HRS循環(huán)酸泵軸封空氣干燥裝置改造

寧順偉，王鵬程

（威頓達(dá)州化工有限責(zé)任公司，四川達(dá)州635000）

某公司現(xiàn)有1套800 kt/a硫黃制酸裝置，采用“3+1”二轉(zhuǎn)二吸工藝，配套HRS系統(tǒng)。HRS循環(huán)酸泵（替代傳統(tǒng)工藝中的一吸泵）采用單泵運(yùn)行，在生產(chǎn)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。由于HRS塔是正壓運(yùn)行（塔內(nèi)壓力18～25 kPa)，為保護(hù)環(huán)境，避免酸性氣體泄漏至環(huán)境中，HRS循環(huán)酸泵軸采用壓縮空氣密封。因采用分子篩干燥機(jī)對(duì)壓縮空氣進(jìn)行干燥，壓縮空氣中水含量偏高，易造成泵軸腐蝕，影響裝置長(zhǎng)周期正常運(yùn)行，故對(duì)壓縮空氣的干燥方式進(jìn)行改造。

1 存在的問(wèn)題

用于HRS循環(huán)酸泵軸密封的壓縮空氣由基地集中供應(yīng)，該壓縮空氣主要用于儀表和工廠風(fēng)等，原采用分子篩干燥機(jī)進(jìn)行干燥，經(jīng)過(guò)分子篩干燥后空氣露點(diǎn)為4 ℃，w(H2O)為6.3 g/m3。干燥后的壓縮空氣能夠滿足儀表技術(shù)需要，而HRS泵軸密封處有硫酸霧，空氣中的水與循環(huán)酸槽中的硫酸霧接觸形成稀酸，會(huì)造成泵軸進(jìn)空氣部位周圍腐蝕，導(dǎo)致泵振動(dòng)增加。由于HRS泵是液下泵，泵軸長(zhǎng)達(dá)3 m，泵的振動(dòng)增加后會(huì)出現(xiàn)葉輪摩擦扣環(huán)和襯套，縮短泵軸運(yùn)行壽命，造成裝置被迫停車檢修。在泵的檢修過(guò)程中需要進(jìn)行排酸、吊泵、灌酸等操作，增大了安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，因更換酸泵需要的時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 解決方案

對(duì)現(xiàn)有的壓縮空氣干燥方式進(jìn)行改造，結(jié)合裝置的生產(chǎn)實(shí)際，從可行性、經(jīng)濟(jì)性等角度綜合考慮，選用w(H2SO4)98.5%的濃硫酸作為吸水劑，吸水后w(H2SO4)為95%，降低壓縮空氣中的水分含量，從而保護(hù)HRS循環(huán)酸泵軸不被腐蝕。

2.1 壓縮空氣干燥流程

來(lái)自基地的壓縮空氣經(jīng)過(guò)減壓后，通過(guò)進(jìn)氣閥從干燥塔底部進(jìn)入干燥塔內(nèi)，經(jīng)過(guò)環(huán)形分布管和分布板后穿過(guò)兩層磁環(huán)填料與塔內(nèi)的濃硫酸充分接觸從而被干燥，干燥后的空氣通過(guò)干燥塔頂部的出氣管送至HRS循環(huán)酸泵軸封處，流程見圖1。

圖1 壓縮空氣干燥流程

2.2 操作方法

硫酸干燥塔的操作方法如下：

1）灌酸。灌酸時(shí)先將儀表空氣的旁路閥打開，再依次關(guān)閉進(jìn)氣閥和出氣閥，儀表空氣暫時(shí)走旁路，再打開干燥塔頂部的排氣閥，關(guān)閉干燥塔下部的排酸閥，然后打開灌酸閥開始灌酸，當(dāng)液位升至規(guī)定高度時(shí)關(guān)閉灌酸閥停止灌酸，再關(guān)閉干燥塔頂部的排氣閥，灌酸完成。

2）通儀表空氣。先打開干燥塔底部的進(jìn)氣閥，再打開塔頂?shù)某鰵忾y，然后關(guān)閉儀表空氣旁路閥，儀表空氣經(jīng)干燥后送至HRS循環(huán)酸泵軸封處。

3）排酸。運(yùn)行一段時(shí)間后，由于干燥塔內(nèi)濃硫酸吸收了儀表空氣中的水分，干燥塔內(nèi)液位會(huì)上漲，當(dāng)液位上升至規(guī)定高度后，需要進(jìn)行排酸操作后再重新灌酸。排酸時(shí)先將儀表空氣切換至旁路，再打開干燥塔頂排氣閥，然后打開干燥塔底部的排酸閥將干燥塔內(nèi)的硫酸排至成品地槽，直到排盡為止。

3 干燥塔設(shè)計(jì)

