陳子令， 余守明

[1.雙獅（張家港）精細(xì)化工有限公司，江蘇蘇州 215635；2.孟莫克化工成套設(shè)備（上海）有限公司，上海 201203]

近20 年以來，我國硫酸行業(yè)在硫酸裝置大型化方面取得了長足的進(jìn)步。硫酸裝置大型化的一個(gè)重要標(biāo)志就是蘇州精細(xì)化工有限公司[雙獅（張家港）精細(xì)化工有限公司的前身]在1999 年投產(chǎn)的300 kt/a 硫磺制酸裝置[1]，該制酸裝置投產(chǎn)后實(shí)現(xiàn)了長周期穩(wěn)定運(yùn)行的預(yù)期目標(biāo)，為當(dāng)時(shí)國內(nèi)硫酸裝置的持續(xù)大型化奠定了基礎(chǔ)。此后，國內(nèi)設(shè)計(jì)新建的硫磺制酸裝置的單系列生產(chǎn)能力逐步提升，從400 kt/a 到600 kt/a，并發(fā)展到目前的800 kt/a 規(guī)模。目前國內(nèi)最大的單系列制酸裝置為中原黃金冶煉廠的1 600 kt/a 冶煉煙氣制酸裝置，最大的單系列硫磺制酸裝置仍然是雙獅（張家港）精細(xì)化工有限公司（以下簡稱雙獅）一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置，這2 套裝置均采用孟莫克化工成套設(shè)備（上海）有限公司[以下簡稱孟莫克]的工藝技術(shù)。

2003 年5 月，雙獅經(jīng)過充分論證，決定引進(jìn)孟山都（孟莫克公司的前身）技術(shù)，建設(shè)1 000 kt/a 帶HRS 系統(tǒng)的硫磺制酸裝置，配套50 MW 汽輪發(fā)電機(jī)組。該制酸裝置于2005 年4 月一次開車成功[2]16。

雙獅一期制酸裝置采用當(dāng)時(shí)孟莫克公司先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)工具，目標(biāo)是建成1 套國內(nèi)技術(shù)先進(jìn)的單系列大型化硫磺制酸裝置。實(shí)際上孟莫克公司在雙獅一期之前已經(jīng)有過多套超大型制酸裝置的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，如澳大利亞Anaconda 的1 452 kt/a 帶HRS 的硫磺制酸裝置和美國猶他州的Kennecott 的1 274 kt/a 帶HRS 系統(tǒng)的冶煉煙氣制酸裝置[3]。上述2 個(gè)大型單系列制酸裝置的規(guī)模都比雙獅一期制酸裝置要大。

1 超大型制酸裝置的設(shè)計(jì)和建造難點(diǎn)

超大型制酸裝置的建設(shè)不可避免地遇到單體設(shè)備大型化的問題，必須綜合考慮投資、可靠性、能量回收、環(huán)保和長周期運(yùn)行等關(guān)鍵因素。單體設(shè)備的大型化對(duì)國內(nèi)外相關(guān)設(shè)備制造廠也提出了新的挑戰(zhàn)，有時(shí)候還必須通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來降低部分單體設(shè)備的制造難度。

1.1 液體硫磺過濾

轉(zhuǎn)化器一層的壓降上升速度對(duì)超大型制酸裝置的長周期運(yùn)行至關(guān)重要。由于液體硫磺的灰分含量直接影響到轉(zhuǎn)化器一層壓降的上升速度，因此液體硫磺的過濾效果就十分關(guān)鍵。液體硫磺灰分含量越低，對(duì)超大型制酸裝置的長周期運(yùn)行就越有利。

1.2 焚硫爐余熱鍋爐

水管鍋爐被廣泛應(yīng)用于硫鐵礦制酸裝置，在國內(nèi)制酸裝置大型化的初期很多硫磺制酸裝置也采用水管鍋爐。水管鍋爐采用強(qiáng)制循環(huán)，其結(jié)構(gòu)較火管鍋爐要復(fù)雜一些，水管鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)須特別注意避免露點(diǎn)腐蝕以及因熱脹冷縮造成的鍋爐殼體反復(fù)漏煙的問題。

雙獅原有300 kt/a 硫磺制酸裝置采用的是強(qiáng)制循環(huán)的水管鍋爐，由于水管鍋爐的蒸發(fā)量受到熱水循環(huán)泵循環(huán)量的限制，單套制酸系統(tǒng)的能力因而受到了限制[4]，因此大型硫磺制酸裝置都采用火管鍋爐。

