硫黄制酸蒸汽管道吹扫工艺参数确定与操作实践

申 晨

(中国化学工程第十一建设有限公司，河南 开封 475000)

一个60万t/a的硫酸工厂采用“3+2”的二比二吹扫工艺，其中副产物是过热蒸汽。高温过热器出口的蒸汽参数为3.82 MPa和450 ℃，蒸汽轮机入口的主要蒸汽参数为3.43 MPa和435 ℃。因此在系统运行后，高速气流将污垢运送出去启动并击中涡轮叶片，会导致涡轮机过度振动并降低涡轮机效率，甚至侵蚀或损坏涡轮机叶片，造成严重的生产安全事故。如果不吹扫过热器，则灰尘会积聚在过热器的弯管中，在弯头处会导致蒸汽流量减少，蛇形管过热以及发生爆炸等严重事故。残留在过热器和蒸汽管道中的沙石残留物主要由硅酸盐组成，因此在启动系统后蒸汽温度和压力较高，过热的高压蒸汽中含有的过多的硅酸盐会严重影响蒸汽质量和蒸汽轮机的运行，降低系统运行的安全性和经济性，解决此问题很有必要。

1 余热回收系统概述

1.1 设备

废热回收系统的主要设备是省煤器5A、省煤器3B、省煤器5C、废热锅炉、低温过热器、中温过热器和高温过热器。其中，省煤器主要由夹套、集热器、热管、翅片管组成，余热锅炉为卧式单桶自然循环锅炉，主要是由蒸汽鼓、管道系统和进口组成。出口烟室以及高温过热器是一种垂直矩形箱形结构，主要由进出口头和螺旋翅片蛇形管组成，蛇形管的直管段带有散热片，便于使用和维护。

1.2 管道

从换热器鼓出口到中温过热器出口间的蒸汽管直径为DN300 mm，管材为20 G，管的总长度为80 m，弯头总数为31，直径为DN300 mm，管道材料为12Cr1MoVG，管道长度为180 m，有45个弯头。因此，总共260 m的管道必须用蒸汽吹扫，并且在90°时总共要弯曲76个弯头，而废热回收系统中不考虑过热器蛇形管长度和弯头数量。

2 吹管方式与吹管工艺参数

2.1 吹管方式选择

2.1.1一段吹管与两段吹管

根据要吹扫的管道是否分开，有两种类型的吹管，分别是一段吹管和二段吹管。一段吹管是一种将过热器、主蒸汽管线和后加热蒸汽冷段管线、后加热器等连接在一起的吹扫方法。两段吹管是指先吹扫过热器和主蒸汽管，然后再清洗过热器、主蒸汽管和后加热蒸汽冷段管，分两步完成整个吹扫过程。考虑到废热锅炉和发电厂是硫酸厂的支撑设备，且该系统相对简单，而要吹扫的管道相对较短，因此只使用吹管的一部分。

2.1.2稳压吹管与降压吹管

根据锅炉系统在吹管时压力是否稳定，将吹管分为恒压吹管和减压吹管。恒压吹管保持锅炉进、出口的能量平衡，并保持供水和蒸发的质量平衡，这使得锅炉蒸发系统的压力相对稳定。减压鼓风管在锅炉的减压过程中利用存储在锅炉中的能量，以便快速释放蒸汽脉冲以产生鼓风管。为了减少吹扫时间，加快项目进度并降低燃料、工时等成本，确保安全并快速解决意外问题，许多项目使用了白天减少压力吹扫和夜间恒定压力吹扫方法。

2.2 吹管吹扫力

蒸汽吹扫是利用管内蒸汽介质流动时的能量(亦称动能)冲刷管内锈皮杂物，能量愈大效果愈高，吹扫时影响蒸汽介质能量的因素有：吹扫时的蒸汽参数(压力、温度)；蒸汽管道的水力特征；吹扫时阀门开度的大小等。考虑到管道中的废物、灰尘、沙粒和表面氧化物沉积相对容易清除，而内部的沉积氧化物和焊渣牢固地附着在管壁上，因此需要很大的吹扫才能将其除去。为了确保在正常运行条件下没有管道壁残留物被蒸汽吹走并带入蒸汽轮机，在吹扫过程中蒸汽在流动方向上对灰尘的吹扫力至少大于或等于最大吹扫力，这样在正常操作条件和最大操作条件下，可以获得良好吹扫效果。

吹扫力F与蒸汽质量流量G的平方成正比，并且增加G是增加吹扫力的有效方法。考虑到所有蒸汽在吹扫过程中都会释放到大气中并且无法回收，因此，技术人员应根据淡化系统的容量、燃料/原料供应和成本等因素来充分确定吹扫期间的锅炉蒸发量。由热力学可知，在初始温度和热通量相同的条件下，物体的最终温度主要取决于其质量和比热容，质量和比热容越小则物体的最终温度越高，因此为了降低吹管系统的压力并提高蒸汽吹扫力，临时管应尽可能短且简单且临时管和排气管的直径应尽可能大，而蒸汽上不必要的阀门和仪表管道应拆除。这不仅可以减少压力损失和系统压力，还可以保护阀门和仪表不受损坏。

吹管蒸气温度越高则洗涤能力越大，且吹管效率越高，因此吹管蒸汽温度应尽可能接近标称值。在吹扫期间技术人员应暂时将管道绝缘，以减少管道的散热并维持蒸汽温度并避免灼伤。对于恒压吹管，锅炉蒸发量应设置为锅炉最大连续蒸发量的45%或更高，而当锅炉的最大连续蒸发量时，过热器的压降率≥1.4。在吹扫过程中，技术人员应当定期检查过热器的吹扫系数，并根据实际情况进行参数调整。

