浅谈WSA硫回收工艺中硫酸输送泵的选型设计

2016-03-04袁建军陈立著孙轶琼航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司兰州730050

化工设计 2016年1期

关键词：输送泵配管冷凝器

袁建军　陈立著　孙轶琼　航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司　兰州　730050

袁建军*陈立著孙轶琼航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司兰州730050

摘要介绍WSA硫回收工艺中硫酸输送泵的选型设计、布置设计、管道设计方法；提出WSA硫回收工艺中硫酸输送泵配管设计需要注意的问题；总结WSA硫回收工艺中硫酸输送泵的配管设计经验。

关键词硫回收硫酸输送泵配管

*袁建军：助理工程师。2014年毕业于中国石油大学(华东)化学工程与技术专业，现从事煤化工工艺设计工作。

联系电话：15002536433，E-mail：yjj19890111@sina.cn。

WSA(WetgasSulphuricAcid即湿法硫酸技术)硫回收工艺由丹麦托普索公司于20世纪70年代开发成功并实现工业化，可应用于炼油化工厂、煤焦化及煤气厂、冶炼厂、电厂及矿山的含硫尾气和烟气处理，原料气中的硫化物一般是H2S。该工艺的主要技术特点：流程简单，结构紧凑，操作弹性大，燃料消耗少，副产蒸汽效率高，硫回收率高达 99%以上，可直接生产浓度 93%以上的浓硫酸，不需吸收剂和化学助剂，不产生废水[1,2]。然而此工艺过程中的浓硫酸具有强氧化性，其腐蚀行为相当复杂和极为苛刻，特别是当工艺条件发生变化时产生的中等浓度硫酸腐蚀性更强，因而对此工艺中的硫酸输送泵的设计也提出了更高的要求[3]。硫酸输送泵是硫回收环节中重要的设备之一，其设计的合理性、经济性及设备密封性对化工安全生产具有重要意义。

本文结合某工程设计实例，对WSA硫回收工艺中的硫酸输送泵的选型、布置、管道设计进行探讨，提出WSA硫回收工艺中的硫酸输送泵设计需要注意的问题，总结硫酸输送泵设计的配管设计经验，为今后类似的WSA硫回收工艺中硫酸输送泵的设计提供一定的参考。

1WSA硫回收工艺

WSA工艺是丹麦托普索公司的专利，一种把各种含硫化合物回收成为商品级浓硫酸的工艺。其单套最大处理气量为1000000m3/h，单套最大产酸能力为1200t/d。WSA硫回收工艺流程见图1。

图1　WSA硫回收工艺流程

该工艺分为氧化、热回收、转化、水合冷凝四个部分。SO2的氧化和后续冷却工段都在一个组合式反应器中进行，该组合式反应器一般为3床3换热结构，工艺气依次通过催化剂床层和段间换热器，SO2湿法催化氧化转化为SO3气体，每个阶段都使用托普索公司的VK催化剂，其反应方程式：

SO2+1/2O2→SO3+24kcal/mol

在水合冷凝工段中，进WSA冷凝器之前的过程气在工艺气体冷却器中冷却至285℃。在工艺气体冷却器中，部分的SO3已经与水化合成硫酸蒸汽，剩余的SO3在冷凝器中水合，在WSA冷凝器中过程气被环境空气进一步冷却。在冷却过程中所有的SO3与水化合成硫酸，硫酸在冷凝器内的竖直玻璃管内壁凝结。在250℃的条件下，98%的硫酸汇集在冷凝器的底部。通过与冷硫酸换热，硫酸被冷却到70℃，之后经过板式换热器被冷却到约40℃，其反应方程式：

SO3+H2O→H2SO4+25kcal/mol

WSA冷凝器是整个制酸的关键设备之一，它是一个降膜式冷凝器，见图2。

图2　WSA冷凝器

由多组并联的玻璃管组成，玻璃管配有螺旋线和除雾器。工艺气体中所含的H2SO4在管程向上流动，由空气冷凝后的硫酸沿玻璃管壁流到底部的酸收集罐中。在此工艺中，硫酸输送泵通常与硫酸中间贮罐、硫酸罐区相连接，其输送介质为强氧化性的浓硫酸，因而在选型设计、布置设计、配管设计等方面，比其他普通泵需要注意更多的问题。

