阳极保护技术在豫光金铅350 kt/a铜冶炼烟气制酸系统中的应用

钟永宏，王拥军，郑卫群

(1.南京高源环保工程有限公司，江苏 南京 210009； 2.河南豫光金铅集团有限公司，河南 济源 454650)



阳极保护技术在豫光金铅350 kt/a铜冶炼烟气制酸系统中的应用

钟永宏1，王拥军2，郑卫群2

(1.南京高源环保工程有限公司，江苏 南京 210009； 2.河南豫光金铅集团有限公司，河南 济源 454650)

介绍了阳极保护酸冷却器、阳极保护槽管式分酸器、阳极保护浓硫酸输酸管道在大型冶炼烟气制酸系统中的应用。新型阳极保护控制系统和基于3G网络的远程控制系统，实现了设备售后服务的数字化、信息化管理，服务零距离。

铜冶炼； 烟气制酸； 阳极保护； 远程控制

1 阳极保护技术在豫光的应用概况

河南豫光金铅冶炼渣处理技术改造工程，是豫光金铅股份公司含铜冶炼渣综合回收利用项目，总投资20亿元，年产10万t电解铜，35万t硫酸，硫酸系统采用两转两吸工艺。河南豫光集团共有6套冶炼烟气制酸装置，豫光金铅股份公司有3套铅冶炼和铜1套冶炼烟气制酸装置，豫光锌业有2套锌冶炼烟气制酸装置，其中豫光金铅集团的350 kt/a铜冶炼烟气制酸装置最大。1996年豫光集团首次使用阳极保护酸冷器，其传热效率高，节省占地，耐腐蚀性能好，使用寿命长，大大提高了开车率，此后企业的硫酸装置中均采用阳极保护酸冷器。2008年豫光锌业开始在制酸系统采用阳极保护槽管式分酸器、阳极保护不锈钢输酸管道，彻底解决了干吸工段泄露问题，硫酸装置的整体开车率得到提高。在积累了多年成熟使用经验的基础上，350 kt/a铜冶炼烟气制酸系统干吸工段全部采用阳极保护管壳式酸冷器、阳极保护槽管式分酸器、阳极保护不锈钢输酸管道，并且采用阳极保护远程监控系统，确保阳极保护系统长周期稳定运行。

2 阳极保护技术在350 kt/a铜冶炼烟气制酸系统的应用

2.1 阳极保护酸冷却器

由于350 kt/a铜冶炼烟气制酸装置循环酸量大，受冶炼烟气SO2浓度的变化酸温、酸浓波动较大，故酸冷器的换热面积富余量较大，以提高操作弹性。酸冷器设计时采用CFX、ANSYS、FLUENT等软件对其结构进行优化，确保换热器的参数在工作下最佳，提高设备性能。考虑到大循环酸量下换热管的震动问题，采用ASPEN设计软件对酸冷器进行震动校核，确保换热管内外循环介质流动时不产生震动。硫酸的平均流速控制在0.6 m/s以下，同时酸冷器中各部位(如进入管束、横流速度、折流板位置等)流速均在1 m/s以下，以防止硫酸对换热管冲刷腐蚀。干燥酸冷器和一吸酸冷器面积较大，采用7.5 m换热管，8根阴极在酸冷器两端对穿，电流分布更均匀，电位更稳定，对穿阴极检修时更换阴极更方便。

350 kt/a铜冶炼烟气制酸阳极保护酸冷却器的工艺参数见表1。

2.2 阳极保护槽管式分酸器

豫光金铅两套铅冶炼制酸装置干吸塔中分酸器原采用低铬铸铁管式分酸器。铸铁管式分酸器分酸点少(一般只有25点/m2)，安装复杂，重量大，法兰连接点多，寿命短。生产中分酸不匀，气体与酸接触不良，对气体的干燥、吸收效率产生不利影响，尾气SO2超标。2008年豫光锌业200 kt/a锌冶炼烟气制酸系统开始采用阳极保护槽管式分酸器。槽管式分酸器分酸点多，分酸点≥42点/m2，自由通气面积大、不堵塞、酸沫夹带少，操作弹性大。同时耐腐蚀性能好，相比耐腐蚀合金的分酸器性价比高。最初由于阳极保护槽管式分酸器在降液管的顶部下酸，硫酸必须全部漫过降液管。而降液管很难保证在同一水平面上，部分降液管在液面之上没有酸流下来，分酸不均造成偏流，虽然进行改进但仍不理想。

表1 350 kt/a铜冶炼烟气制酸系统阳极保护酸冷却器工艺参数

各生产厂家设计的阳极保护槽管式分酸器结构形式都不同，350 kt/a铜冶炼烟气制酸干吸塔的塔径为Φ6 800 mm，比较大，经过考察、分析、对比，最终决定采用两级分酸、降液管带溢流槽的分酸器。