2.3 压降比的分析验证

根据系统参数在测试吹扫期间测得的各种吹扫压力，使用压降比计算公式来打开临时吹扫阀后，5 s内系统压力急剧下降。此时，压降比从极小迅速增加到大于1.5，此时吹扫蒸汽压为3.3 MPa。根据分析，在打开临时吹扫阀之前系统中的压力基本相同并且没有压降，而在临时吹扫阀的初始阶段，蒸汽开始流动且系统压差增加，这导致了压降比增加。打开临时吹扫阀后的11 s压降比增大到最大值，且最大值为2.39，吹扫压力为2.9 MPa，然后随着吹扫压力的降低，压降比逐渐减小，直到打开后的临时吹扫阀为止在94 s，此时的吹扫压力为2.2 MPa，则压降率会迅速下降。

3 吹管准备与要求

DL5190.1-2012《电能结构技术规范》规定，施工机构必须具有设计资格的机组的蒸汽吹扫临时管道和系统，并且必须根据设计要求来安装支架。在这一过程中临时管的材料应满足吹管参数的要求，排气管的内径应大于被吹扫管的内径，且布置简单易拆除。技术人员在安装临时吹扫连接管之前，必须进行全面检查，然后才能够根据正式管道施工过程进行施工。此外，临时管道需要由合格的焊工焊接，靶板前面的焊接孔采用氩弧焊进行接地处理，并最小化靶板前面的临时系统。

吹扫管道后，技术人员应当在卸下的管道中装上流量装置和控制阀芯，且吹扫系统应配备消音器，并且噪音排放必须符合环境法规。吹扫参数的确定应确保在吹扫期间蒸汽对管壁的清洁能力大于标称条件下对管壁的蒸汽清洁能力。在吹扫过程中临时控制阀应完全打开，打开时间应少于1 min，吹扫系统的吹管系数应保持>1或系统压降比>1.4。吹扫蒸汽鼓水壶时，技术人员应将压降调整为不超过42 ℃的饱和温度，在这一过程中如果压力升至0.3～0.5 MPa，技术人员需要对蒸汽管系统的所有螺钉进行热检查，并在吹扫后及时检查临时管道的安装质量。

4 吹管实施

4.1 试吹扫

使用测试吹扫液是为了使操作团队熟悉系统、设备和阀门的性能，从而能够更好地控制操作过程。在吹扫过程中，技术人员需要确定相关的蒸汽参数以确定正式吹扫过程的参数。此外，审查人员还应当审查临时管道和支架的设计、构造和安装，让蒸汽管线清洁工作组熟悉其工作并加强相互合作。此外，在吹扫过程中还应当将临时管道出口和消音器置于打开状态，以与现有结构保持足够的安全距离。如果没有足够的安全距离则应保护现有的结构和管道走廊，技术人员直接需要加强沟通、协调和警惕。在吹扫期间，禁止任何人员进入吹扫警告区域。

4.2 正式吹扫

试验吹扫完成后，技术人员将进行正式吹扫，正式吹扫需要根据时间表来执行吹管工作。设备操作组主要执行硫酸系统的操作并记录系统压力、液位、温度和其他参数。技术支持团队主要确定工艺参数、监视吹塑工艺数据并处理意外问题。施工协调小组进行管道的临时安装和检查、流量计和阀门组件的拆卸和组装、隔热、拧紧螺钉以及更换目标板。安全警告小组负责安全检查。

4.3 吹管期间的余热锅炉操作

余热锅炉是硫酸厂的核心设备之一，因此对锅炉液位的控制是运行控制的重点。在鼓风过程中锅炉系统的蒸汽流量、压力和温度变化很大，因此要特别注意锅炉液位、锅炉给水量，以及主蒸汽排放阀和临时吹扫阀的操作与配合。由于单个吹管的处理时间短，因此系统设置被延迟，这使得在测试吹扫过程中，技术人员很难控制锅炉液位，并且锅炉液位的数量往往会超过或低于最大或最小警告线。技术人员经过几次尝试和测试吹扫的设置，分析了锅炉液位的变化规律，总结了控制锅炉液位和几种阀门设置的经验，从而确保了锅炉液位保持在预定的工作范围内。在正式吹管期间，废热锅炉的液位变化会表现为锅炉液位略有下降，且100 s后，锅炉液位缓慢降至67%。

4.4 吹管完成与验收

在吹扫开始时临时吹扫阀需要保持开放。在这一过程中考虑到蒸汽的排出速度比废热锅炉的蒸汽产生速度慢，锅炉压力略有上升则液位略有下降。在释放大量蒸汽后，锅筒中的蒸汽会带走一部分水滴，从而使锅炉的液位不准确。技术人员此时不能盲目地减少锅炉给水量，而是应当在管道吹扫完成后再关闭临时吹扫阀，此时锅炉系统中的压力升高，锅炉液位迅速下降。

DL/T1269-2013《用于产生热能的设备的蒸汽吹送准则》规定，用于测试吹扫效果的目标板宽度应为临时排气管内径的8%，而板上的撞击痕迹的粒度≤0.8 mm，在吹扫超过10天及100次后，技术人员需要多次检查目标板以确定其符合规格要求，并完成整个蒸汽管吹扫流程。

5 总结与建议

硫黄制酸性废热系统投入运行之前，必须吹扫蒸汽管线，以除去管道中的各种残留物，以改善蒸汽质量，并确保废热锅炉系统的稳定和安全运行。因此技术人员在吹扫过程中，需要检查锅炉液位并在吹扫之前适当降低锅炉液位，并确保在吹扫过程中不要盲目地降低锅炉液位，一定要事先增加锅炉给水量。吹管完成后，尝试将锅炉液位保持在要求的范围内并与设备和安全巡逻队联系，以确保吹管安全，从而快速、安全地完成工作。