HRS循環酸泵軸封空氣干燥裝置改造

寧順偉，王鵬程

（威頓達州化工有限責任公司，四川達州635000）

某公司現有1套800 kt/a硫黃制酸裝置，采用“3+1”二轉二吸工藝，配套HRS系統。HRS循環酸泵（替代傳統工藝中的一吸泵）采用單泵運行，在生產過程中起著至關重要的作用。由于HRS塔是正壓運行（塔內壓力18～25 kPa)，為保護環境，避免酸性氣體泄漏至環境中，HRS循環酸泵軸采用壓縮空氣密封。因采用分子篩干燥機對壓縮空氣進行干燥，壓縮空氣中水含量偏高，易造成泵軸腐蝕，影響裝置長周期正常運行，故對壓縮空氣的干燥方式進行改造。

1 存在的問題

用于HRS循環酸泵軸密封的壓縮空氣由基地集中供應，該壓縮空氣主要用于儀表和工廠風等，原采用分子篩干燥機進行干燥，經過分子篩干燥后空氣露點為4 ℃，w(H2O)為6.3 g/m3。干燥后的壓縮空氣能夠滿足儀表技術需要，而HRS泵軸密封處有硫酸霧，空氣中的水與循環酸槽中的硫酸霧接觸形成稀酸，會造成泵軸進空氣部位周圍腐蝕，導致泵振動增加。由于HRS泵是液下泵，泵軸長達3 m，泵的振動增加后會出現葉輪摩擦扣環和襯套，縮短泵軸運行壽命，造成裝置被迫停車檢修。在泵的檢修過程中需要進行排酸、吊泵、灌酸等操作，增大了安全風險。同時，因更換酸泵需要的時間較長，會帶來巨大的經濟損失。

2 解決方案

對現有的壓縮空氣干燥方式進行改造，結合裝置的生產實際，從可行性、經濟性等角度綜合考慮，選用w(H2SO4)98.5%的濃硫酸作為吸水劑，吸水后w(H2SO4)為95%，降低壓縮空氣中的水分含量，從而保護HRS循環酸泵軸不被腐蝕。

2.1 壓縮空氣干燥流程

來自基地的壓縮空氣經過減壓后，通過進氣閥從干燥塔底部進入干燥塔內，經過環形分布管和分布板后穿過兩層磁環填料與塔內的濃硫酸充分接觸從而被干燥，干燥后的空氣通過干燥塔頂部的出氣管送至HRS循環酸泵軸封處，流程見圖1。

圖1 壓縮空氣干燥流程

2.2 操作方法

硫酸干燥塔的操作方法如下：

1）灌酸。灌酸時先將儀表空氣的旁路閥打開，再依次關閉進氣閥和出氣閥，儀表空氣暫時走旁路，再打開干燥塔頂部的排氣閥，關閉干燥塔下部的排酸閥，然后打開灌酸閥開始灌酸，當液位升至規定高度時關閉灌酸閥停止灌酸，再關閉干燥塔頂部的排氣閥，灌酸完成。

2）通儀表空氣。先打開干燥塔底部的進氣閥，再打開塔頂的出氣閥，然后關閉儀表空氣旁路閥，儀表空氣經干燥后送至HRS循環酸泵軸封處。

3）排酸。運行一段時間后，由于干燥塔內濃硫酸吸收了儀表空氣中的水分，干燥塔內液位會上漲，當液位上升至規定高度后，需要進行排酸操作后再重新灌酸。排酸時先將儀表空氣切換至旁路，再打開干燥塔頂排氣閥，然后打開干燥塔底部的排酸閥將干燥塔內的硫酸排至成品地槽，直到排盡為止。

3 干燥塔設計

3.1 干燥塔的計算

已知條件：壓縮空氣流量為4 m3/h，壓力為0.2 MPa，w(H2O)為1.749%，壓縮空氣(42 ℃、0.2 MPa)密度為2.242 kg/m3，塔常溫操作下w(H2SO4)為98.5%和95%的硫酸密度約為1.83 g/cm3，水的密度為1 g/cm3。