2.2.1 结构

分酸装置的基本结构如图1所示，进酸主管与上酸管法兰连接。为安装、检修方便，分酸支管与进酸主管多采用法兰连接。分酸槽采用304L不锈钢整板一次折弯成型，降液管规格根据管内酸的流速确定，通常酸在管内的流速低于0.6 m/s，防止冲刷腐蚀，且更有利于阳极保护。350 kt/a铜冶炼烟气制酸系统采用规格为Φ25 mm×2的316L不锈钢管伸入槽体，分酸点≥40点/m2。

1-进酸主管； 2-分酸支管； 3-T形管； 4-分酸槽图1 分酸装置结构图

分酸槽上设置吊耳，利用在井字梁下的吊杆调整分酸器的水平。该设计通过T型管和降液管(如图2)顶部的特殊结构，使硫酸均匀溢流入降液管，同时避免杂质堵塞分酸管。

1-吊耳； 2-分酸槽； 3-T形管； 4-降液管图2 分酸槽结构图

2.2.2 特点

(1)分酸器采用两级分酸，分酸支管中设置节流孔板进行一级分酸，分酸槽中降液管进行二级分酸，分酸更均匀。

(2)分酸支管下部设置T型管，T型管上分布一定数量的圆孔，这种特殊结构使酸均匀平稳分流到分酸槽中，避免了酸对周边降液管的冲刷腐蚀，同时防止酸翻出分酸槽。

(3)降液管上部溢流口设计(见图2)，保证了每一个降液管中均匀满管出酸，降液管内壁得到有效保护。这种溢流口也有效地防止了杂质以及碎磁环堵塞分酸管。

(4)分酸槽和分酸支管上均布置特殊结构的阴极，整个分酸器得到有效保护，阴极线由特殊材料钢性连接，采用特殊密封结构引出塔外。

(5)在整个分酸器的几个特殊点布置参比电极，阳极保护控制电位更精确，参比电极采用耐腐蚀GY-2型合金材料，电位稳定基本没有腐蚀，参比电极线采用特殊密封结构引出塔外。

2.2.3 运行情况

槽管式分酸器2013年12月全部安装完毕，2014年2月通酸调试，三塔分酸器酸流动非常平稳，没有酸雾，液面高度基本在溢流口的四分之三位置，一个塔中6个分酸槽，槽体中液位基本水平，1 500多个降液管均满管下酸，分酸均匀。酸泵循环24 h后停止，排完酸后洗塔的碎瓷环均留在分酸槽的底部，没有碎瓷环进入降液管。阳极保护运行数据稳定正常，阴极、阴极线、参比电极、参比电极线连接可靠。这种结构的分酸器彻底解决了阳极保护槽管式分酸器分酸不均，碎瓷环堵塞降液管的问题。2014年3月投产以来，设备运行稳定，阳极保护系统数据正常，干燥率、吸收率明显提高。

2.3 阳极保护管道

阳极保护管道以优良的耐腐蚀性能和高性价比在各硫酸生产企业广泛采用，相比高硅不锈钢的输酸管道，性价比更高。特点如下：

(1)采用普通档次的奥氏体型不锈钢管道316L配以阳极保护技术，腐蚀率低且经济实用，特别适用于高温酸输送及单产规模较大的大口径硫酸管道，具有简单、耐用、美观、经济的优点。

(2)阳极保护浓硫酸管道的防腐蚀效果非常显著，保护后的管道腐蚀速率不超过0.05 mm/a，实际使用中更低，大部分在0.01～0.03 mm/a。

(3)阴极、参比电极结构牢固，性能稳定，使用寿命长。

(4)使用带阳极保护的干吸酸管道，法兰连接少，重量轻，漏酸机率低，无需大量备品备件，生产安全，同时硫酸的质量提高。

(5)硫酸生产规模越大，酸温越高，阳极保护管道的综合效果越好。

2008年豫光锌业的200 kt/a锌冶炼制酸系统开始采用阳极保护不锈钢输酸管道，一直以来运行效果良好，彻底解决了干吸工段管道泄露问题。350 kt/a铜冶炼制酸系统由于循环酸量大，三塔循环量为900 m3/h，相对管径较大，而干燥塔为负压操作，回酸的流动不平稳，同时一吸塔、二吸塔回酸管中回带SO2或SO3气体，所以将三条回酸管塔底的弯头改为三通，下塔的酸在三通底部缓冲后再回到循环槽，酸的流动更稳定，冲刷腐蚀小，阳极保护效果明显。

