袁建軍　陳立著　孫軼瓊　航天長征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司　蘭州　730050

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淺談WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的選型設(shè)計

袁建軍*陳立著孫軼瓊航天長征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司蘭州730050

摘要介紹WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的選型設(shè)計、布置設(shè)計、管道設(shè)計方法；提出WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵配管設(shè)計需要注意的問題；總結(jié)WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的配管設(shè)計經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞硫回收硫酸輸送泵配管

*袁建軍：助理工程師。2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事煤化工工藝設(shè)計工作。

聯(lián)系電話：15002536433，E-mail：yjj19890111@sina.cn。

WSA(WetgasSulphuricAcid即濕法硫酸技術(shù))硫回收工藝由丹麥托普索公司于20世紀70年代開發(fā)成功并實現(xiàn)工業(yè)化，可應(yīng)用于煉油化工廠、煤焦化及煤氣廠、冶煉廠、電廠及礦山的含硫尾氣和煙氣處理，原料氣中的硫化物一般是H2S。該工藝的主要技術(shù)特點：流程簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，操作彈性大，燃料消耗少，副產(chǎn)蒸汽效率高，硫回收率高達 99%以上，可直接生產(chǎn)濃度 93%以上的濃硫酸，不需吸收劑和化學(xué)助劑，不產(chǎn)生廢水[1,2]。然而此工藝過程中的濃硫酸具有強氧化性，其腐蝕行為相當(dāng)復(fù)雜和極為苛刻，特別是當(dāng)工藝條件發(fā)生變化時產(chǎn)生的中等濃度硫酸腐蝕性更強，因而對此工藝中的硫酸輸送泵的設(shè)計也提出了更高的要求[3]。硫酸輸送泵是硫回收環(huán)節(jié)中重要的設(shè)備之一，其設(shè)計的合理性、經(jīng)濟性及設(shè)備密封性對化工安全生產(chǎn)具有重要意義。

本文結(jié)合某工程設(shè)計實例，對WSA硫回收工藝中的硫酸輸送泵的選型、布置、管道設(shè)計進行探討，提出WSA硫回收工藝中的硫酸輸送泵設(shè)計需要注意的問題，總結(jié)硫酸輸送泵設(shè)計的配管設(shè)計經(jīng)驗，為今后類似的WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的設(shè)計提供一定的參考。

1WSA硫回收工藝

WSA工藝是丹麥托普索公司的專利，一種把各種含硫化合物回收成為商品級濃硫酸的工藝。其單套最大處理氣量為1000000m3/h，單套最大產(chǎn)酸能力為1200t/d。WSA硫回收工藝流程見圖1。

圖1　WSA硫回收工藝流程

該工藝分為氧化、熱回收、轉(zhuǎn)化、水合冷凝四個部分。SO2的氧化和后續(xù)冷卻工段都在一個組合式反應(yīng)器中進行，該組合式反應(yīng)器一般為3床3換熱結(jié)構(gòu)，工藝氣依次通過催化劑床層和段間換熱器，SO2濕法催化氧化轉(zhuǎn)化為SO3氣體，每個階段都使用托普索公司的VK催化劑，其反應(yīng)方程式：

SO2+1/2O2→SO3+24kcal/mol

在水合冷凝工段中，進WSA冷凝器之前的過程氣在工藝氣體冷卻器中冷卻至285℃。在工藝氣體冷卻器中，部分的SO3已經(jīng)與水化合成硫酸蒸汽，剩余的SO3在冷凝器中水合，在WSA冷凝器中過程氣被環(huán)境空氣進一步冷卻。在冷卻過程中所有的SO3與水化合成硫酸，硫酸在冷凝器內(nèi)的豎直玻璃管內(nèi)壁凝結(jié)。在250℃的條件下，98%的硫酸匯集在冷凝器的底部。通過與冷硫酸換熱，硫酸被冷卻到70℃，之后經(jīng)過板式換熱器被冷卻到約40℃，其反應(yīng)方程式：