超大型制酸裝置必然帶來單體設(shè)備的大型化，焚硫爐余熱鍋爐也不例外。對(duì)生產(chǎn)規(guī)模1 000 kt/a的硫磺制酸裝置而言，若采用傳統(tǒng)的單鍋筒設(shè)計(jì)，火管鍋爐的外徑為5 m 左右，這對(duì)鍋爐的制造和運(yùn)輸都將是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

1.3 主風(fēng)機(jī)

生產(chǎn)規(guī)模1 000 kt/a 的硫磺制酸裝置，當(dāng)轉(zhuǎn)化器進(jìn)口氣體φ(SO2)為11%時(shí)，對(duì)應(yīng)煙氣量近250 000 m3/h。美 國Kennecott 的1 274 kt/a 的帶HRS 的冶煉煙氣制酸裝置采用2 臺(tái)主風(fēng)機(jī)并聯(lián)，曾經(jīng)發(fā)生過在啟動(dòng)其中一臺(tái)主風(fēng)機(jī)時(shí)導(dǎo)致另外一臺(tái)并聯(lián)的主風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)的情況。因此，對(duì)于超大型硫磺制酸裝置，最好仍采用單臺(tái)主風(fēng)機(jī)的配置，以簡化操作，提高可靠性。

1.4 轉(zhuǎn)化器

轉(zhuǎn)化器是制酸裝置的核心設(shè)備，由于超大型制酸裝置轉(zhuǎn)化器的直徑較大，催化劑床層的高徑比進(jìn)一步下降，薄餅效應(yīng)*加劇，很容易造成轉(zhuǎn)化器各床層氣流分布不均勻的情況，從而影響相關(guān)床層催化劑的利用效率，并導(dǎo)致總轉(zhuǎn)化率不達(dá)標(biāo)。

注：*薄餅效應(yīng)是指轉(zhuǎn)化床層或干吸塔主填料層因?yàn)楦邚奖认陆?，造成轉(zhuǎn)化床層高度或干吸塔主填料高度小于干吸塔內(nèi)徑或大幅小于轉(zhuǎn)化器內(nèi)徑的情況，此時(shí)干吸塔主填料層或轉(zhuǎn)化床層氣流分布的均勻性將會(huì)相應(yīng)下降。

1.5 轉(zhuǎn)化高溫?zé)煔夤艿赖脑O(shè)計(jì)

對(duì)于超大型制酸裝置，轉(zhuǎn)化煙氣管道的直徑與壁厚之比進(jìn)一步增大，轉(zhuǎn)化煙氣管道存在薄壁容器的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)軟件不再適用，轉(zhuǎn)化煙氣管道設(shè)計(jì)難度進(jìn)一步增大。

1.6 干吸塔

基于節(jié)約投資的考量，超大型制酸裝置的干吸塔空塔氣速較高，通常在1.2 m/s 以上。由于超大型制酸裝置干吸塔的直徑可達(dá)8 m，相應(yīng)地主填料層的高徑比明顯下降，也需要克服薄餅效應(yīng)。

1.6.1 干吸塔填料支撐

干吸塔填料支撐有球拱、瓷質(zhì)條梁和合金格柵。

球拱的阻力較大并且球拱的阻力分布從塔中間軸線到塔壁逐漸遞增。對(duì)于超大型制酸裝置，干吸塔的填料支撐若采用球拱將使得塔底的氣流分布復(fù)雜化。

采用瓷質(zhì)條梁時(shí)，由于瓷質(zhì)條梁的長度限制，需要在塔底砌筑更多的支撐墻，支撐墻上留有拱門作為氣流通道。支撐墻數(shù)量過多也使得塔底的氣流分布復(fù)雜化。

合金格柵具有開孔率大、氣體阻力小、氣體分布均勻的特點(diǎn)，有利于降低填料高度。

1.6.2 干吸塔分酸器

超大型制酸裝置干吸塔主填料層呈現(xiàn)薄餅特點(diǎn)，對(duì)分酸器的分酸均勻性要求比較高。常見的一個(gè)誤區(qū)是認(rèn)為分酸器只要滿足分酸點(diǎn)密度和各點(diǎn)下酸均勻即可，但通常會(huì)出現(xiàn)靠近塔壁處的主填料層液氣比下降的問題，進(jìn)而影響到干吸塔的傳質(zhì)效率。

