鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)管道的防腐蝕設(shè)計(jì)

程文軍，李立建，許 斌，衛(wèi)立楷

（河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南 濟(jì)源 459000）

“TRIZ”是俄文的縮寫，意思是“發(fā)明問題解決理論”，某有色冶煉公司聘請(qǐng)“創(chuàng)新方法研究會(huì)”的專家對(duì)公司的技術(shù)骨干進(jìn)行了“TRIZ”培訓(xùn)，在培訓(xùn)期間結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際征集工程課題，學(xué)員學(xué)以致用，根據(jù)所學(xué)的TRIZ原理，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中的技術(shù)難題進(jìn)行了課題研究，并在專家的指導(dǎo)下完善了工程課題的分析與解決方案。其中，針對(duì)制酸煙氣管道腐蝕的工程課題較好地運(yùn)用了“TRIZ”的技術(shù)矛盾解決原理，得出了較為理想的防腐蝕管道設(shè)計(jì)方案。

1 制酸煙氣管道防腐蝕設(shè)計(jì)的課題背景

在冶煉煙氣制酸過程中，制酸煙氣管道在某些局部經(jīng)常出現(xiàn)酸沫沉積腐蝕漏煙現(xiàn)象，因?yàn)槁┏龅臒煔鉃镾O2煙氣，不僅影響生產(chǎn)而且造成環(huán)境污染，一旦發(fā)生漏煙必須立即停車檢修，且因?yàn)楦g點(diǎn)的管壁變薄，致使漏洞焊接作業(yè)困難。在硫酸生產(chǎn)過程中，二氧化硫+三氧化硫混合煙氣的吸收與輸送流程見圖1。

圖1 煙氣吸收與輸送流程

如圖1所示，二氧化硫+三氧化硫煙氣由下往上走，98.3%的濃硫酸往下噴淋，在填料層吸收煙氣中的三氧化硫，在吸收過程中會(huì)產(chǎn)生酸沫。吸收塔內(nèi)填料層上部雖然有絲網(wǎng)除沫器，但除沫不完全，還是有少部分酸沫經(jīng)煙氣帶入煙氣出口管道，因此在吸收塔的煙氣出口管道處經(jīng)常有酸沫沉積，造成腐蝕漏煙。因?yàn)楣艿赖牟馁|(zhì)為碳鋼，一般每2～3個(gè)月在腐蝕點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)漏煙需要進(jìn)行項(xiàng)修。修補(bǔ)過程是切割一塊鋼板在腐蝕點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊，因?yàn)槭撬岣g，較難焊接，需要系統(tǒng)停車12個(gè)小時(shí)以上時(shí)間，嚴(yán)重影響硫酸制造系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。

2 基于TRIZ的問題分析

2.1 針對(duì)問題的5why分析

表1 問題分析

2.2 理想解

①最終理想解。煙氣中不存在酸沫，因此管道不沉積酸沫。②次理想解。煙氣中存在少量酸沫，因此管道沉積酸沫少，腐蝕較慢，平時(shí)不漏煙，僅利用每年必須進(jìn)行的一次大修時(shí)間來修補(bǔ)管道腐蝕。

3 應(yīng)用TRIZ的矛盾解決理論

3.1 定義技術(shù)矛盾

①問題是什么？靠近吸收塔的煙氣輸送管道底部出現(xiàn)酸沫沉積腐蝕管道需要停車補(bǔ)焊。②現(xiàn)有的解決方案是什么？當(dāng)腐蝕點(diǎn)出現(xiàn)漏煙現(xiàn)象時(shí)，切割一塊鋼板進(jìn)行補(bǔ)焊，增加管道的耐腐蝕的強(qiáng)度。③現(xiàn)有的解決方案的缺點(diǎn)是什么？出現(xiàn)漏煙現(xiàn)象時(shí)，必須立即停車補(bǔ)焊，因?yàn)槭撬岣g，較難焊接，需要系統(tǒng)停車12個(gè)小時(shí)以上時(shí)間，嚴(yán)重影響硫酸系統(tǒng)的正常生產(chǎn)，降低生產(chǎn)率。④找出技術(shù)矛盾。從以上分析可以看出，現(xiàn)有解決方案改善的參數(shù)---“強(qiáng)度”，惡化的參數(shù)---“生產(chǎn)率”，“強(qiáng)度”和“生產(chǎn)率”構(gòu)成一對(duì)技術(shù)矛盾。

