動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)在硫酸裝置的應(yīng)用

王 帥

（中國石油化工股份有限公司荊門分公司，湖北荊門 448004）

2004 年，中國石油化工股份有限公司荊門分公司（以下簡稱荊門石化）建成投產(chǎn)50 kt/a 硫化氫濕法制酸裝置（以下簡稱1#硫酸裝置），2008 年生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)建為65 kt/a。2019 年，荊門石化新建1套由南京工程公司設(shè)計(jì)的150 kt/a 廢酸裂解聯(lián)合硫化氫焚燒制酸裝置（以下簡稱2#硫酸裝置），該裝置采用“兩頭一尾”接觸法制酸工藝，“一頭”為廢酸裂解工序，“一頭”為硫化氫焚燒工序，“兩頭”產(chǎn)生的含SO2爐氣分別洗滌冷卻后匯入電除霧器，再經(jīng)過“3+1”二轉(zhuǎn)二吸制取硫酸。1#硫酸裝置與2#硫酸裝置的工藝特點(diǎn)大體相同，不同之處主要為2#硫酸裝置新增了廢酸裂解工藝，凈化工序采用動(dòng)力波逆噴洗滌代替1#硫酸裝置的空塔塔頂噴淋洗滌，同時(shí)增加了相對完善的稀酸處理設(shè)施。2#硫酸裝置開工后，如何保證2#硫酸裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行成為新的關(guān)注重點(diǎn)。

影響硫酸裝置長周期運(yùn)行的主要因素有設(shè)備的腐蝕、系統(tǒng)過程氣水分的控制以及干吸工序硫酸濃度的控制。根據(jù)荊門石化2 套硫酸裝置操作的經(jīng)驗(yàn)，筆者經(jīng)分析認(rèn)為，在系統(tǒng)過程氣水分控制較好和設(shè)備腐蝕率較低的情況下，動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是影響2#硫酸裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。

1 動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)

酸性氣濕法制硫酸裝置的凈化工序動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)主要包括溢流堰、逆噴管、高位槽、洗滌塔以及脫氣塔（廢酸凈化工序增加斜板沉降器）五部分。動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)各設(shè)備相輔相成，具有獨(dú)特的泡沫洗滌原理，與普通的噴淋凈化技術(shù)相比，具有耐腐蝕性強(qiáng)、泄漏少、操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠更有效地除去廢酸裂解工序所產(chǎn)生的雜質(zhì)，較好地降低后續(xù)電除霧器的運(yùn)行負(fù)荷。動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)示意見圖1。

圖1 動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)示意

高位槽的作用是在循環(huán)泵故障停機(jī)后能夠快速對逆噴管進(jìn)行降溫保護(hù)，所以高位槽必須保證高液位，其中的稀酸依靠溢流送至溢流堰。

溢流堰是保護(hù)逆噴管的設(shè)施。稀酸通過切向進(jìn)液管進(jìn)入溢流堰，并溢流至逆噴管在其內(nèi)表面形成一層保護(hù)液膜，以保護(hù)高溫下的玻璃鋼材質(zhì)逆噴管，同時(shí)避免煙氣中的顆粒煙塵在逆噴管內(nèi)壁上粘附。

逆噴管包括逆噴的直管段和彎管段。為防止煙氣在溫度驟降的過程中造成逆噴管變形，在逆噴管與洗滌塔之間增設(shè)1 臺(tái)波紋補(bǔ)償器。

脫氣塔的作用是脫除循環(huán)洗滌稀酸中溶解的SO2。在裝置運(yùn)行過程中，循環(huán)稀酸不斷吸收煙氣中的SO3和SO2，導(dǎo)致循環(huán)硫酸的濃度不斷升高，加劇玻璃鋼設(shè)備的腐蝕，故需通過脫氣塔將循環(huán)稀酸中的SO2脫出。

2 動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)對硫酸裝置運(yùn)行的影響

2.1 溢流堰與高位槽

溢流堰采用玻璃鋼內(nèi)襯石墨磚，能夠有效減少溢流堰在長期高溫和稀酸環(huán)境下工作的腐蝕情況。常用的環(huán)氧、酚醛、呋喃玻璃鋼具有良好的耐硫酸腐蝕性能，在不高于95 ℃時(shí)，均能耐w(H2SO4)50%以下硫酸的腐蝕，但使用溫度最高不超過180 ℃[1]。而石墨磚最高耐溫400 ℃，可在溢流堰與高溫管段銜接處增加鋼襯石墨磚進(jìn)行過渡，利用石墨磚的耐高溫性質(zhì)對玻璃鋼材質(zhì)進(jìn)行耐溫補(bǔ)償。

