格灵硫铁矿制酸自动技术方案和设备分析与设计

刘兴旺，邵海莉

（江苏南京格灵化工有限公司，江苏南京 210041）

格灵硫铁矿制酸自动技术方案和设备分析与设计

刘兴旺，邵海莉

（江苏南京格灵化工有限公司，江苏南京 210041）

介绍了格灵化工公司6万t/a硫铁矿制酸装置大修项目的技术改造方案，设备分析与设计方案，为提高装置的自控水平和稳定操作能力奠定了基础。

硫酸装置；自控技术；仪表

本设计为6万t/a硫酸装置大修项目，包括原料硫铁矿输送、矿渣输送和增湿、焙烧工段新建，净化工段、转化工段和干吸工段改造等；公用工程装置包括废热回收装置；辅助生产装置包括DCS控制、循环水站、脱盐水站改造的自控设计。工艺物料主要为硫精矿、高温炉气、硫酸、蒸汽以及水。

1 自控水平和主要控制方案

本设计对原硫酸装置的自控进行大修改造成集散控制系统（DCS），实现各重要参数的显示、记录、打印、累积、报警及调节。根据工艺操作的需要，焙烧工段设置一个操作室，内设远距离终端，与制酸控制室内的DCS和余热发电控制室内的DCS通过通讯接口进行互相通讯，对焙烧工段主要参数进行显示、记录、累积、报警。原料工段、循环水站、脱盐水站采用盘装仪表。在整个装置中对不重要的或不需要经常监视的工艺参数采用就地仪表指示。

电动机的控制：整个生产过程的主要动设备的停车均可在现场或DCS中完成。电机的运行状态、故障状态和联锁功能也在DCS中完成。

全厂共有过程检测点约260个，控制回路约10多个，其中复杂控制回路有氧含量与硫精砂矿加料量的串级调节一套；锅炉汽包液位三冲量调节一套。现场就地指示点约120多个。具体控制回路如下：①沸腾炉出口氧含量自动调节；②脱气塔稀酸进口流量自动调节；③泡沫冷却塔循环泵串酸流量自动调节；④脱气塔循环泵产酸流量自动调节；⑤转化器各段进口温度自动调节；⑥干燥塔进口酸浓度自动调节；⑦干燥塔酸循环槽液位自动调节；⑧吸收塔酸循环槽液位自动调节；⑨吸收塔进口酸浓度自动调节；10地下槽液位自动调节；11余热锅炉集汽联箱蒸汽温度自动调节；12锅炉汽包液位三冲量调节；13除氧器液位自动调节；14除氧器压力自动调节。

2 仪表类型的确定

盘装仪表：原料工段、循环水站、脱盐水站采用盘装表，盘装仪表选用数显表、记录仪、流量计算仪及闪光报警器等。

大型设备（如SO2鼓风机等）成套供货随机所配仪表及控制装置的主要参数均应能在DCS系统上进行显示，以保证整个装置控制系统的完整性。

3 仪表的选择

测温仪表：根据硫酸生产工艺条件的限制，沸腾焙烧炉正常生产时温度在800～950℃，所选的测量元件需要耐受高温，热电偶要带高铬铸铁套管；对于腐蚀性较强的介质，在温度低于200℃的情况下，热电阻要选用带外衬聚四氟乙烯套管；就地指示的温度选用抽芯式双金属温度计。

压力仪表：就地压力表一般为弹簧管压力表；介质是气体，压力为微压或负压的压力表选用膜片压力表；有腐蚀性介质的场合，选用隔膜式压力表，隔膜材质为哈氏合金C。用于压力集中显示的一次仪表采用智能式电容式压力或智能式差压变送器，输出信号为4～20mADC带就地显示表头。

4 主要设备的选择

6万t/a硫精砂制酸装置大修改造是南京格灵化工有限公司制酸项目的主要装置。该装置包括原料、焙烧、转化、干吸、成品等工段，以及余热回收、脱盐水站改造、循环水站、配电室、主控室等设施。该装置非标设备的设计，将在多套硫铁矿制酸装置的经验基础上，本着设备性能高，采购方便、维护便利的原则进行选型。