4 m3/h空氣的含水量為4 × 1.749% × 2.242 ×103=156.85 (g/h)。

采用內徑為300 mm的鋼管作為干燥塔體，考慮到氣體從塔底上升的過程中會帶一定的酸進入氣相，塔身的高度要預留一定高度便于氣液分離，防止酸帶入除霧器?？偹咴O計為1 250 mm，酸液位控制在1 000 mm。

經過試驗得干燥塔中填料約占1/3，酸約占2/3，由此可得：

填料和酸的總體積V1=3.14×0.152×1=0.071 (m3)；

塔內填料的體積V2=0.071×1/3=0.023 64 (m3)；

塔內酸的體積V3=0.071-0.023 64=0.047 36 (m3)；

w(H2SO4)95%硫酸的質量為0.047 36×1.83× 103=86.67 (kg)。

設w(H2SO4)98.5%的硫酸有Xkg，根據溶質和溶液的關系有：

解得X=83.59

塔內吸收水的總質量為86.67-83.59=3.08 (kg)

由于4 m3空氣的水含量為156.85 g，一個吸水周期至少用時為3.08×103/156.85=19.6 (h)。

液位計安裝高度為1 100 mm，w(H2SO4)95%硫酸的最高液位為91%，w(H2SO4)98.5%硫酸的最高液位為88%。

3.2 干燥塔結構

在現有成品酸地槽上方150 mm位置安裝干燥塔，儀表空氣由干燥塔底部進入，經干燥塔內濃硫酸干燥后的空氣由干燥塔頂送出至HRS循環酸泵軸封處。

3.2.1 外部結構

干燥塔用內徑300 mm、高1 250 mm的316L不銹鋼材料制作而成。干燥塔頂部安裝DN25 mm的排氣管，底部安裝DN25 mm的排酸管，上部側面焊接1個DN25 mm的進酸管，下部側面焊接1個DN25 mm的儀表空氣進氣管。塔底至塔頂150 mm處安裝1根透明四氟液位管，作為排酸、灌酸的參考。干燥塔下方制作支架，并焊接固定在成品酸地槽上，管線設置根部閥、三聯件和隔離閥。

3.2.2 內部結構

干燥塔底部為環形分布管和第一層空氣分布板，分布管距干燥塔底部和分布板均為50 mm，分布管由3個支座固定在塔底板上。分布管和分布板上分別均勻開有若干小孔，其作用是分布和擠壓破碎空氣、減少和減小氣泡，以便更好地干燥空氣。分布板上裝有高度為300 mm的第一層磁環填料，作用是在增加空氣停留時間的同時再次對氣泡擠壓破碎，并且使酸均勻分布，進而與空氣充分接觸。在第一層填料上方100 mm處設置第二層分布板，此分布板上方同樣裝填300 mm高度的磁環填料，其作用與第一層填料相同。在此填料上方200 mm處設置第三層分布板，在此分布板上方鋪設直徑為300 mm、厚度為50 mm不銹鋼絲網，支撐上部厚度為50 mm的除霧纖維，作用是捕捉酸霧，防止干燥空氣攜帶酸霧，其上方同樣鋪設直徑為300 mm、厚度為50 mm不銹鋼絲網，用以固定除霧纖維，防止空氣將除霧纖維吹翻。干燥塔結構見圖2。

圖2 干燥塔結構

4 改造后運行效果

改造后，HRS循環酸泵運行正常，泵軸的腐蝕明顯減少。在軸封空氣與泵軸接觸的周圍未出現明顯腐蝕，延長了泵的使用周期。在干燥塔的操作過程中，由于后期加強了對儀表空氣水含量的控制，延長了干燥塔的換酸操作周期，換酸約一周一次。

5 結語

采用在干燥塔內用濃硫酸對壓縮空氣進行干燥的優化設計方案，在現有裝置的基礎上進行改造，工程量較小，投資成本低，且運行風險小。HRS循環酸泵改造后投入運行以來，軸封處未發生被腐蝕現象，運行效果良好，為裝置的安全、平穩、長周期運行打下了堅實的基礎。