2.4 新型阳极保护控制系统

豫光集团原烟气制酸系统酸冷器的恒电位仪均采用模拟电路分立元件制作，电子元件多，稳定性差，抗干扰能力不高，电位采用硬件调节，由于硫酸生产现场腐蚀性气体和粉尘较多，硬件磨损失效情况时有发生。

350 kt/a铜冶炼制酸采用新型阳极保护控制系统，下位机采用最新式高可靠性大存储容量uPSD325x系列单片机，该单片机功能强大，可以大大减少外围扩展芯片，同时提高系统的可靠性和稳定性。上位机采用嵌入式工控系统，配21寸显示器，用键盘和鼠标操作，通过软件设置下位机的所有参数，并使用485通讯方式MODBUST通讯协议下传给各下位机；同时，下位机的各监控点的取样数据也通过485通讯方式实时上传到本上位机，上位机对各上传数据做相应的记录、显示和报警等处理。控制精度高、操作简单、人机界面直观简单。

2.5 基于3G的阳极保护远程实时在线监控系统

阳极保护酸冷器、分酸器、管道等设备在硫酸生产中长期稳定运行非常关键。只有阳极保护控制系统即恒电位仪长期稳定运行，才能保护设备(酸冷却器、分酸器、管道)不被腐蚀，保证设备的使用寿命。硫酸生产中工艺参数难免出现波动，而出现波动时恒电位仪显示的数据也随之变化，一线员工难以正确判断恒电位仪正常还是故障。因此首先要做好设备的基础管理工作，做好日常点巡检工作，掌握设备的运行状态，保障设备经济良好稳定运行。通过对设备进行预防性检查，查明事故原因，采取消除故障的措施，保持设备性能高度稳定，延长设备零部件的使用寿命，提高设备运行效率。同时为做好修理、维护准备和安排修理计划提供有利条件。但点巡检工作也存在一些漏洞，具体在以下几个方面：

(1)点巡检工作依赖于一线员工的主动性和责任心，具体工作难以考核。

(2)随着安全生产要求的提高，一线员工的工作负荷有所加大，忙中出错几率增大。

(3)点巡检工作要求相关人员及时发现问题并采取必要措施，防止故障放大。这需要一线员工充分掌握设备性能，具备丰富应用经验，但面对种类繁多的工艺设备，很难面面俱到。

(4)对于已造成故障的设备，企业若无法自行解决，一般需要生产厂家技术人员到现场协助解决，由于地域交通等限制，设备难以第一时间恢复运行。

豫光金铅350 kt/a铜冶炼制酸有13套阳极保护系统，对仪表工的要求很高，而基于3G网络的阳极保护远程实时在线监控系统，可远程实时无线监测现场数据。报警信息通过3G网络传送到预先设定的现场管理人员或设备生产厂家售后服务部门人员的手机及电脑上，设备厂家售后服务人员可以在第一时间得到现场报警信号，并通过监控中心查看数据，分析故障，远程操作，修复故障。充分提高了效率，降低了时间成本、人力成本，增进了与现场管理人员交流和联动，设备平稳运行得到进一步保障。图3为阳极保护远程实时在线监控系统拓扑图。

图3 阳极保护远程实时在线监控系统拓扑图

3 结束语

豫光金铅350 kt/a铜冶炼制酸系统2014年3月投运以来，酸冷器、分酸器、管道运行状况良好，均达到设计要求，阳极保护参数稳定，特别是阳极保护槽管式分酸器运行效果理想。新型阳极保护保控制系统和基于3G网络的远程监控系统，真正实现了设备厂家对用户的零距离服务，可及时根据设备运行数据发现存在的隐患并排除。阳极保护所有的运行数据均有记录可查，实现了数字化、信息化的管理，为硫酸系统长周期稳定运行提供了有力的保障。

[1] 张明涛.阳极保护管壳式酸冷器的实际应用[J].硫酸工业，2002，(3)：25-27.

Application of anodic protection technology in flue gas acid making system of 350 kt/a copper smelting in Yuguang Gold and Lead Group Co.,Ltd.

ZHONG Yong-hong,WANG Yong-jun,ZHENG Wei-qun

The application of anodic protected acid cooler,anodic protected tank-pipe type acid regulator and anodic protected acid conveying pipeline of concentrated sulphuric acid in flue gas acid making system of large-scale smelting were introduced.The digitalization of after-sales service of devices,management informatization and closer service were realized by the ways of new anodic protection control system and remote control system based on 3G network.

copper smelting; flue gas acid making; anodic protection; remote control

钟永宏(1973—)，男，南京人，大本学历，从事产品研发、企业管理工作。

2014-05-12

2014-09-16

TQ111.1

B

1672-6103(2015)01-0056-04