酸裝置材質為耐酸低鉻鑄鐵槽管結構，干吸塔采用纖維除沫器。

為了減少干吸塔的氣液夾帶，降低空塔氣速，本改造將三塔內的耐酸磚扒掉，采用2mm厚高硅不銹鋼進行內襯，這樣塔徑增加到ф2 838，其操作氣速也大大降低（干燥塔為1.35m/s、一吸塔為1.2m/s、二吸塔為1.23m/s），同時將塔內的階梯環填料改成梅花型填料，分酸器改成槽管式，增加布酸點提高其操作彈性。干吸塔除沫器的直徑需加以改造成DN2000。

5.5 SO2鼓風機

已有的SO2鼓風機的能力為500m3/min、40kPa不能滿足6萬t/a產量的負荷，故SO2鼓風機也需更換成流量為560m3/min的設備。同時由于系統蒸汽的產量超過1400kW發電機負荷，為了充分利用熱能將該SO2鼓風機的電機驅動改為凝汽式透平來驅動，同時也降低了系統的電耗。

6 技術經濟指標實現情況

6萬t/a硫酸裝置投產以來，有個別的指標在某一階段未控制在設計的工藝指標范圍內，經系統調試，目前工藝技術指標已基本實現。就目前的工藝水平看，6萬t/a硫酸裝置已具備年產61 220t的能力。主要技術經濟指標實現情況見表1。

7 結束語

介紹了格靈化工公司6萬t/a硫酸裝置大修項目的自控技術方案、主要設備的選擇、關鍵非標設備結構的設計，對技術改造后技術經濟指標的實現情況進行了總結。

Green Pyrite Automated Technical Solutions and Equipment Analysis and Design

Liu Xing-wang，Shao Hai-li

This paper introduces the total dynamic transformation program Klaeng Chemical CoMPany 60 000 t/a pyrite acid plant overhaul project，equipment analysis and design programs to improve the level of self-control ability and stable operation of the device.

sulfuric acid plant；automation technology；instrumentation

表1 6萬t/a硫酸裝置技術經濟指標

TQ111.16

A

1003–6490（2016）04–0103–02

2016–04–05

劉興旺（1979—），男，河南漯河人，工程師，主要從事硫鐵礦制酸生產工藝技術管理工作。