溢流堰的工藝操作是影響其運(yùn)行效果的關(guān)鍵。溢流堰是對逆噴管的保護(hù)，而高位槽則是溢流堰的保障，高位槽中稀酸溢流至溢流堰，通過溢流堰進(jìn)入逆噴管。為保證溢流堰對逆噴管的保護(hù)效果就必須保證溢流堰的溢流酸量均勻，而溢流酸量則通過高位槽稀酸溢流至溢流堰的切向進(jìn)液管來調(diào)節(jié)。如果切向進(jìn)液管進(jìn)液量不均勻，會(huì)使逆噴管內(nèi)形成的液膜不均勻，導(dǎo)致逆噴管直接暴露于高溫?zé)煔庵性斐蓳p壞。逆噴管一旦損壞，硫酸裝置凈化工序?qū)⒉荒苷＿\(yùn)行，所以穩(wěn)定高位槽至溢流堰切向進(jìn)液管的稀酸量對動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用。

由于2#硫酸裝置處理烷基化裝置廢酸，廢酸中雜質(zhì)含量較高，故廢酸裂解動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的溢流堰容易發(fā)生進(jìn)液管堵塞的問題。為避免出現(xiàn)上述情況，必須對稀酸進(jìn)行沉降處理，再將沉降出的稀酸溢流至逆噴直管段進(jìn)行循環(huán)使用；稀酸雖然通過斜板沉降槽進(jìn)行了處理，但不能有效保證稀酸沉降的效果。通過現(xiàn)場排污可以觀察出，溢流堰仍有少部分顆粒雜質(zhì)，如果溢流堰出現(xiàn)堵塞情況，那么2#硫酸裝置的廢酸系統(tǒng)就只能通過停工進(jìn)行處理。為防止溢流堰進(jìn)液管出現(xiàn)堵塞情況，可考慮在廢酸裂解的高位槽至溢流堰的進(jìn)液管管段增加過濾器，定期對過濾器進(jìn)行檢查和清理，對高位槽和溢流堰進(jìn)行排污置換，進(jìn)一步降低堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

目前2#硫酸裝置對逆噴直管段的檢查和監(jiān)控手段單一，只能通過觸摸感覺逆噴管外壁溫度的方法來判斷溢流堰的保護(hù)情況，無法做到在線準(zhǔn)確監(jiān)測和控制。在生產(chǎn)過程中，如果出現(xiàn)溢流堰溢流不均勻，會(huì)導(dǎo)致逆噴直管段內(nèi)壁液膜分布不均，進(jìn)而使逆噴直管段出現(xiàn)損壞，從而使裝置無法正常穩(wěn)定運(yùn)行，因此在逆噴直管段增加溫度監(jiān)控是很有必要的。如果增加用逆噴管外壁溫度來控制溢流堰進(jìn)液管處的壓力控制系統(tǒng)，能夠有效提高溢流堰的保護(hù)效果。

如果溢流堰出現(xiàn)了堵塞，使逆噴直管段溫度過高，那么在逆噴管的外部增加套管，采用水冷降溫，可以與溢流堰互為備用，更加利于硫酸裝置的長周期運(yùn)行。

2.2 逆噴管

1#硫酸裝置和2#硫酸裝置分別采取空塔噴淋和動(dòng)力波洗滌兩種不同的方式進(jìn)行洗滌降溫。1#硫酸裝置采用空塔噴淋，塔頂共設(shè)有12 臺(tái)螺旋噴頭，同時(shí)在塔頂氣相出口管線上設(shè)置1 臺(tái)降溫螺旋噴頭。1#硫酸裝置在生產(chǎn)運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)堵塞噴頭使塔頂氣相溫度升高，塔內(nèi)形成霧化液滴的情況，而這部分霧化的液滴中會(huì)夾帶部分雜質(zhì)隨塔內(nèi)氣相的流動(dòng)帶至后續(xù)工序，影響后續(xù)工序的正常運(yùn)行；反觀2#硫酸裝置廢酸裂解單元，廢酸在裂解爐內(nèi)產(chǎn)生的雜質(zhì)較多，若亦采取空塔噴淋容易造成塔內(nèi)噴淋堵塞，而采用動(dòng)力波洗滌則可避免這一問題，洗滌器采用大口徑逆噴頭的形式。大口徑的設(shè)計(jì)減少了噴頭被雜質(zhì)堵塞的情況，同時(shí)將使氣液兩相的接觸面積最大，可以更有效地除去過程氣中的雜質(zhì)和SO3。1#硫酸裝置的空塔噴淋洗滌與2#硫酸裝置的動(dòng)力波洗滌各項(xiàng)工藝參數(shù)的對比如表1所示。