3.2 矛盾矩陣和發(fā)明原理

查找阿奇舒勒矛盾矩陣，得到發(fā)明原理（包含序號(hào)）如下。

（1）29氣壓和液壓結(jié)構(gòu)原理：將物體的固體部分，用氣體或流體代替，如充氣結(jié)構(gòu)、充液結(jié)構(gòu)、氣墊、液體等[1]。

（2）35物理或化學(xué)參數(shù)改變原理：①改變物態(tài)；②改變濃度或密度；③改變?nèi)岫?；④改變溫度?/p>

（3）10預(yù)先作用原理：①預(yù)先對(duì)物體施加必要的改變；②預(yù)先安置物體，使其在最方便的位置，開始發(fā)揮作用而不浪費(fèi)運(yùn)送的時(shí)間。

（4）14曲面化原理：①將物體的直線或平面部分用曲面代替；②使用滾筒及球狀、螺旋狀結(jié)構(gòu)；③改直線運(yùn)動(dòng)為螺旋運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用離心力。

4 應(yīng)用發(fā)明原理得到的設(shè)計(jì)方案

（1）設(shè)計(jì)方案1。應(yīng)用35物理或化學(xué)參數(shù)改變原理，可以得到方案1：增加酸沫沉積區(qū)域的管道壁厚。

（2）設(shè)計(jì)方案2。應(yīng)用35物理或化學(xué)參數(shù)改變原理，可以得到方案2：將輸送管道的材質(zhì)由碳鋼改為耐腐蝕的玻璃鋼。

（3）設(shè)計(jì)方案3。應(yīng)用10預(yù)先作用原理，可以得到方案3：預(yù)先在腐蝕點(diǎn)區(qū)域的輸送管道內(nèi)壁上噴涂防腐蝕材料四氟聚乙烯[2]。

（4）設(shè)計(jì)方案4。應(yīng)用14曲面化原理，可以得到方案4：將易腐蝕點(diǎn)處的管道改為“U”型管或“V”型管，并在“V”型管的底部加裝漏斗定期排污。

（5）設(shè)計(jì)方案5。應(yīng)用14曲面化原理，還可以得到方案5：將輸送管道由水平管改為帶傾角的斜管，讓沉積在管道的酸沫由于重力作用自流回到吸收塔，減輕對(duì)管道的腐蝕，見圖2。

圖2 設(shè)計(jì)方案5示意圖

（6）設(shè)計(jì)方案6。將方案3與方案5組合應(yīng)用可以得到方案6：將腐蝕區(qū)域的輸送管道由水平管改為帶傾角的斜管，同時(shí)在斜管內(nèi)壁上噴涂防腐蝕材料四氟聚乙烯，讓沉積在斜管上的酸沫由于重力作用自流回到吸收塔，且不構(gòu)成對(duì)管道的腐蝕。

5 方案的評(píng)價(jià)

5.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)影響生產(chǎn)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)如下評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

5.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

表3 評(píng)價(jià)得分

從表可以看出，方案6得分最高，為最佳設(shè)計(jì)方案。

6 效益分析

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

該公司有兩條160kt/a冶煉煙氣制酸生產(chǎn)線，采用TRIZ原理得出的設(shè)計(jì)方案，每條生產(chǎn)線每年最少可以減少4次停車補(bǔ)焊管道漏煙（每次12小時(shí)），可以節(jié)約開車費(fèi)用16萬元/年；減少停車時(shí)間可以增產(chǎn)硫酸約1200噸/年，鋅焙砂1150噸/年，，因此可以增加產(chǎn)量效益約36萬元/年；兩項(xiàng)合計(jì)：16+36=52萬元/年。改造成本約4萬元，因此可以增加的經(jīng)濟(jì)效益為52-4=48萬元/年。兩條生產(chǎn)線均改造后可增加效益為48×2=96萬元/年。

6.2 社會(huì)效益

因每次管道腐蝕漏煙時(shí)有大量的SO2煙氣污染空氣，而采用TRIZ原理得出的解決方案可以杜絕管道漏煙污染環(huán)境，因此有極大的環(huán)保效益。

7 結(jié)語

TRIZ是可行且實(shí)用的生產(chǎn)制造業(yè)工程問題解決理論。針對(duì)制酸煙氣管道腐蝕問題，應(yīng)用TRIZ的技術(shù)矛盾解決理論可以得出較為理想的解決方案，該設(shè)計(jì)方案具有改造成本低、使用壽命長、運(yùn)行費(fèi)用低以及環(huán)保效益高的優(yōu)點(diǎn)。