SO3+H2O→H2SO4+25kcal/mol

WSA冷凝器是整個制酸的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是一個降膜式冷凝器，見圖2。

圖2　WSA冷凝器

由多組并聯(lián)的玻璃管組成，玻璃管配有螺旋線和除霧器。工藝氣體中所含的H2SO4在管程向上流動，由空氣冷凝后的硫酸沿玻璃管壁流到底部的酸收集罐中。在此工藝中，硫酸輸送泵通常與硫酸中間貯罐、硫酸罐區(qū)相連接，其輸送介質(zhì)為強氧化性的濃硫酸，因而在選型設(shè)計、布置設(shè)計、配管設(shè)計等方面，比其他普通泵需要注意更多的問題。

2硫酸輸送泵的選型設(shè)計

泵的設(shè)計，應(yīng)確定其揚程和流量。泵的流量根據(jù)工藝流程圖(PFD)進行確定，額定流量應(yīng)滿足最大工況下的工藝流量。泵的揚程根據(jù)伯努利方程進行計算：

揚程計算可應(yīng)用Excel表格進行計算。根據(jù)預(yù)先編制的計算表格，可以得到反映出不同工況下所需的揚程，裝置允許汽蝕余量Δha，估算軸功率、電機功率及泵出口管路的設(shè)計壓力。在WSA硫回收工藝中，PID的設(shè)計屬于常規(guī)設(shè)計，即一開一備，進出口設(shè)切斷閥，進口設(shè)過濾器，出口設(shè)止回閥、就地壓力表等，不需要考慮暖泵、最小流量保護線、平衡線或者出口切斷閥旁通線等。但是其輸送的介質(zhì)為濃硫酸，具有強氧化性、粘稠性，當(dāng)工藝發(fā)生意外時，還可能產(chǎn)生稀硫酸，這就要求泵的選型設(shè)計除了考慮揚程與流量外，還需要注意更多的問題。工藝溫度通常為40℃左右，泵過流部件常需用塑料及高純度工業(yè)陶瓷制造，要有優(yōu)異的耐腐性及密封性。密封性能的好壞會直接影響安全生產(chǎn)。

3硫酸輸送泵的布置設(shè)計

在布置方式上，主要需要考慮現(xiàn)場的氣候條件。正常情況下，WSA硫回收工藝中的硫酸輸送泵采用露天布置，對多雨地區(qū)，泵宜采用半露天布置在泵棚內(nèi)；對于嚴寒地區(qū)或多風(fēng)沙地區(qū)，泵宜采用室內(nèi)泵房布置，并注意防火防爆，滿足采暖通風(fēng)采光等要求。

醫(yī)院的成本核算與內(nèi)部的分配緊密聯(lián)系在一起，使醫(yī)院與科室一味的追求經(jīng)濟效益。在成本控制和管理中，醫(yī)院與科室之間雖然都能認識到成本核算的重要性，但因管理的預(yù)防措施不夠嚴密，許多醫(yī)院在成本控制方面也只是能做到事后控制。同時，我國還沒有真正建立一套完整的成本核算控制和醫(yī)療服務(wù)體系，而在行業(yè)中也缺乏很多統(tǒng)一而又科學(xué)的方法和手段，使得各大醫(yī)院均采用各自不同的核算方法和手段，得到的數(shù)據(jù)也缺乏可比性，不利于進行成本的效益分析。

WSA硫回收工藝中的硫酸輸送泵通常與硫酸中間貯罐、硫酸罐區(qū)相連接，其布置必須在罐的圍堰之外，自身也需要單獨設(shè)置圍堰，圍堰高0.3m即可。內(nèi)部設(shè)置排污管道，要有一定坡度，地面須是耐酸磚，污水管道需要設(shè)置閥門井，便于處理含硫酸污水。

泵的間距通常根據(jù)設(shè)備外形尺寸與檢修通道要求確定，且兩臺泵之間的凈距不宜小于 0.8m。泵端或泵側(cè)與墻之間的凈距應(yīng)滿足操作和檢修的要求，且不宜小于 1m[4]。一開一備的泵出、入口中心線應(yīng)該對齊，閥門手輪到鄰近泵的最突出部分或柱子的凈距最少為0.75m，電動機之間距離為 1.5～1.8m。 泵間的操作通道凈距不能小于 1m，泵前操作通道不要小于 1.25m。

