王 軍，王彥淳

（1.新洋豐農(nóng)業(yè)科技股份有限公司，湖北荊門 448150；2.青島科技大學(xué)，山東青島 266001）

新洋豐農(nóng)業(yè)科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱新洋豐農(nóng)業(yè)）總部硫酸廠200kt/a硫精砂制酸裝置采用稀酸洗凈化、ⅢⅠ-ⅣⅡ、“3+1”二轉(zhuǎn)二吸工藝流程。2019年6月，新洋豐農(nóng)業(yè)對(duì)該裝置大修，采用真空抽吸加回轉(zhuǎn)篩的方式對(duì)轉(zhuǎn)化器4段催化劑進(jìn)行篩分，在轉(zhuǎn)化器一段裝填20 m3進(jìn)口新鮮催化劑。經(jīng)測(cè)試，轉(zhuǎn)化器各段催化劑床層阻力壓差較大修前均有所下降，壓力降在700 Pa左右，催化劑篩分的效果很好。2019年7月裝置重新開車，總轉(zhuǎn)化率下降了0.27個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)此異?，F(xiàn)象，新洋豐農(nóng)業(yè)從優(yōu)化轉(zhuǎn)化溫度、降低進(jìn)氣SO2濃度、提高氧硫比等方面進(jìn)行了調(diào)整，然而總轉(zhuǎn)化率仍沒有提高。

由于轉(zhuǎn)化率大幅下降，造成氨法尾氣脫硫系統(tǒng)的氨耗大幅增加，大大增加了生產(chǎn)成本。尾氣脫硫系統(tǒng)產(chǎn)出的亞硫酸銨溶液增加了20%左右，致使脫硫系統(tǒng)的氧化槽處理量增大，已達(dá)到處理能力的極限。雖然排放尾氣中SO2的質(zhì)量濃度仍然低于排放限值200 mg/m3，但是煙囪排口尾氣視覺變差，硫酸裝置的產(chǎn)量也受限。如果不能及時(shí)提高總轉(zhuǎn)化率，硫酸生產(chǎn)將難以為繼。

1 轉(zhuǎn)化工序工藝流程

200kt/a硫精砂制酸轉(zhuǎn)化工序工藝流程見圖1。

圖1 200kt/a 硫精砂制酸轉(zhuǎn)化工序工藝流程

焙燒工序產(chǎn)生的φ(SO2)為12%～14%高溫含塵爐氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器—電除塵器除塵—?jiǎng)恿Σㄏ礈炱鳌盍纤姵F器凈化除霧后進(jìn)入干燥塔；干燥后的爐氣由SO2主風(fēng)機(jī)依次送入Ⅲ換熱器和Ⅰ換熱器的殼程，加熱到420 ℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段，經(jīng)催化劑催化反應(yīng)后進(jìn)入Ⅰ換熱器的管程，經(jīng)Ⅰ換熱器降溫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器二段；二段出口爐氣進(jìn)入Ⅱ換熱器管程降溫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器三段；三段出口爐氣進(jìn)入Ⅲ換熱器的管程和省煤器降溫后進(jìn)入一吸塔進(jìn)行吸收。一吸塔出口的爐氣依次經(jīng)過Ⅳb換熱器、Ⅳa換熱器和Ⅱ換熱器的殼程換熱，達(dá)到420 ℃后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段；四段出口的爐氣依次經(jīng)過Ⅳa換熱器和Ⅳb換熱器的管程后進(jìn)入二吸塔進(jìn)行吸收。二吸塔出口的尾氣進(jìn)入氨法脫硫系統(tǒng)脫硫后達(dá)標(biāo)排放。

2 總轉(zhuǎn)化率下降原因分析

經(jīng)初步判斷，考慮轉(zhuǎn)化工序換熱器發(fā)生內(nèi)漏。為了找到泄漏設(shè)備進(jìn)行維修，利用便攜式檢測(cè)儀器對(duì)轉(zhuǎn)化工序換熱器的管程、殼程氣體組分和轉(zhuǎn)化器、吸收塔進(jìn)出口管道的氣體組分進(jìn)行檢測(cè)。

