戴佐峰

(青島渤化石墨設(shè)備有限公司，山東青島 266604)

圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器的工業(yè)應(yīng)用

戴佐峰

(青島渤化石墨設(shè)備有限公司，山東青島 266604)

介紹了圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器的結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)應(yīng)用和技術(shù)特點(diǎn)。詳述SLXQ型圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器的技術(shù)特點(diǎn)和設(shè)備優(yōu)點(diǎn)以及酸稀釋冷卻工藝流程、運(yùn)行及注意事項(xiàng)。分析了冷卻器運(yùn)行異常的原因并提出相應(yīng)的處理措施。

硫酸 石墨 稀釋 冷卻器 工業(yè)應(yīng)用

石墨硫酸稀釋冷卻器由硫酸稀釋器(亦稱(chēng)混酸器)與帶走稀釋熱的冷卻器兩部分構(gòu)成。按結(jié)構(gòu)分，有列管式石墨硫酸稀釋冷卻器、圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器和組合式石墨硫酸稀釋冷卻器3種。其稀釋器部分均由濃硫酸和稀釋劑(脫鹽水)進(jìn)口管、混合室、穩(wěn)流環(huán)、升氣管與排空管、換熱管(塊)、上封頭及其外面的冷卻夾套組成。換熱管(塊)用壓型石墨管(或浸漬石墨)制成，其他與硫酸接觸結(jié)構(gòu)部件均由耐腐蝕材料及不透性石墨制成，并作特殊強(qiáng)化處理[1]。

1 圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器最初是在YKA型圓塊孔式石墨換熱器的基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)而成，是我國(guó)石墨硫酸稀釋冷卻器特有的一種結(jié)構(gòu)。除具有YKA型圓塊孔式換熱器的特點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn)[1]：①混酸器部分設(shè)計(jì)成水夾套，用水冷代替了20世紀(jì)70年代初從英國(guó)引進(jìn)的管殼式稀釋冷卻器中混酸部分的空冷結(jié)構(gòu)，從而降低了混酸筒的溫度，延長(zhǎng)了壽命；②為便于混酸器裝拆，采用雙層彈簧結(jié)構(gòu)，拆下混酸器時(shí)，下部的冷卻段仍處于彈簧預(yù)緊狀態(tài)，不影響密封性能；③增加頂部升氣管，若稀釋酸沸騰，產(chǎn)生的含酸水蒸氣(酸霧)由升氣管引出，經(jīng)吸收處理后排放，避免設(shè)備內(nèi)因沸騰而造成超壓，引起生產(chǎn)不正常甚至設(shè)備損壞；④為盡量提高冷卻水可能到達(dá)的高度以降低石墨件溫度，將冷卻器外殼設(shè)計(jì)在頂部。

2 圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器開(kāi)發(fā)應(yīng)用

目前市場(chǎng)以圓塊孔式石墨換熱部件冷卻段為主流，混酸段(室)出現(xiàn)多種材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的新型節(jié)能設(shè)計(jì)。產(chǎn)品主要有江蘇南通的YKCH(YKch)系列、其他地區(qū)的SLXQ系列，以及在此基礎(chǔ)上研發(fā)的XYKCH新型石墨硫酸稀釋冷卻器，該設(shè)備為南通三圣公司專(zhuān)利產(chǎn)品。

在硫酸稀釋方面，圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器有如下應(yīng)用：

1)濃硫酸稀釋三通。應(yīng)用于糖廠(chǎng)酒精車(chē)間的濃硫酸稀釋?zhuān)鉀Q了濃硫酸稀釋時(shí)放出大量的熱量及其強(qiáng)腐蝕性問(wèn)題。4年多的生產(chǎn)實(shí)踐表明無(wú)明顯腐蝕跡象。這避免了以前使用塑料三通或鑄鐵三通而造成的壽命短、易泄漏、影響環(huán)境衛(wèi)生等缺點(diǎn)，使用安全可靠[2]。