1.6.3 干吸酸冷卻器

2003 年國內(nèi)的陽極保護(hù)酸冷卻器已經(jīng)成熟。對(duì)于超大型裝置，采用陽極保護(hù)酸冷卻器更可靠，但須注意陽極保護(hù)酸冷卻器進(jìn)口酸溫度不能太高，過高的酸溫度不利于鈍化膜的維持。一般來講，干吸塔的循環(huán)酸量增大，出塔酸溫度將會(huì)相應(yīng)下降。因此確定干吸塔循環(huán)酸量時(shí)必須要兼顧到陽極保護(hù)管殼式酸冷卻器進(jìn)口酸溫度。

2003 年國內(nèi)陽極保護(hù)不銹鋼管道已經(jīng)成熟，但陽極保護(hù)不銹鋼管道的流速受管道內(nèi)壁鈍化膜的限制，一般控制在1.2 m/s 以內(nèi)，流速過高則陽極保護(hù)不銹鋼管道內(nèi)壁的鈍化膜難以維持。由于陽極保護(hù)不銹鋼管道流速受限，大型制酸裝置若采用陽極保護(hù)不銹鋼管道則會(huì)導(dǎo)致干吸濃酸管道直徑大幅增加。

1.7 干吸塔除霧器

國內(nèi)傳統(tǒng)硫酸裝置干吸塔操作氣速為0.8 m/s左右，吸收塔通常采用絲網(wǎng)除霧器。

如雙獅原835 t/d 硫磺制酸裝置干燥塔采用金屬絲網(wǎng)捕沫器，干燥塔主填料裝填系數(shù)為95 L/(d·t)。雙獅一期超大型制酸裝置干燥塔主填料裝填系數(shù)僅為35 L/(d·t)，干吸三塔的空塔氣速在1.36～1.64 m/s。由于超大型制酸裝置采用較高的氣速和相對(duì)低的主填料裝填系數(shù)，硫酸裝置大型化后干吸塔內(nèi)酸霧產(chǎn)生量增大，尤其是吸收塔內(nèi)亞微米酸霧產(chǎn)生量隨之增大，霧沫夾帶量明顯增加，對(duì)除霧器的性能要求進(jìn)一步提高，吸收塔須采用纖維除霧器才能有效應(yīng)對(duì)[5]。

1.8 干吸濃酸泵

增加干吸塔的循環(huán)酸量需要更大流量的酸泵。2003 年國內(nèi)能夠制造的濃酸泵最大流量為780 m3/h，世界范圍內(nèi)技術(shù)最成熟的大流量濃酸泵為Lewis 泵，最大流量在2 000 m3/h 左右。

1.9 中間吸收塔

由于95%左右的酸產(chǎn)量來自中間吸收塔，中間吸收塔的噴淋密度也最大，設(shè)計(jì)難度也最大。中間吸收塔的塔徑選定必須綜合考慮濃酸泵的最大流量和酸冷卻器入口的酸溫度。

若要降低出塔酸溫度，可以增加循環(huán)酸量。由于干吸塔設(shè)計(jì)時(shí)噴淋密度有一個(gè)限制，當(dāng)循環(huán)酸量增大時(shí)干吸塔的塔徑要相應(yīng)增加，導(dǎo)致投資增大。由于循環(huán)酸量增大，同時(shí)也增加了濃酸泵選型的難度。

2 雙獅一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

雙獅一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和工藝，充分考慮到投資、可靠性、能量回收、環(huán)保和長周期運(yùn)行等目標(biāo)。需特別指出的是，該裝置在國內(nèi)首次采用HRS 技術(shù)，把硫磺制酸裝置的熱量回收效率從傳統(tǒng)的近70%提高到93%以上。

2.1 液體硫磺過濾和中和

基于長周期運(yùn)行的考量，雙獅一期硫磺制酸裝置采用了液體硫磺兩級(jí)過濾的設(shè)計(jì)。來自熔硫的粗硫由粗硫泵打入一級(jí)葉片式過濾機(jī)進(jìn)行一級(jí)過濾，然后進(jìn)入液體硫磺中間槽，再經(jīng)中間硫磺泵送入第二級(jí)液體硫磺過濾機(jī)進(jìn)行精濾。最后精制液體硫磺進(jìn)入精硫槽或送入罐區(qū)的液體硫磺儲(chǔ)罐或主裝置的液體硫磺儲(chǔ)罐待用。第一級(jí)過濾采用3 臺(tái)國產(chǎn)過濾機(jī)并聯(lián)作業(yè)，第二級(jí)過濾采用1 臺(tái)進(jìn)口過濾機(jī)[6]33。