2.1 換熱器的管程和殼程氣體組分檢測(cè)

Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳa和Ⅳb換熱器的管程和殼程氣體中SO2和O2體積分?jǐn)?shù)檢測(cè)結(jié)果見表1～5。

由表1～2和表4可見：Ⅰ，Ⅱ和Ⅳa換熱器均未漏氣；由表3可見：Ⅲ換熱器管程存在內(nèi)漏，且泄漏氣量占總氣量的3.5%左右；由表5可見：Ⅳb換熱器管程存在內(nèi)漏，且泄漏氣量占總氣量的3.0%左右。

表1 Ⅰ換熱器管程和殼程氣體組分

表2 Ⅱ換熱器管程和殼程氣體組分

表3 Ⅲ換熱器管程和殼程氣體組分

表4 Ⅳa換熱器管程和殼程氣體組分

表5 Ⅳa換熱器管程和殼程氣體組分

2.2 轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口管道的氣體組分檢測(cè)

對(duì)轉(zhuǎn)化器和吸收塔進(jìn)出口管道的氣體組分進(jìn)行檢測(cè)，并計(jì)算轉(zhuǎn)化率，數(shù)據(jù)見表6。

表6 轉(zhuǎn)化器和吸收塔進(jìn)出口的氣體組分和轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)

2.3 轉(zhuǎn)化工序存在的問題

通過對(duì)以上檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，造成轉(zhuǎn)化工序總轉(zhuǎn)化率下降的原因有以下3點(diǎn)：

1）Ⅲ換熱器列管泄漏，導(dǎo)致SO2主風(fēng)機(jī)出口進(jìn)入Ⅲ換熱器殼程的部分SO2氣體發(fā)生短路，這部分氣體直接進(jìn)入一吸塔，造成一吸塔出口一次轉(zhuǎn)化率下降到95.92%；泄漏氣量占總氣量的3.5%左右。

2）Ⅳb換熱器列管泄漏，導(dǎo)致一吸塔出口進(jìn)入Ⅳb換熱器殼程部分SO2的氣體發(fā)生短路，這部分氣體直接進(jìn)入二吸塔，二吸塔進(jìn)口的轉(zhuǎn)化率由99.60%降至99.41%，泄漏氣量占總氣量的3.0%左右。

3）由于一吸塔和二吸塔共用一個(gè)吸收酸循環(huán)槽，溶解于w(H2SO4)98%濃硫酸中的SO2在二吸塔內(nèi)解吸，進(jìn)入二吸塔的出口氣體中，導(dǎo)致二吸塔出口的轉(zhuǎn)化率由99.41%降至99.33%。

3 問題解決措施

3.1 換熱器泄漏列管檢修

3.1.1 換熱器泄漏列管查找方法

Ⅲ換熱器有1 206根φ57 mm×3.5 mm的滲鋁管，每根長(zhǎng)度6 145 mm；Ⅳb換熱器有1 815根φ45 mm×3.5 mm的滲鋁管，每根長(zhǎng)度8 102 mm。換熱器內(nèi)列管數(shù)量較多，因此在短時(shí)間內(nèi)停車對(duì)泄漏的列管進(jìn)行維修的難度極大。經(jīng)多方咨詢和討論研究，硫酸行業(yè)換熱器檢測(cè)漏點(diǎn)一般有以下幾種方法[1]：

1）殼程打壓法。將殼程進(jìn)出口的煙氣管道用鐵板焊接成盲板，打壓時(shí)在管程上下部感受泄漏管的氣流，從而找到泄漏管道進(jìn)行維修。該法操作簡(jiǎn)單，但焊煙氣管道盲板的工作量大、時(shí)間長(zhǎng)，并且殼程一般設(shè)計(jì)壓力為0.03 MPa，而空壓機(jī)打壓可以達(dá)到0.3 MPa以上，超壓可能達(dá)到10倍以上，如果殼程壓力控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致殼程超壓，極有可能導(dǎo)致煙氣管道盲板爆炸，發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。在實(shí)際操作中，由于換熱器列管漏點(diǎn)小的地方氣流也很小，在管程上下部感受氣流尋找泄漏管不太容易。另外，臨時(shí)停車時(shí)換熱器內(nèi)溫度高，也不能采用殼程打壓法，該法只能在大修時(shí)使用。

