制酸系統酸冷卻器在線檢修實踐

鐘瑞晨

（江西銅業集團有限公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

江西銅業集團有限公司貴溪冶煉廠（以下簡稱貴冶）硫酸車間的濕法制酸系統硫酸產能為1 850 kt/a。硫酸車間制酸一系列自1985年12月建成并投產，到目前已運行超過30年，其中部分設備屬于超齡使用。貴冶使用的酸冷卻器為陽極保護型濃酸冷卻器，是一種間壁式換熱器，溫度較高的濃硫酸通過特定材質的換熱管壁與對流的循環水進行熱量交換，從而降低高溫濃硫酸的溫度使其符合工藝控制要求；被加熱的循環水通過循環水系統釋放多余的熱量，冷卻后回到濃酸冷卻器的水側循環利用[1]。對于濃酸冷卻器而言，換熱管壁為其工作的核心部件，一旦發生故障損毀需要立即進行檢修，否則將嚴重影響到制酸系統的正常生產。制酸一系列酸冷卻器換熱管已使用23年，常年的腐蝕已導致換熱管壁變薄，酸冷卻器一旦漏酸，必須停車檢修，將嚴重影響前端轉爐的投礦量。

針對制酸一系列酸冷卻器漏酸事故頻發的情況，為減少對上游工序生產的影響，同時提升檢修安全性、降低勞動強度，硫酸車間對制酸一系列的酸冷卻器進行了詳細的排查，對發現的問題進行了分析，并提出了在線檢修改造方案，取得了良好的效果。

1 酸冷卻器存在的問題

1.1 使用年限過長導致換熱管拉裂

在生產過程中，由于工況即時變化，進入酸冷卻器的硫酸溫度會隨系統負荷波動，酸冷卻器的殼體和換熱管也會隨溫度的變化熱脹冷縮，并進一步導致最薄弱的換熱管被拉裂。酸側的濃硫酸由此進入水側，在泄漏點附近產生高溫稀硫酸，并急劇腐蝕換熱管，將裂縫迅速擴大[2]。若該情況下不進行應急處理，最終將導致酸冷卻器的換熱管龜裂，發生應力形變或脫落造成工藝事故。

1.2 換熱器列管存在沙眼

由于酸冷卻器投入使用的時間已達23年，設備本身也逐漸出現腐蝕。酸冷卻器水側使用的循環水中含有一定量的氯，在多年的使用過程中逐漸積累在水側壁上，導致換熱管的管壁發生點蝕、孔蝕而出現沙眼。另外，水側循環水中的懸浮物等雜質也會導致換熱管產生沙眼[3]。

1.3 傳統生產工藝存在限制

貴冶硫酸車間采用的酸冷卻器在流體傳熱部分的設計并不一致，以制酸一系列酸冷卻器為例，其使用的流體傳熱方式為并流傳熱，實際傳熱效率不如廣泛使用的對流傳熱[4]。而對于現場建成的既定設備而言，大部分管道已經固定在現場無法隨意更改，將并流變更為對流現階段無法實現。同時由于傳統工藝中單臺酸冷卻器的熱交換量較小，2臺并聯的酸冷卻器均需投入使用方可保證生產穩定，對檢修工作造成了一定的困擾。

2 在線檢修方案

對于制酸系統而言，最理想的不影響上游工序的處理方式為不停車檢修，即在線檢修。制定的在線檢修方案如下：

1）正常生產情況下，制酸二系列的風機閥門開度為22%，需要在線檢修時，將其開度提高到35%，使二系列滿負荷運行，降低一系列的煙氣處理量。

2）改變干燥塔和吸收塔之間的串酸方式，減少吸收硫酸的混合熱和稀釋熱，降低酸冷卻器的負荷。

3）一系列一吸塔有2臺酸冷卻器，在1#酸冷卻器進行檢修時增加2#酸冷卻器的冷水進口量，從而增加2#酸冷卻器的處理量，使1#酸冷卻器孤立進而實現在線檢修。

4）經過現場考察與研究，在酸冷卻器的酸側與水側各加裝1對進出口閥門，在故障檢修時可將其中一套酸冷卻器孤立而不影響其他設備的運行。

5）對酸冷卻器部件檢修更換。針對年久失修的換熱器管件部分，采取故障部件、損壞部件直接更換的方法進行處理；對于缺少檢修條件的設備部件，如焊接固定的換熱器壁，采用焊補處理有沙眼的部分。同時，在酸冷卻器的水側恢復pH值監測對可能的漏酸情況進行實時監測[5]，在發現異常情況時及時處理，做到維修與監管并行。

3 效果評價

自2020年3月11日至今，制酸一系列2臺酸冷卻器共計漏酸5次，均采用了創新的酸冷卻器在線檢修方案實施檢修。2020年12月1日2#酸冷卻器發生漏酸，在未停車的狀態下實施在線檢修，一系列吸收塔的硫酸入塔溫度在65～70 ℃波動，處于可接受范圍內[6]。由此說明，在線檢修對吸收塔入塔硫酸溫度穩定性的影響較小。

在酸冷卻器檢修期間，對上游工序的投礦量進行統計，結果見表1。

表1 酸冷卻器檢修期間上游工序投礦量數據

由表1可見：實行酸冷卻器在線檢修，可顯著減少檢修期間對上游工序投礦量的影響。與酸冷卻器停車檢修相比，在檢修持續時間不變的情況下，檢修期間上游工序總投礦量可增加近400 t。銅品位按60%計，成品銅價格以69 740元/t計，每次在線檢修可提高產品收入約1 700萬元。

對酸冷卻器檢修期間的直接經濟損失進行核算：

1）前三次為停車檢修，單次設備檢修費用計4 500元；因停車檢修額外使用液堿2罐，液堿以9 000元/罐計，共計1.8萬元；因檢修導致成品酸產量降低，硫酸按500元/t，硫酸產量按產能折合約211 t/h計，因停車損失的成品酸約36.9萬元。酸冷卻器停車檢修期間的經濟損失合計39.15萬元。

2）后兩次為在線檢修，因系統維持生產沒有液堿消耗與成品酸損失，單次設備檢修費用不變，仍計4 500元，即酸冷卻器在線檢修期間的經濟損失為0.45萬元。

由上述分析可知，酸冷卻器采用在線檢修，檢修一次硫酸車間的經濟損失由39.15萬元減少到0.45萬元，經濟效益得到明顯提升。

4 結語

貴冶結合生產實際，通過調整制酸一系列和二系列的煙氣處理負荷、改變干燥塔和吸收塔間的串酸方式、增加正常運行的酸冷卻器的冷水進口量、在酸側與水側加裝進出口閥門等措施，實現了酸冷卻器的在線檢修。實施酸冷卻器在線檢修，每次檢修可比傳統方式檢修增加產品收入約1 700萬元，同時減少直接經濟損失約38.7萬元，檢修成本降低到約4 500元，經濟效益明顯。因此，酸冷卻器的在線檢修方式對于同行業的酸冷卻器檢修具有較好的推廣應用價值。同時，對于現有采用并流方式進行換熱的酸冷卻器，考慮利用后續制酸系統改造的機會將相關的管道閥門進行統一處理使其可以吻合對流換熱的模式，提高酸冷卻器的換熱效果。