5 主要非标设备结构

沸腾炉为钢制立式一次扩大型圆筒形结构，沸腾床直径为Ø4 780，上部燃烧空间內径为Ø7 500，内衬保温砖和耐火砖。为了防止露点腐蚀，在钢壳外设置保温层。所用原料为硫精砂。为保证硫铁矿充分燃烧，均匀沸腾，风帽采用正方形布置，每个风帽开6-ф3.8共1 230个，分布均匀且无死角。花板采用多块分布板组合而成，下面固定在型钢上。炉子最下部的进风室使送入的空气保持恒压，便于通过埋设在耐火混凝土炉床上的风帽将空气均匀分布，使之形成稳定的沸腾层。在沸腾炉的设计中，风帽的选择较为关键。应具有耐高温，抗氧化腐蚀的能力，本设计采用了低碳高铬铸铁。为使硫铁矿和空气能充分混合并燃烧，炉内设置了二，三次风进口。出气口位于炉体侧面，与废热锅炉直连，为解决由于沸腾炉与锅炉间标高和操作温度不同而引起的水平与垂直方向膨胀推力，出气口处采用了特殊双向膨胀节。本沸腾炉在沸腾层部分安装与废锅相连的冷却盘管，以调节沸腾层温度，并进行废热回收。沸腾炉上还设置了点火孔、视镜、冷灰出口、检查门等，废渣由沸腾层后部排渣室排出。炉顶设放空口。

5.1 泡沫洗涤塔

净化工段已有的泡沫洗涤塔直径为ф2 200/ф2 500，操作气速2.3m/s，基本能满足生产需要。建议把上部的波纹填料改成高效率的鞍型填料，提高操作弹性。

5.2 转化气体换热器

通过对转化工段中的7台换热器进行核算，除了第Ⅱ气体换热器E502的面积不够外，其它的面积基本能满足生产，为了减少投资需将第Ⅲa换热器E503a和E502对换一下就能维持转化生产的热平衡。

5.3 转化器

该转化器直径为5 000mm，为五段转化形式，操作气速为0.326m（标）/s，内装催化剂52M3。考虑到转化气体的氧硫（O2∶SO2）比较低，影响系统的总转化率，因此为了保证转化率减少对环境的污染，本改造需补加触媒9.2M3。

5.4 干吸塔

本装置的干吸塔的主要结构基本上是相似的，内径均为2 600mm。塔体为立式圆筒形结构，碳钢内衬耐酸砖，设除沫器以收集气体中的酸沫。分酸装置材质为耐酸低铬铸铁槽管结构，干吸塔采用纤维除沫器。

为了减少干吸塔的气液夹带，降低空塔气速，本改造将三塔内的耐酸砖扒掉，采用2mm厚高硅不锈钢进行内衬，这样塔径增加到ф2 838，其操作气速也大大降低（干燥塔为1.35m/s、一吸塔为1.2m/s、二吸塔为1.23m/s），同时将塔内的阶梯环填料改成梅花型填料，分酸器改成槽管式，增加布酸点提高其操作弹性。干吸塔除沫器的直径需加以改造成DN2000。

5.5 SO2鼓风机

已有的SO2鼓风机的能力为500m3/min、40kPa不能满足6万t/a产量的负荷，故SO2鼓风机也需更换成流量为560m3/min的设备。同时由于系统蒸汽的产量超过1400kW发电机负荷，为了充分利用热能将该SO2鼓风机的电机驱动改为凝汽式透平来驱动，同时也降低了系统的电耗。

6 技术经济指标实现情况

6万t/a硫酸装置投产以来，有个别的指标在某一阶段未控制在设计的工艺指标范围内，经系统调试，目前工艺技术指标已基本实现。就目前的工艺水平看，6万t/a硫酸装置已具备年产61 220t的能力。主要技术经济指标实现情况见表1。

7 结束语

介绍了格灵化工公司6万t/a硫酸装置大修项目的自控技术方案、主要设备的选择、关键非标设备结构的设计，对技术改造后技术经济指标的实现情况进行了总结。

Green Pyrite Automated Technical Solutions and Equipment Analysis and Design

Liu Xing-wang，Shao Hai-li

This paper introduces the total dynamic transformation program Klaeng Chemical CoMPany 60 000 t/a pyrite acid plant overhaul project，equipment analysis and design programs to improve the level of self-control ability and stable operation of the device.

sulfuric acid plant；automation technology；instrumentation

表1 6万t/a硫酸装置技术经济指标

TQ111.16

A

1003–6490（2016）04–0103–02

2016–04–05

刘兴旺（1979—），男，河南漯河人，工程师，主要从事硫铁矿制酸生产工艺技术管理工作。