2硫酸输送泵的选型设计

泵的设计，应确定其扬程和流量。泵的流量根据工艺流程图(PFD)进行确定，额定流量应满足最大工况下的工艺流量。泵的扬程根据伯努利方程进行计算：

扬程计算可应用Excel表格进行计算。根据预先编制的计算表格，可以得到反映出不同工况下所需的扬程，装置允许汽蚀余量Δha，估算轴功率、电机功率及泵出口管路的设计压力。在WSA硫回收工艺中，PID的设计属于常规设计，即一开一备，进出口设切断阀，进口设过滤器，出口设止回阀、就地压力表等，不需要考虑暖泵、最小流量保护线、平衡线或者出口切断阀旁通线等。但是其输送的介质为浓硫酸，具有强氧化性、粘稠性，当工艺发生意外时，还可能产生稀硫酸，这就要求泵的选型设计除了考虑扬程与流量外，还需要注意更多的问题。工艺温度通常为40℃左右，泵过流部件常需用塑料及高纯度工业陶瓷制造，要有优异的耐腐性及密封性。密封性能的好坏会直接影响安全生产。

3硫酸输送泵的布置设计

在布置方式上，主要需要考虑现场的气候条件。正常情况下，WSA硫回收工艺中的硫酸输送泵采用露天布置，对多雨地区，泵宜采用半露天布置在泵棚内；对于严寒地区或多风沙地区，泵宜采用室内泵房布置，并注意防火防爆，满足采暖通风采光等要求。

医院的成本核算与内部的分配紧密联系在一起，使医院与科室一味的追求经济效益。在成本控制和管理中，医院与科室之间虽然都能认识到成本核算的重要性，但因管理的预防措施不够严密，许多医院在成本控制方面也只是能做到事后控制。同时，我国还没有真正建立一套完整的成本核算控制和医疗服务体系，而在行业中也缺乏很多统一而又科学的方法和手段，使得各大医院均采用各自不同的核算方法和手段，得到的数据也缺乏可比性，不利于进行成本的效益分析。

WSA硫回收工艺中的硫酸输送泵通常与硫酸中间贮罐、硫酸罐区相连接，其布置必须在罐的围堰之外，自身也需要单独设置围堰，围堰高0.3m即可。内部设置排污管道，要有一定坡度，地面须是耐酸砖，污水管道需要设置阀门井，便于处理含硫酸污水。

泵的间距通常根据设备外形尺寸与检修通道要求确定，且两台泵之间的净距不宜小于 0.8m。泵端或泵侧与墙之间的净距应满足操作和检修的要求，且不宜小于 1m[4]。一开一备的泵出、入口中心线应该对齐，阀门手轮到邻近泵的最突出部分或柱子的净距最少为0.75m，电动机之间距离为 1.5～1.8m。泵间的操作通道净距不能小于 1m，泵前操作通道不要小于 1.25m。

泵的基础根据制造厂给出尺寸来确定。通常情况下按地脚螺栓中心线到基础边距离200～250mm估计[6]。设计泵的基础时，常按预留孔的方案考虑，地脚螺栓的直径与预留孔尺寸的关系可查阅相关标准。泵的基础面宜比周围地面高200mm，最小不得小于100mm，但是在此工艺中，泵通常与贮罐或罐区相连，需考虑其气蚀。在泵吸入口前安装过滤器时，泵基础高度应考虑过滤器能方便清洗和拆装，现场施工时须待泵到货后核实尺寸后才可以施工[7]。其典型布置见图3。

图3　WSA硫回收工艺中硫酸输送泵的典型布置

4硫酸输送泵的配管设计

硫酸输送泵的配管设计时应考虑以下几个方面。

(1)硫酸管线的管道材质通常采用较昂贵的衬里管，配管时管道尽量短，要考虑经济性。

(2)衬里管由于加工限制，通常最长为4m(由制造厂确定)，用法兰连接，所有的管道每次不超过4m就必须添加法兰，法兰翻边就可以达到很好的密封效果。为了避免连接处硫酸的漏出，防止发生事故，在连接处设置防护措施。

(3)所有管道元件前后都必须连接法兰，包括三通、弯头等。

(4)衬里管线，连接压力表的支管台通常采用放净环。放净环所在的直管段不能少于200mm，配管时放净环前后不加法兰，在采购衬里管时，可将放净环和衬里管在同一个厂家采购，便于管理。

(5)硫酸管线中的阀门一般采用衬里隔膜阀，泵的出口止回阀也必须是衬里止回阀。

在此工艺中的硫酸输送泵还需要注意：① 硫酸输送泵进口管线与贮罐连接的切断阀必须配在贮罐的底部管口的根部位置，为了防止贮罐的基础沉降还需要设置金属软管；② 硫酸输送泵进口管线，需要选择好合适的过滤器，导淋设置双隔膜阀；③ 硫酸输送泵出口管线，通常要输送到装运车或者远处的罐区，在其出口位置常设调节阀，配管时，最好出口调节阀另设平台，这样不仅出口管线看起来整齐、美观，还避免出现袋形，管道设计实例布置见图4。