3.1 干燥塔的計(jì)算

已知條件：壓縮空氣流量為4 m3/h，壓力為0.2 MPa，w(H2O)為1.749%，壓縮空氣(42 ℃、0.2 MPa)密度為2.242 kg/m3，塔常溫操作下w(H2SO4)為98.5%和95%的硫酸密度約為1.83 g/cm3，水的密度為1 g/cm3。

4 m3/h空氣的含水量為4 × 1.749% × 2.242 ×103=156.85 (g/h)。

采用內(nèi)徑為300 mm的鋼管作為干燥塔體，考慮到氣體從塔底上升的過(guò)程中會(huì)帶一定的酸進(jìn)入氣相，塔身的高度要預(yù)留一定高度便于氣液分離，防止酸帶入除霧器?？偹咴O(shè)計(jì)為1 250 mm，酸液位控制在1 000 mm。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得干燥塔中填料約占1/3，酸約占2/3，由此可得：

填料和酸的總體積V1=3.14×0.152×1=0.071 (m3)；

塔內(nèi)填料的體積V2=0.071×1/3=0.023 64 (m3)；

塔內(nèi)酸的體積V3=0.071-0.023 64=0.047 36 (m3)；

w(H2SO4)95%硫酸的質(zhì)量為0.047 36×1.83× 103=86.67 (kg)。

設(shè)w(H2SO4)98.5%的硫酸有Xkg，根據(jù)溶質(zhì)和溶液的關(guān)系有：

解得X=83.59

塔內(nèi)吸收水的總質(zhì)量為86.67-83.59=3.08 (kg)

由于4 m3空氣的水含量為156.85 g，一個(gè)吸水周期至少用時(shí)為3.08×103/156.85=19.6 (h)。

液位計(jì)安裝高度為1 100 mm，w(H2SO4)95%硫酸的最高液位為91%，w(H2SO4)98.5%硫酸的最高液位為88%。

3.2 干燥塔結(jié)構(gòu)

在現(xiàn)有成品酸地槽上方150 mm位置安裝干燥塔，儀表空氣由干燥塔底部進(jìn)入，經(jīng)干燥塔內(nèi)濃硫酸干燥后的空氣由干燥塔頂送出至HRS循環(huán)酸泵軸封處。

3.2.1 外部結(jié)構(gòu)

干燥塔用內(nèi)徑300 mm、高1 250 mm的316L不銹鋼材料制作而成。干燥塔頂部安裝DN25 mm的排氣管，底部安裝DN25 mm的排酸管，上部側(cè)面焊接1個(gè)DN25 mm的進(jìn)酸管，下部側(cè)面焊接1個(gè)DN25 mm的儀表空氣進(jìn)氣管。塔底至塔頂150 mm處安裝1根透明四氟液位管，作為排酸、灌酸的參考。干燥塔下方制作支架，并焊接固定在成品酸地槽上，管線設(shè)置根部閥、三聯(lián)件和隔離閥。

3.2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

干燥塔底部為環(huán)形分布管和第一層空氣分布板，分布管距干燥塔底部和分布板均為50 mm，分布管由3個(gè)支座固定在塔底板上。分布管和分布板上分別均勻開有若干小孔，其作用是分布和擠壓破碎空氣、減少和減小氣泡，以便更好地干燥空氣。分布板上裝有高度為300 mm的第一層磁環(huán)填料，作用是在增加空氣停留時(shí)間的同時(shí)再次對(duì)氣泡擠壓破碎，并且使酸均勻分布，進(jìn)而與空氣充分接觸。在第一層填料上方100 mm處設(shè)置第二層分布板，此分布板上方同樣裝填300 mm高度的磁環(huán)填料，其作用與第一層填料相同。在此填料上方200 mm處設(shè)置第三層分布板，在此分布板上方鋪設(shè)直徑為300 mm、厚度為50 mm不銹鋼絲網(wǎng)，支撐上部厚度為50 mm的除霧纖維，作用是捕捉酸霧，防止干燥空氣攜帶酸霧，其上方同樣鋪設(shè)直徑為300 mm、厚度為50 mm不銹鋼絲網(wǎng)，用以固定除霧纖維，防止空氣將除霧纖維吹翻。干燥塔結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 干燥塔結(jié)構(gòu)

4 改造后運(yùn)行效果

改造后，HRS循環(huán)酸泵運(yùn)行正常，泵軸的腐蝕明顯減少。在軸封空氣與泵軸接觸的周圍未出現(xiàn)明顯腐蝕，延長(zhǎng)了泵的使用周期。在干燥塔的操作過(guò)程中，由于后期加強(qiáng)了對(duì)儀表空氣水含量的控制，延長(zhǎng)了干燥塔的換酸操作周期，換酸約一周一次。

5 結(jié)語(yǔ)

采用在干燥塔內(nèi)用濃硫酸對(duì)壓縮空氣進(jìn)行干燥的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，工程量較小，投資成本低，且運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)小。HRS循環(huán)酸泵改造后投入運(yùn)行以來(lái)，軸封處未發(fā)生被腐蝕現(xiàn)象，運(yùn)行效果良好，為裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。