液體硫磺采用熟石灰[Ca(OH)2]進(jìn)行中和，其與液體硫磺中的游離酸反應(yīng)生成硫酸鈣，余熱鍋爐進(jìn)口側(cè)管板不容易堵塞，有利于制酸裝置的長周期運(yùn)行。若采用液堿中和，生成的硫酸鈉容易粘附在下游火管鍋爐的進(jìn)口側(cè)管板和換熱管內(nèi)壁，并且難以清理。采用液堿中和時(shí)還會(huì)把液堿中的水分帶入下游，造成吸收塔內(nèi)亞微米酸霧生成量增加，對(duì)纖維除霧器的性能要求進(jìn)一步提高。

2.2 空氣過濾器

在硫磺制酸裝置中，空氣過濾器是控制制酸裝置運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行周期較為方便、安全、便宜的措施。上述空氣過濾器過濾效率的提高，可以減輕下游干燥塔除霧器的負(fù)荷，延長其運(yùn)行周期，并且轉(zhuǎn)化器中催化劑（特別是一層催化劑）的使用壽命也會(huì)相應(yīng)延長，從而有利于制酸裝置的長周期運(yùn)行。該裝置采用的板框式過濾器由兩層過濾板組成，外層是粗濾，內(nèi)層為精濾。該過濾器具有除塵效率高、價(jià)格便宜、安裝方便、清潔容易等優(yōu)點(diǎn)[6]34。

2.3 主風(fēng)機(jī)

主風(fēng)機(jī)采用1 臺(tái)進(jìn)口AC 風(fēng)機(jī)，配備5 600 kW功率電機(jī)，設(shè)計(jì)風(fēng)量260 000 m3/h，采用塔后風(fēng)機(jī)配置。該風(fēng)機(jī)配備三元流葉輪，工藝氣體流經(jīng)葉輪時(shí)不容易產(chǎn)生邊界層分離和渦流，因而效率較高。

該風(fēng)機(jī)采用了強(qiáng)力潤滑的滑動(dòng)軸承，設(shè)有高位油箱，并配有振動(dòng)監(jiān)測。在每個(gè)風(fēng)機(jī)軸承和電機(jī)軸承的2 個(gè)徑向位置和2 個(gè)軸向位置均安裝有振動(dòng)監(jiān)測儀器，風(fēng)機(jī)和電機(jī)的軸承上還安裝了鎧裝溫度計(jì)，用于軸承的溫度監(jiān)測。該風(fēng)機(jī)還配備了喘振監(jiān)測儀器，同期的國產(chǎn)風(fēng)機(jī)仍采用巴氏合金軸瓦和二元流葉輪，軸瓦供油往往采用高位油箱，技術(shù)水平與進(jìn)口風(fēng)機(jī)之間存在代差。

2.4 焚硫爐

焚硫爐是硫磺制酸的關(guān)鍵設(shè)備，焚硫爐正面安裝5 支機(jī)械壓力霧化的磺槍，每根磺槍前端安裝有不銹鋼離心式噴嘴。焚硫爐外殼為碳鋼，內(nèi)襯耐火磚，內(nèi)設(shè)擋墻2 道。為防止SO3的冷凝，在設(shè)計(jì)焚硫爐時(shí)有意提高了外殼溫度。與國內(nèi)的焚硫爐相比，操作強(qiáng)度大大提高，爐內(nèi)容積僅250 m3，而同期國內(nèi)330 kt/a 的硫磺制酸裝置的焚硫爐容積需要180 m3[2]17。

2.5 余熱鍋爐

雙獅一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置焚硫爐余熱鍋爐采用當(dāng)時(shí)國外成熟的火管鍋爐。上述火管鍋爐如果采用傳統(tǒng)的單鍋筒設(shè)計(jì)則鍋爐直徑達(dá)5 m，鍋爐的制造難度和運(yùn)輸難度都會(huì)比較大。為降低超大型硫磺制酸裝置火管鍋爐的制造和運(yùn)輸難度，在設(shè)計(jì)雙獅一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置時(shí)，把火管鍋爐設(shè)計(jì)成雙鍋筒、單汽包的結(jié)構(gòu)。為提高汽輪機(jī)的效率，上述火管鍋爐蒸汽壓力為6.4 MPa。

值得注意的是，焚硫爐余熱鍋爐的高溫副線閥采用了孟莫克設(shè)計(jì)的鐘罩閥。與高溫蝶閥相比較，鐘罩閥結(jié)構(gòu)簡單，受熱部件主要為鐘罩閥板的下表面，來自余熱鍋爐出口溫度相對(duì)低的煙氣流經(jīng)閥桿和閥板的上表面，從而起到一個(gè)冷卻和保護(hù)作用，因而鐘罩閥的可靠性更好。