2)料漿法生產(chǎn)磷酸銨工藝中，將石墨硫酸稀釋冷卻器應(yīng)用于磷酸酸解槽外部冷卻稀硫酸，從而降低磷酸料漿溫度[3]。

3)在干法過(guò)磷酸鈣生產(chǎn)工藝中，利用石墨冷卻器移走硫酸與水混合產(chǎn)生的稀釋熱。

4)氨酸法工藝生產(chǎn)復(fù)混(合)肥時(shí)，需要大量w(H2SO4)60%的稀硫酸，采用石墨冷卻器連續(xù)將濃硫酸稀釋?zhuān)に囍笜?biāo)及節(jié)能降耗效果均達(dá)到要求，滿(mǎn)足了氨酸法復(fù)混(合)肥生產(chǎn)對(duì)稀硫酸的需要[4]。

5)針對(duì)氨酸法復(fù)合肥生產(chǎn)中濃硫酸稀釋過(guò)程中的熱量損失，研制開(kāi)發(fā)硫酸稀釋器，直接將系統(tǒng)的尾吸水與濃硫酸在硫酸稀釋器內(nèi)完成稀釋?zhuān)⑾♂尯玫牧蛩嶂苯铀腿朐炝C(jī)內(nèi)的料床上完成氨酸反應(yīng)，從而防止硫酸稀釋過(guò)程中可能產(chǎn)生的熱量損失，減少系統(tǒng)電耗和用工量，符合清潔生產(chǎn)要求[5]。稀釋器由管子、管件、閥門(mén)、流量計(jì)、酸水混合器和布酸管組成，不包括任何動(dòng)力設(shè)備，使用時(shí)只需將濃硫酸和系統(tǒng)的尾吸水直接通入，在硫酸稀釋器內(nèi)完成稀釋并將稀釋好的高溫稀硫酸送入造粒機(jī)料床完成氨酸反應(yīng)，即可達(dá)到利用稀釋熱的效果。

3 YKCH(或SLXQ)型冷卻器技術(shù)特點(diǎn)

該系列冷卻器主要由石墨封頭、石墨換熱塊、石墨混酸器和鋼制外殼組成。上部為濃硫酸與軟水混合、稀釋與分配；中、下部分為冷卻段，與圓塊孔式石墨冷卻器相同。該設(shè)備可將w(H2SO4)98%濃硫酸稀釋到w(H2SO4)50%～60%，并在同一臺(tái)設(shè)備中冷卻到所需溫度。亦可根據(jù)用戶(hù)需求稀釋至更低濃度，或進(jìn)行全自動(dòng)控制設(shè)計(jì)或單元裝置供應(yīng)。

1)技術(shù)特性。設(shè)計(jì)溫度為-20～165 ℃(特殊設(shè)計(jì)最高可達(dá)240 ℃)。設(shè)計(jì)壓力縱向時(shí)小于或等于0.1 MPa(特殊設(shè)計(jì)時(shí)小于或等于0.4 MPa)；橫向時(shí)小于或等于0.6 MPa。換熱面積為5～500 m2。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2370—2005《石墨制化工設(shè)備技術(shù)條件》。

2)設(shè)備優(yōu)點(diǎn)。設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)有：①所有密封都容易檢查；②傳熱效率高，設(shè)備耐腐蝕；③使用壽命長(zhǎng)；④價(jià)格便宜。

4 圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器開(kāi)發(fā)改進(jìn)

1)山東山大華特公司發(fā)明的濃硫酸連續(xù)自動(dòng)稀釋裝置，包括控制器、依次連接的濃硫酸與水計(jì)量進(jìn)料裝置、濃硫酸與水混合裝置、冷卻降溫裝置、硫酸濃度檢測(cè)裝置和稀硫酸罐。該裝置中的濃硫酸和水分別通過(guò)計(jì)量泵按比例進(jìn)入球形鋼襯氟濃硫酸與水混合裝置中，在濃硫酸與水混合裝置內(nèi)混合稀釋?；旌舷♂尯蟮南×蛩嵬ㄟ^(guò)螺旋形硫酸管道換熱，吸收消除酸霧后，進(jìn)入硫酸濃度檢測(cè)裝置，合格后再進(jìn)入稀硫酸罐。