表1 空塔噴淋洗滌與動(dòng)力波洗滌工藝參數(shù)對比

由表1 可看出：動(dòng)力波洗滌方式較空塔噴淋洗滌方式噴淋密度更大，除SO3的效果更為顯著。

在生產(chǎn)操作中，通過對2#硫酸裝置運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，在凈化工序出現(xiàn)不同程度的泄漏，其中最為嚴(yán)重的是動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)溢流堰與煙氣管道銜接處，腐蝕面積較大，造成煙氣的泄漏，不但影響系統(tǒng)的運(yùn)行，還造成了環(huán)境的污染。技術(shù)人員經(jīng)過討論認(rèn)為，造成管道腐蝕的原因主要是在裝置處理量波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)煙氣流量發(fā)生變化，造成逆噴管的噴射高度不穩(wěn)定，稀酸噴射過高，使稀酸濺射至溢流堰上部的金屬管段，造成設(shè)備腐蝕穿孔。因此必須對稀酸的逆噴高度進(jìn)行嚴(yán)格控制，并在裝置負(fù)荷波動(dòng)的過程中及時(shí)對逆噴管噴射速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果稀酸噴射過高，煙氣的阻力會(huì)變大，不利于系統(tǒng)負(fù)壓的調(diào)節(jié)，影響煙氣在轉(zhuǎn)化工序的轉(zhuǎn)化率；稀酸噴射過低時(shí)則不利于煙氣的除塵、降溫。李秋萍等[2]在動(dòng)力波濕式洗滌器的液體噴射高度及阻力損失的計(jì)算中列出了在噴嘴管徑與噴射速度一定的情況下，氣相負(fù)荷的變化對噴射高度的影響。液體的噴射高度與氣相速度的關(guān)系見表2。

表2 液體的噴射高度與氣相速度的關(guān)系

由表2 可知：在噴嘴管徑和噴射速度保持不變時(shí)，動(dòng)力波洗滌的噴射高度隨煙氣負(fù)荷的增加而降低。故在氣相負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，對逆噴管噴射壓力的調(diào)節(jié)尤為重要。

對2#硫酸裝置的逆噴壓力進(jìn)行優(yōu)化控制，指標(biāo)見表3。噴射高度約在溢流堰下部500 mm 處為最佳。

表3 2#硫酸裝置逆噴壓力控制指標(biāo)

2.3 脫氣塔

脫氣塔利用系統(tǒng)負(fù)壓抽入的空氣，與脫氣塔頂部循環(huán)的稀酸逆向接觸，不僅脫除稀酸中溶解的SO2，進(jìn)一步降低SO2的跑損，還能降低動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)中循環(huán)稀酸的濃度，防止稀酸濃度過高影響凈化工序玻璃鋼設(shè)備的運(yùn)行和稀酸處理設(shè)施堿液的消耗量。因此脫氣塔的運(yùn)行情況也是影響2#硫酸裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一。在保證系統(tǒng)負(fù)壓穩(wěn)定的情況下，開大脫氣塔空氣的入口閥門，更加有利于稀酸中SO2的脫除。

3 結(jié)語

雖然動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)在硫酸裝置凈化工序更有效地將高溫?zé)煔膺M(jìn)行了降溫、凈化，但在硫酸裝置過程氣水分控制良好和設(shè)備材質(zhì)能夠經(jīng)受考驗(yàn)的情況下，可采取以下措施保證動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)：

1）在高位槽至溢流堰的進(jìn)液管管段增加過濾器和壓力控制系統(tǒng)、在逆噴直管段增加溫度監(jiān)控，可防止溢流堰進(jìn)液管出現(xiàn)堵塞，保證進(jìn)液管進(jìn)液量均勻，提高對溢流堰的保護(hù)效果。在逆噴管外部增加套管，采用水冷降溫，與溢流堰互為備用，有利于在溢流堰出現(xiàn)堵塞時(shí)保證硫酸裝置長周期運(yùn)行。

2）對動(dòng)力波洗滌器的逆噴壓力進(jìn)行優(yōu)化控制，在裝置負(fù)荷波動(dòng)時(shí)及時(shí)對逆噴管噴射速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對稀酸的逆噴高度嚴(yán)格控制。

3）在保證系統(tǒng)負(fù)壓穩(wěn)定的情況下，開大脫氣塔空氣的入口閥門，有利于稀酸中SO2的脫除。

動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和洗滌方式，在裝置處理氣量的波動(dòng)方面遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的噴淋洗滌系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，能夠很好地滿足裝置對煙氣的凈化要求。