2.6 轉(zhuǎn)化器

轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到制酸裝置的轉(zhuǎn)化率。孟莫克為雙獅一期硫磺制酸裝置設(shè)計(jì)了1 臺(tái)全不銹鋼轉(zhuǎn)化器，該轉(zhuǎn)化器為多層積木式穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)化器底部支腿座落在帶滑板的支座上，呈輻射狀布置，以釋放轉(zhuǎn)化器受熱膨脹時(shí)的熱應(yīng)力。

為克服大直徑轉(zhuǎn)化器的薄餅效應(yīng)，孟莫克設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用了計(jì)算機(jī)流體力學(xué)模擬（CFD），并在CFD 模擬的基礎(chǔ)上對(duì)轉(zhuǎn)化器各段進(jìn)出口煙氣管道之間的夾角進(jìn)行了優(yōu)化以避免煙氣偏流。轉(zhuǎn)化器各段進(jìn)口方圓過渡管內(nèi)還安裝了強(qiáng)制分風(fēng)裝置，這樣來自管道的高速煙氣在進(jìn)入催化劑床層時(shí)流速就能夠均勻地降下來，從而有利于轉(zhuǎn)化床層的氣流分布。

為降低轉(zhuǎn)化器催化劑床層的阻力上升速度，轉(zhuǎn)化器一層和二層頂部有大顆粒催化劑覆蓋層。大顆粒催化劑覆蓋層中催化劑顆粒之間的空隙更大，具有更好的容塵能力，可以降低相應(yīng)床層的壓降上升速度，有利于制酸裝置的長周期運(yùn)行。

2.7 轉(zhuǎn)化高溫?zé)煔夤艿?/h3>

轉(zhuǎn)化高溫?zé)煔夤艿赖脑O(shè)計(jì)須充分考慮到熱膨脹， 大型制酸裝置轉(zhuǎn)化高溫?zé)煔夤艿烙捎谥睆脚c壁厚之間的比值較大，呈現(xiàn)薄壁容器的特征。國內(nèi)有很多中小型制酸裝置在轉(zhuǎn)化高溫?zé)煔夤艿涝O(shè)計(jì)時(shí)，由于采用了傳統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)軟件，在制酸裝置投產(chǎn)后，往往出現(xiàn)轉(zhuǎn)化器方圓過渡管根部或煙氣管道的泄漏，且這種泄漏難以根治。

孟莫克應(yīng)用其專有軟件對(duì)雙獅一期1 000 kt/a硫磺制酸裝置的轉(zhuǎn)化高溫?zé)煔夤艿肋M(jìn)行了應(yīng)力計(jì)算，同時(shí)適當(dāng)簡化高溫?zé)煔夤艿赖臒崤蛎浭芰?，合理配置了膨脹?jié)、拉桿和彈性支座，使得高溫?zé)煔夤艿滥軌蛟谝欢ǚ秶鷥?nèi)自由膨脹。

2.8 干吸塔

與國內(nèi)大型制酸裝置設(shè)計(jì)不同的是，雙獅一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置的干吸塔采用了較小的主填料高度以節(jié)約投資。孟莫克設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化干吸塔的塔進(jìn)氣口設(shè)計(jì)、結(jié)合ZeCor?-Z 合金格柵和Uniflo?合金分酸器的應(yīng)用，確保了干吸塔的傳質(zhì)效率。

ZeCor?-Z 合金格柵的開孔率在90%以上，由于其壓降較低并且壓降在整個(gè)塔截面上分布均勻，干吸塔底的氣流分布設(shè)計(jì)就可以適當(dāng)簡化。Uniflo?合金分酸器平均分酸點(diǎn)密度為43 個(gè)/m2，與其他同類設(shè)備廠家不同的是Uniflo?合金分酸器是按照主填料截面各處液氣比均勻設(shè)計(jì)的，做到這一點(diǎn)需要對(duì)干吸塔填料層氣流分布特點(diǎn)有著深入的了解，對(duì)硫酸工藝有著深厚的積淀才行。

超大型制酸裝置的干吸塔主填料層的高徑比較小，也需要克服薄餅效應(yīng)。與轉(zhuǎn)化器各段進(jìn)口的設(shè)計(jì)一樣，超大型制酸裝置干吸塔進(jìn)口的氣速也不宜過大。過大的進(jìn)口氣速會(huì)造成位于進(jìn)氣口對(duì)面的主填料層偏流，從而影響干吸塔的傳質(zhì)效率。

