制酸系統(tǒng)酸冷卻器在線檢修實踐

鐘瑞晨

（江西銅業(yè)集團有限公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

江西銅業(yè)集團有限公司貴溪冶煉廠（以下簡稱貴冶）硫酸車間的濕法制酸系統(tǒng)硫酸產(chǎn)能為1 850 kt/a。硫酸車間制酸一系列自1985年12月建成并投產(chǎn)，到目前已運行超過30年，其中部分設(shè)備屬于超齡使用。貴冶使用的酸冷卻器為陽極保護型濃酸冷卻器，是一種間壁式換熱器，溫度較高的濃硫酸通過特定材質(zhì)的換熱管壁與對流的循環(huán)水進行熱量交換，從而降低高溫濃硫酸的溫度使其符合工藝控制要求；被加熱的循環(huán)水通過循環(huán)水系統(tǒng)釋放多余的熱量，冷卻后回到濃酸冷卻器的水側(cè)循環(huán)利用[1]。對于濃酸冷卻器而言，換熱管壁為其工作的核心部件，一旦發(fā)生故障損毀需要立即進行檢修，否則將嚴(yán)重影響到制酸系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。制酸一系列酸冷卻器換熱管已使用23年，常年的腐蝕已導(dǎo)致?lián)Q熱管壁變薄，酸冷卻器一旦漏酸，必須停車檢修，將嚴(yán)重影響前端轉(zhuǎn)爐的投礦量。

針對制酸一系列酸冷卻器漏酸事故頻發(fā)的情況，為減少對上游工序生產(chǎn)的影響，同時提升檢修安全性、降低勞動強度，硫酸車間對制酸一系列的酸冷卻器進行了詳細的排查，對發(fā)現(xiàn)的問題進行了分析，并提出了在線檢修改造方案，取得了良好的效果。

1 酸冷卻器存在的問題

1.1 使用年限過長導(dǎo)致?lián)Q熱管拉裂

在生產(chǎn)過程中，由于工況即時變化，進入酸冷卻器的硫酸溫度會隨系統(tǒng)負荷波動，酸冷卻器的殼體和換熱管也會隨溫度的變化熱脹冷縮，并進一步導(dǎo)致最薄弱的換熱管被拉裂。酸側(cè)的濃硫酸由此進入水側(cè)，在泄漏點附近產(chǎn)生高溫稀硫酸，并急劇腐蝕換熱管，將裂縫迅速擴大[2]。若該情況下不進行應(yīng)急處理，最終將導(dǎo)致酸冷卻器的換熱管龜裂，發(fā)生應(yīng)力形變或脫落造成工藝事故。

1.2 換熱器列管存在沙眼

由于酸冷卻器投入使用的時間已達23年，設(shè)備本身也逐漸出現(xiàn)腐蝕。酸冷卻器水側(cè)使用的循環(huán)水中含有一定量的氯，在多年的使用過程中逐漸積累在水側(cè)壁上，導(dǎo)致?lián)Q熱管的管壁發(fā)生點蝕、孔蝕而出現(xiàn)沙眼。另外，水側(cè)循環(huán)水中的懸浮物等雜質(zhì)也會導(dǎo)致?lián)Q熱管產(chǎn)生沙眼[3]。

1.3 傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝存在限制

貴冶硫酸車間采用的酸冷卻器在流體傳熱部分的設(shè)計并不一致，以制酸一系列酸冷卻器為例，其使用的流體傳熱方式為并流傳熱，實際傳熱效率不如廣泛使用的對流傳熱[4]。而對于現(xiàn)場建成的既定設(shè)備而言，大部分管道已經(jīng)固定在現(xiàn)場無法隨意更改，將并流變更為對流現(xiàn)階段無法實現(xiàn)。同時由于傳統(tǒng)工藝中單臺酸冷卻器的熱交換量較小，2臺并聯(lián)的酸冷卻器均需投入使用方可保證生產(chǎn)穩(wěn)定，對檢修工作造成了一定的困擾。

2 在線檢修方案

對于制酸系統(tǒng)而言，最理想的不影響上游工序的處理方式為不停車檢修，即在線檢修。制定的在線檢修方案如下：

1）正常生產(chǎn)情況下，制酸二系列的風(fēng)機閥門開度為22%，需要在線檢修時，將其開度提高到35%，使二系列滿負荷運行，降低一系列的煙氣處理量。

2）改變干燥塔和吸收塔之間的串酸方式，減少吸收硫酸的混合熱和稀釋熱，降低酸冷卻器的負荷。

3）一系列一吸塔有2臺酸冷卻器，在1#酸冷卻器進行檢修時增加2#酸冷卻器的冷水進口量，從而增加2#酸冷卻器的處理量，使1#酸冷卻器孤立進而實現(xiàn)在線檢修。