2)南通三圣公司開(kāi)發(fā)的新型石墨冷卻器解決了濃硫酸稀釋冷卻問(wèn)題，下端石墨冷卻主體由石墨換熱塊組成，石墨冷卻主體上端設(shè)置石墨溢流塊、石墨上封頭，集液槽及聚四氟乙烯內(nèi)膽圍成的混合稀釋室、聚四氟乙烯分布板等部件，濃硫酸與稀釋水混合稀釋后進(jìn)行引流再均勻分布，使換熱塊孔道內(nèi)都有液體，可冷卻均勻。

3)南通山劍公司開(kāi)發(fā)的分段混合的組合式混合(稀釋)冷卻器，可以在一臺(tái)設(shè)備內(nèi)按設(shè)計(jì)自行分段完成硫酸稀釋與冷卻[6]。

4)青島渤化石墨設(shè)備公司等石墨設(shè)備制造廠(chǎng)家對(duì)石墨部件高溫炭化、選用細(xì)顆粒徑為0～0.8 mm的化工專(zhuān)用石墨，在殼體分段冷卻、強(qiáng)化稀酸液換熱效果方面進(jìn)行創(chuàng)新，并采用多種安裝形式。

5 硫酸稀釋冷卻工藝流程

采用SLXQ型圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器的硫酸稀釋冷卻工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 硫酸稀釋冷卻工藝流程

來(lái)自w(H2SO4)98%硫酸儲(chǔ)槽濃硫酸經(jīng)上料泵或液下泵加壓后，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)或氣動(dòng)閥門(mén)和電磁流量計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入濃硫酸高位罐，再進(jìn)入石墨硫酸稀釋冷卻器頂部的濃酸進(jìn)口管，與來(lái)自工藝水高位罐的稀釋水(或酸霧吸收后的稀酸液)進(jìn)入石墨硫酸稀釋冷卻器上部的混合室，在混合室內(nèi)充分混合后，經(jīng)二次分配進(jìn)入下部換熱冷卻段，與殼程的冷媒進(jìn)行熱交換。

根據(jù)稀硫酸出口溫度可選擇冷卻水類(lèi)型，可以是常溫循環(huán)水、地下水、0～10 ℃冷凍水、-30～0 ℃冷凍鹽水，滿(mǎn)足石墨硫酸稀釋冷卻器底部出酸的溫度要求后，稀硫酸進(jìn)入稀硫酸儲(chǔ)槽。產(chǎn)生的高溫酸氣由酸霧吸收塔吸收。稀硫酸儲(chǔ)槽上設(shè)有檢測(cè)濃度的裝置，槽外配置稀硫酸冷卻器、循環(huán)泵，稀硫酸冷卻器殼程通過(guò)冷媒冷卻，保證成品稀硫酸工藝參數(shù)滿(mǎn)足要求。

6 運(yùn)行及注意事項(xiàng)

先運(yùn)行硫酸稀釋器水冷卻系統(tǒng)，待正常后啟動(dòng)水冷卻塔風(fēng)機(jī)。啟動(dòng)稀釋用工藝水泵使工藝水高位罐達(dá)到設(shè)定液位，向石墨硫酸稀釋冷卻器通入稀釋水后，緩慢打開(kāi)稀釋器濃硫酸進(jìn)口閥，采用PID控制器將濃硫酸流量控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。注意檢查濃硫酸稀釋過(guò)程中的酸霧狀況，若酸霧量較大，可適當(dāng)減少濃硫酸和稀釋水用量，但配比不變。取樣分析罐內(nèi)稀硫酸濃度，以便及時(shí)調(diào)整酸水配比，若未達(dá)到指標(biāo)，需計(jì)算加酸或加水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并用泵循環(huán)30 min，直至合格。運(yùn)行稀硫酸泵時(shí)，為排盡泵內(nèi)氣體，應(yīng)先微開(kāi)泵出口循環(huán)閥。若稀硫酸罐內(nèi)濃度低于指標(biāo)，可開(kāi)上料泵或液下泵增加適量濃硫酸；若高于指標(biāo)時(shí)，加入稀釋水后啟動(dòng)稀硫酸循環(huán)泵，將罐內(nèi)稀硫酸混合均勻直至合格。