2.8.1 干燥塔

干燥塔采用鋼殼內(nèi)襯耐酸磚，干燥塔底部采用ZeCor?-Z 合金格柵，分酸器為Uniflo?合金分酸器。干燥塔頂部配置的布林克?圓筒除霧器（CK-IP型），除霧沫效率較高，有利于下游主風(fēng)機(jī)的長周期運(yùn)行；不僅如此，干燥塔出口的酸霧含量低，還可以延長轉(zhuǎn)化器一層催化劑的篩分周期。

干燥塔酸冷卻器采用當(dāng)時(shí)國內(nèi)成熟的陽極保護(hù)管殼式酸冷卻器，濃酸管道為ZeCor?-Z 管道。

2.8.2 中間吸收塔

如前所述，超大型制酸裝置中間吸收塔的設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要體現(xiàn)如何兼顧塔內(nèi)徑、循環(huán)酸量和出塔酸溫度等多個(gè)參數(shù)的優(yōu)化。若采用陽極保護(hù)管殼式酸冷卻器，則出塔酸溫度成了一個(gè)限制條件。若加大循環(huán)酸量來降低出塔酸溫度，則循環(huán)酸泵的流量又成了限制條件，出現(xiàn)顧此失彼的窘境。

雙獅一期制酸裝置應(yīng)用了帶蒸汽噴射的HRS技術(shù)以提高制酸裝置的能量回收效率。采用HRS塔代替常規(guī)的一吸塔，HRS 鍋爐代替一吸塔的酸冷卻器，HRS 塔煙氣進(jìn)口設(shè)有蒸汽噴射腔。HRS 塔為兩級(jí)塔，在第一級(jí)采用高溫、高濃度循環(huán)酸對(duì)來自轉(zhuǎn)化三段出口的煙氣進(jìn)行吸收，主要目的是產(chǎn)出低壓蒸汽；第二級(jí)采用冷的濃硫酸將來自第一級(jí)出口的剩余SO3和硫酸蒸氣吸收。HRS 塔和HRS 鍋爐管束、酸管道等都采用孟莫克的ZeCor?-310M合金。

通常情況下中間吸收塔的稀釋水是加到循環(huán)酸中，由于吸收循環(huán)酸的濃度較高，含水量較小，需要大量的循環(huán)酸量才能實(shí)現(xiàn)。此外控制中間吸收塔上塔酸濃度和出塔酸溫度也需要較大的循環(huán)酸量。采用蒸汽噴射后，部分稀釋水以蒸汽噴射的形式加入HRS 塔，因而HRS 塔一級(jí)的循環(huán)酸量可以適當(dāng)下降。在HRS 技術(shù)中，HRS 鍋爐的進(jìn)口酸溫度可達(dá)220 ℃，對(duì)HRS 塔一級(jí)出塔酸溫的限制較少。采用帶蒸汽噴射的HRS 技術(shù)后就更容易平衡中間吸收塔的內(nèi)徑、循環(huán)酸量和出塔酸溫度等多個(gè)目標(biāo)。

需要說明的是，HRS 塔內(nèi)的酸霧產(chǎn)生量要遠(yuǎn)高于常規(guī)的一吸塔內(nèi)的酸霧產(chǎn)生量，纖維除霧器的二次夾帶是一個(gè)主要的難題。雙獅一期HRS 裝置上應(yīng)用了特殊的吸收工藝以降低HRS 塔第二級(jí)的酸霧產(chǎn)生量。孟莫克還為雙獅一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置HRS 塔設(shè)計(jì)了專門的ES 型纖維除霧器，該型除霧器纖維床持酸少，同時(shí)配備防二次夾帶的設(shè)計(jì)，能夠有效控制HRS 塔出口帶酸。

2.8.3 二吸塔

與干燥塔一樣，二吸塔也是鋼殼內(nèi)襯耐酸磚結(jié)構(gòu)，采用ZeCor?-Z 合金格柵和Uniflo?合金分酸器。二吸塔除霧器采用孟莫克CS-IIP 型纖維除霧器。

二吸塔的硫酸產(chǎn)量通常情況下只占制酸裝置總硫酸產(chǎn)量的5%左右，因此不存在一吸塔那樣的出塔酸溫度限制。雙獅一期制酸裝置二吸塔酸冷卻器為陽極保護(hù)管殼式酸冷卻器，濃酸管道為ZeCor?-310M 管道。

2.9 汽輪機(jī)

汽輪機(jī)為SIEMENS 供貨，為雙進(jìn)氣的抽凝機(jī)組，可同時(shí)讓兩種不同品位的蒸汽（6.2 MPa 和0.8 MPa）進(jìn)入汽缸，在設(shè)計(jì)進(jìn)汽條件下，發(fā)電能力達(dá)50 MW。上述汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)相當(dāng)于一機(jī)兩用，節(jié)約了投資。