泵的基礎(chǔ)根據(jù)制造廠給出尺寸來確定。通常情況下按地腳螺栓中心線到基礎(chǔ)邊距離200～250mm估計[6]。設(shè)計泵的基礎(chǔ)時，常按預(yù)留孔的方案考慮，地腳螺栓的直徑與預(yù)留孔尺寸的關(guān)系可查閱相關(guān)標(biāo)準。泵的基礎(chǔ)面宜比周圍地面高200mm，最小不得小于100mm，但是在此工藝中，泵通常與貯罐或罐區(qū)相連，需考慮其氣蝕。在泵吸入口前安裝過濾器時，泵基礎(chǔ)高度應(yīng)考慮過濾器能方便清洗和拆裝，現(xiàn)場施工時須待泵到貨后核實尺寸后才可以施工[7]。其典型布置見圖3。

圖3　WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的典型布置

4硫酸輸送泵的配管設(shè)計

硫酸輸送泵的配管設(shè)計時應(yīng)考慮以下幾個方面。

(1)硫酸管線的管道材質(zhì)通常采用較昂貴的襯里管，配管時管道盡量短，要考慮經(jīng)濟性。

(2)襯里管由于加工限制，通常最長為4m(由制造廠確定)，用法蘭連接，所有的管道每次不超過4m就必須添加法蘭，法蘭翻邊就可以達到很好的密封效果。為了避免連接處硫酸的漏出，防止發(fā)生事故，在連接處設(shè)置防護措施。

(3)所有管道元件前后都必須連接法蘭，包括三通、彎頭等。

(4)襯里管線，連接壓力表的支管臺通常采用放凈環(huán)。放凈環(huán)所在的直管段不能少于200mm，配管時放凈環(huán)前后不加法蘭，在采購襯里管時，可將放凈環(huán)和襯里管在同一個廠家采購，便于管理。

(5)硫酸管線中的閥門一般采用襯里隔膜閥，泵的出口止回閥也必須是襯里止回閥。

在此工藝中的硫酸輸送泵還需要注意：① 硫酸輸送泵進口管線與貯罐連接的切斷閥必須配在貯罐的底部管口的根部位置，為了防止貯罐的基礎(chǔ)沉降還需要設(shè)置金屬軟管；② 硫酸輸送泵進口管線，需要選擇好合適的過濾器，導(dǎo)淋設(shè)置雙隔膜閥；③ 硫酸輸送泵出口管線，通常要輸送到裝運車或者遠處的罐區(qū)，在其出口位置常設(shè)調(diào)節(jié)閥，配管時，最好出口調(diào)節(jié)閥另設(shè)平臺，這樣不僅出口管線看起來整齊、美觀，還避免出現(xiàn)袋形，管道設(shè)計實例布置見圖4。

圖4　WSA硫回收工藝中硫酸輸送泵的管道布置

5結(jié)語

(1)通過對WSA硫回收工藝中的硫酸輸送泵的選型設(shè)計、布置設(shè)計、管道設(shè)計的探討和分析，總結(jié)了回收工藝中的設(shè)計經(jīng)驗，對今后的設(shè)計具有一定的工程借鑒與參考。

(2)濃硫酸具有強氧化性、腐蝕性，硫酸輸送泵的設(shè)計對生產(chǎn)安全具有重要意義，對其輸送泵的設(shè)計要考慮經(jīng)濟性，也一定要嚴格設(shè)計、做好防護設(shè)計工作。

(3)管道布置的技巧因人而異，但基本原則相同，善于總結(jié)與歸納其共性有助于工程設(shè)計質(zhì)量、效率的提高。

參考文獻

1宣守力．WSA濕法制硫酸工藝的應(yīng)用[J]．安徽化工，2014，40(2): 53-55.

2汪家銘．酸性氣硫回收WSA濕法制酸工藝及應(yīng)用前景[J]．氮肥技術(shù)，2009，30(1): 39-42.

3程斌，宋飛．簡析高溫濃酸泵國產(chǎn)化方案及實施效果[J]．硫酸工業(yè)，2015，3(1):31-32.

4張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊[M]．北京：中國石化出版社，2007.

5徐寶東，齊福海．化工管路設(shè)計手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

6程斌，宋飛．簡析高溫濃酸泵國產(chǎn)化方案及實施效果[J]．硫酸工業(yè)，2015，3(1):31-32

7吳濤，李坤，王遂鋒．泵的布置及管道設(shè)計[J]．廣東化工，2014，13(41): 224-230.

8張學(xué)良，張子元．泵的布置及配管[J]．科學(xué)觀察，2013，2: 62-65.

(收稿日期2015-08-23)