首先應(yīng)注意：①?lài)?yán)格執(zhí)行各項(xiàng)工藝指標(biāo)，嚴(yán)禁超溫、超液位；②正常生產(chǎn)時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)時(shí)要緩慢、小幅度，嚴(yán)禁大開(kāi)大關(guān)，以免造成系統(tǒng)混亂；③操作過(guò)程中切勿使硫酸與人體接觸；④稀釋硫酸時(shí)，做到先加水后加酸，以免發(fā)生局部高溫和爆沸；⑤防止將濃硫酸儲(chǔ)罐中的酸泥抽入工藝系統(tǒng)。

此外還要注意：①針對(duì)硫酸稀釋工序涉及泵房、管線(xiàn)、設(shè)備的易發(fā)事故現(xiàn)場(chǎng)及對(duì)混凝土基礎(chǔ)、鋼板框架等的高腐蝕性，需做相應(yīng)的安全防護(hù)措施及地面防腐處理；②保證石墨硫酸稀釋冷卻器設(shè)備安裝的水平度，防止下部冷卻段的二次分布裝置分布不均，導(dǎo)致石墨硫酸稀釋冷卻器內(nèi)稀酸偏流，影響換熱效果；③滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)管線(xiàn)的耐硫酸腐蝕，特別是冬季管線(xiàn)的防凍、PP、FRP等管路的保溫。

7 不正?，F(xiàn)象及處理措施

運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題及處理措施見(jiàn)表1。

表1 運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題及處理措施

8 結(jié)語(yǔ)

硫酸應(yīng)用范圍廣，許多工藝可通過(guò)硫酸稀釋方法并進(jìn)行工藝生產(chǎn)。圓塊孔式石墨硫酸稀釋冷卻器的推廣使用對(duì)此有較好的借鑒作用。

[1] 李士賢，姚建，林定浩.石墨 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991：252.

[2] 陳用武.濃酸稀釋三通[J].甘蔗糖業(yè)，1991(3)：62.

[3] 劉明箴.采用石墨硫酸稀釋冷卻器降低磷酸溫度[J].磷肥與復(fù)肥，1999， 14(6)：30

[4] 韋豪.石墨冷卻器替代搪玻璃反應(yīng)釜配制稀硫酸[J].磷肥與復(fù)肥，2012， 27(3)：57-58.

[5] 徐宗偉，周金花，方小民.濃硫酸稀釋器在復(fù)合肥生產(chǎn)中的節(jié)能作用[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2014(1)：24-26.

[6] 姚松年.石墨硫酸稀釋冷卻器的應(yīng)用與改進(jìn)[J].全面腐蝕控制，2016， 30(8)：86.

Industrial operation of cob bore type graphite sulphuric acid diluents cooler

DAIZuofeng

(Qingdao Bohua Graphite Equipment Co., Ltd., Qingdao，Shangdong，266604，China)

Structure, development operation and technical characters of cob bore type graphite sulphuric acid diluents cooler are introduced. Technical characters and sulphuric acid dilution flow,operation and notes of SLXQ model of cob bore type graphite sulphuric acid diluents cooler are described. Reasons of abnormal operation of cooler are analyzed and relevant disposal measures are proposed.

sulphuric acid；graphite；dilution；cooler；industrial operation

2017-01-15。

戴佐峰，男，青島渤化石墨設(shè)備有限公司工程師，主要從事石墨制化工設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造與開(kāi)發(fā)工作。電話(huà)：13853233940；E-mail：1928192414@qq.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)04-0027-03