值得注意的是，在上述汽輪機(jī)配置條件下，來自HRS 系統(tǒng)的部分蒸汽可以進(jìn)入汽輪機(jī)參與發(fā)電。汽輪機(jī)的部分乏氣通過蒸汽噴射送入HRS 系統(tǒng)，因此HRS 鍋爐的蒸汽產(chǎn)量明顯增加。同時(shí)，低壓蒸汽進(jìn)汽口也可作為抽汽口，當(dāng)HRS 產(chǎn)汽不足時(shí)，全凝機(jī)組可轉(zhuǎn)換為抽凝機(jī)組，滿足全公司的供熱需求。

3 長周期運(yùn)行效果

雙獅一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置于2005 年4月一次性開車成功，至2007 年6 月該裝置平穩(wěn)運(yùn)行2 年多，轉(zhuǎn)化率、吸收率等各項(xiàng)工藝指標(biāo)都已經(jīng)達(dá)到或超過設(shè)計(jì)要求。令人印象深刻的是該裝置的維護(hù)工作量非常小，在第一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)總停車時(shí)間不足12 h。該裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)汽量和實(shí)際產(chǎn)汽量對(duì)比見表1，可見實(shí)際產(chǎn)汽量比設(shè)計(jì)總產(chǎn)汽量高出2.8%，其中HRS 中壓蒸汽產(chǎn)量則高出8.2%，1 t 酸對(duì)應(yīng)的蒸汽發(fā)電量達(dá)415 kWh[6]37。

表1 雙獅一期1 000 t/a硫磺制酸裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)汽量與實(shí)際產(chǎn)汽量對(duì)比

4 硫磺制酸裝置操作和設(shè)備維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

4.1 主風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)觸發(fā)聯(lián)鎖停機(jī)的處理

一期制酸裝置的主風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，曾數(shù)次出現(xiàn)因振動(dòng)值超標(biāo)并觸發(fā)聯(lián)鎖停機(jī)。實(shí)際上類似情況在國內(nèi)其他制酸裝置上也發(fā)生過，一個(gè)常見原因就是當(dāng)主風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速的提高過程中需經(jīng)過喘振區(qū)。所幸的是雙獅生產(chǎn)技術(shù)團(tuán)隊(duì)有著獨(dú)到的制酸裝置開車經(jīng)驗(yàn)，通過集思廣益設(shè)法解決了主風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)難題。

4.2 干吸塔填料的裝填

在國內(nèi)很多硫酸廠經(jīng)常出現(xiàn)干吸塔碎瓷環(huán)進(jìn)入制酸系統(tǒng)，造成襯里閥門損壞，有時(shí)候甚至造成酸冷卻器堵塞的情況，這主要是不恰當(dāng)?shù)奶盍涎b填造成的。很多新建硫酸裝置干吸塔的填料裝填采用外包，裝填料時(shí)作業(yè)人員甚至不彎腰就把填料從編織袋或容器中倒出，在施工現(xiàn)場就能夠聽到瓷填料撞擊和碎裂的聲音。作為易碎品，陶瓷填料在運(yùn)輸過程中，也必然會(huì)產(chǎn)生碎片，如果采用傾倒法的話，運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生的碎片也全部裝到了塔里。

雙獅一期制酸裝置干吸塔填料裝填時(shí)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)工廠操作人員進(jìn)塔并把瓷填料逐個(gè)手工碼放。上述做法雖然很耗時(shí)間，但效果很明顯。一期制酸裝置運(yùn)行15 年來，每次大修期間在制酸系統(tǒng)極少有發(fā)現(xiàn)碎瓷環(huán)的情況。

4.3 對(duì)轉(zhuǎn)化器容易泄漏的焊縫進(jìn)行加強(qiáng)

針對(duì)轉(zhuǎn)化器一層出口和二層進(jìn)口方圓過渡管根部焊縫容易發(fā)生泄漏的問題，在轉(zhuǎn)化器和煙氣管道安裝時(shí)，對(duì)上述位置的方圓過渡管的根部焊縫進(jìn)行了加強(qiáng)。

4.4 進(jìn)行可預(yù)見性檢修

每次大修時(shí)檢查火管鍋爐進(jìn)口處的瓷套管，都會(huì)發(fā)現(xiàn)瓷套管上有很多細(xì)小的裂紋，這應(yīng)該是鍋爐冷卻時(shí)產(chǎn)生的。如果對(duì)上述裂紋不做處理，鍋爐不出問題的可能性應(yīng)該有99%，但雙獅的生產(chǎn)技術(shù)團(tuán)隊(duì)每次都將鍋爐的瓷套管全部更換，避免那可能產(chǎn)生問題的1%。