4）經(jīng)過現(xiàn)場考察與研究，在酸冷卻器的酸側(cè)與水側(cè)各加裝1對進出口閥門，在故障檢修時可將其中一套酸冷卻器孤立而不影響其他設(shè)備的運行。

5）對酸冷卻器部件檢修更換。針對年久失修的換熱器管件部分，采取故障部件、損壞部件直接更換的方法進行處理；對于缺少檢修條件的設(shè)備部件，如焊接固定的換熱器壁，采用焊補處理有沙眼的部分。同時，在酸冷卻器的水側(cè)恢復(fù)pH值監(jiān)測對可能的漏酸情況進行實時監(jiān)測[5]，在發(fā)現(xiàn)異常情況時及時處理，做到維修與監(jiān)管并行。

3 效果評價

自2020年3月11日至今，制酸一系列2臺酸冷卻器共計漏酸5次，均采用了創(chuàng)新的酸冷卻器在線檢修方案實施檢修。2020年12月1日2#酸冷卻器發(fā)生漏酸，在未停車的狀態(tài)下實施在線檢修，一系列吸收塔的硫酸入塔溫度在65～70 ℃波動，處于可接受范圍內(nèi)[6]。由此說明，在線檢修對吸收塔入塔硫酸溫度穩(wěn)定性的影響較小。

在酸冷卻器檢修期間，對上游工序的投礦量進行統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

表1 酸冷卻器檢修期間上游工序投礦量數(shù)據(jù)

由表1可見：實行酸冷卻器在線檢修，可顯著減少檢修期間對上游工序投礦量的影響。與酸冷卻器停車檢修相比，在檢修持續(xù)時間不變的情況下，檢修期間上游工序總投礦量可增加近400 t。銅品位按60%計，成品銅價格以69 740元/t計，每次在線檢修可提高產(chǎn)品收入約1 700萬元。

對酸冷卻器檢修期間的直接經(jīng)濟損失進行核算：

1）前三次為停車檢修，單次設(shè)備檢修費用計4 500元；因停車檢修額外使用液堿2罐，液堿以9 000元/罐計，共計1.8萬元；因檢修導(dǎo)致成品酸產(chǎn)量降低，硫酸按500元/t，硫酸產(chǎn)量按產(chǎn)能折合約211 t/h計，因停車損失的成品酸約36.9萬元。酸冷卻器停車檢修期間的經(jīng)濟損失合計39.15萬元。

2）后兩次為在線檢修，因系統(tǒng)維持生產(chǎn)沒有液堿消耗與成品酸損失，單次設(shè)備檢修費用不變，仍計4 500元，即酸冷卻器在線檢修期間的經(jīng)濟損失為0.45萬元。

由上述分析可知，酸冷卻器采用在線檢修，檢修一次硫酸車間的經(jīng)濟損失由39.15萬元減少到0.45萬元，經(jīng)濟效益得到明顯提升。

4 結(jié)語

貴冶結(jié)合生產(chǎn)實際，通過調(diào)整制酸一系列和二系列的煙氣處理負荷、改變干燥塔和吸收塔間的串酸方式、增加正常運行的酸冷卻器的冷水進口量、在酸側(cè)與水側(cè)加裝進出口閥門等措施，實現(xiàn)了酸冷卻器的在線檢修。實施酸冷卻器在線檢修，每次檢修可比傳統(tǒng)方式檢修增加產(chǎn)品收入約1 700萬元，同時減少直接經(jīng)濟損失約38.7萬元，檢修成本降低到約4 500元，經(jīng)濟效益明顯。因此，酸冷卻器的在線檢修方式對于同行業(yè)的酸冷卻器檢修具有較好的推廣應(yīng)用價值。同時，對于現(xiàn)有采用并流方式進行換熱的酸冷卻器，考慮利用后續(xù)制酸系統(tǒng)改造的機會將相關(guān)的管道閥門進行統(tǒng)一處理使其可以吻合對流換熱的模式，提高酸冷卻器的換熱效果。