轉(zhuǎn)化煙氣管道最容易泄漏的位置是從轉(zhuǎn)化器一段到蒸汽過熱器1B 的兩個(gè)方圓過渡管和蒸汽過熱器1B 的氣室，每次大修時(shí)不管停車前該處是不是完好的，都在內(nèi)部對(duì)所有焊縫進(jìn)行加強(qiáng)，所以上述兩個(gè)最容易泄漏的地方在開車時(shí)從來沒有漏過。

5 相關(guān)問題的發(fā)現(xiàn)和處理

雙獅一期1 000 kt/a 制酸裝置在初期的生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)了若干設(shè)備制造、安裝以及工程管理方面的問題，這些問題在孟莫克技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)的支持下均已經(jīng)得到及時(shí)的解決。

5.1 焚硫爐擋墻倒塌

雙獅一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置在運(yùn)行期間，曾經(jīng)發(fā)生焚硫爐內(nèi)擋墻倒塌的情況。分析發(fā)現(xiàn)，焚硫爐砌筑時(shí)僅采用了耐火泥并且把耐火泥當(dāng)粘結(jié)劑使用。通過在停產(chǎn)檢修期間對(duì)焚硫爐襯磚進(jìn)行重新砌筑，綜合應(yīng)用了粘結(jié)劑和耐火泥后，類似情況再未發(fā)生過。

盡管焚硫爐內(nèi)有擋墻倒塌，但是下游設(shè)備并未發(fā)生升華硫堵塞，說明孟莫克提供的機(jī)械壓力霧化磺槍的霧化效果較好。

5.2 火管鍋爐高壓給水泵可靠性差

一期制酸裝置首次投產(chǎn)后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)火管鍋爐的高壓給水泵可靠性差。分析發(fā)現(xiàn)，高壓鍋爐給水泵生產(chǎn)廠家并沒有和設(shè)計(jì)方、業(yè)主方進(jìn)行過充分的技術(shù)溝通，屬于工程管理問題，并不是生產(chǎn)廠家的制造能力問題。后來經(jīng)過充分溝通，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了維修，維修后的高壓給水泵可靠性達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5.3 轉(zhuǎn)化器一層和二層頂部溫度點(diǎn)顯示假溫度

在原設(shè)計(jì)中未充分考慮到大環(huán)催化劑的活性，轉(zhuǎn)化器一層和二層頂部測溫點(diǎn)位于大環(huán)催化劑層（TD-750）與催化劑層(XLP-220/XLP-110)的界面上。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，大環(huán)催化劑層的活性超過預(yù)期，造成轉(zhuǎn)化器一層和二層頂部溫度大于相應(yīng)床層進(jìn)口管道上的溫度。

通過將原有轉(zhuǎn)化器一層和二層頂部溫度點(diǎn)適當(dāng)上移，解決了上述床層頂部溫度點(diǎn)顯示值為假溫度的問題。

5.4 二吸塔下部人孔門腐蝕

在雙獅一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置投產(chǎn)后的首次檢修期間，發(fā)現(xiàn)二吸塔下部人孔門內(nèi)側(cè)有明顯的腐蝕。實(shí)際上干吸塔底部人孔門腐蝕在硫酸裝置上經(jīng)常出現(xiàn)，有的時(shí)候干吸塔底部人孔門對(duì)著進(jìn)氣口，下塔的噴淋酸被來自塔進(jìn)口的煙氣吹向塔壁，就會(huì)造成底部人孔門的沖刷腐蝕。

上述問題通過在檢修期間將二吸塔底部人孔門內(nèi)襯整張聚四氟乙烯（PTFE）密封板得以解決。

6 結(jié)語

雙獅一期1 000 kt/a 硫磺制酸裝置投產(chǎn)15 年以來，創(chuàng)造了我國硫酸行業(yè)長周期運(yùn)行和能量回收的記錄，圓滿地實(shí)現(xiàn)了建成1 套技術(shù)先進(jìn)的單系列超大型硫磺制酸裝置的預(yù)期目標(biāo)。上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)得益于雙獅豐富的管理經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)的精心操作和維護(hù)，充分體現(xiàn)了孟莫克與雙獅的精誠合作，同時(shí)也證明了孟莫克技術(shù)的先進(jìn)性以及其專有設(shè)備的高可靠性和優(yōu)良品質(zhì)。