2）管束灌柴油法。向管束中灌入柴油，觀察列管的液位變化，液位下降的滲鋁管即發(fā)生了泄漏。然而柴油會(huì)從泄漏點(diǎn)漏到設(shè)備內(nèi)部，換熱器內(nèi)管束密集，滲漏的柴油不易清除。柴油屬于易燃物，臨時(shí)停車時(shí)設(shè)備具有較高溫度，在維修時(shí)也需要?jiǎng)踊?，設(shè)備內(nèi)殘留柴油極易著火引發(fā)安全事故，因而不宜采用管束灌柴油法。

3）更換法。一般換熱器進(jìn)口處的氣流接觸面前幾排管束最先腐蝕穿孔，因此直接將氣流迎風(fēng)面的前幾排管束全部換掉。該法雖然維修簡(jiǎn)單，但泄漏列管可能不在前幾排，因而不一定能徹底解決問題。

4）煙餅法。煙餅是一種拍戲用的發(fā)煙物品，點(diǎn)燃后會(huì)冒出大量煙霧，煙霧無毒、無異味，對(duì)人和環(huán)境基本無害，有白色、紅色、綠色等煙型可以選擇。由于硫酸生產(chǎn)一般都是產(chǎn)生白色煙霧，因此多采用白煙型煙餅發(fā)煙測(cè)漏，操作方法如下：①把需要測(cè)漏的換熱器殼程進(jìn)出口的煙氣管道用鐵板焊接成盲板防止跑煙，在殼程開孔或安裝φ100 mm以上的閥門；②為防止煙餅投入殼程中時(shí)被摔碎或熄滅而不能充分燃燒發(fā)煙，將數(shù)個(gè)煙餅用鐵絲懸掛，點(diǎn)燃后投入換熱器殼程中；③煙餅燃燒產(chǎn)生大量煙霧，會(huì)從換熱器穿孔的列管管程中冒出，技術(shù)人員在管程上部觀察，把冒白煙的管子做好記號(hào)進(jìn)行維修。該法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，工作量小；缺點(diǎn)是氣流無壓力，除非列管穿孔很嚴(yán)重，才會(huì)從管中大量冒煙，對(duì)穿孔較小的管子，白煙若有若無，不易觀察。

3.1.2 漏點(diǎn)查找及制定檢修方案

經(jīng)過綜合考慮，決定采用煙餅+管束打壓法快速找出漏氣管束并進(jìn)行維修。系統(tǒng)停車后，在換熱器殼程進(jìn)出口煙氣管道各開1個(gè)人孔，用保溫棉碼垛，將整個(gè)煙管堵死，不讓高溫?zé)煔饬鲃?dòng)，同時(shí)起到隔熱作用，為檢修創(chuàng)造好的作業(yè)條件。在換熱器管程上、下部開人孔，操作人員進(jìn)入換熱器上部管程氣室觀察。將10個(gè)左右的白煙型煙餅用鐵絲捆綁好點(diǎn)燃丟入殼程室，蓋上觀察孔。煙餅燃燒釋放出的白色煙霧往上走，在管程氣室的人員觀察冒煙的管子并做好記號(hào)，圈定泄漏區(qū)域。圈定泄漏區(qū)域后，管程上部的打壓橡皮塞安裝壓力表和閥門，采用空壓機(jī)向單個(gè)管程中打壓；管程下部的操作人員穿戴好防酸面罩和防護(hù)服配合上部打壓人員，用橡皮塞將打壓管塞住，避免漏氣。換熱器頂部操作人員用氣閥打壓到30 kPa的壓力后關(guān)閉氣閥，觀察壓力表。打壓壓力不能過大，否則管程上、下兩端的操作人員不能用橡皮塞塞住打壓管。如果壓力表穩(wěn)壓，說明管子不漏；不能穩(wěn)壓，說明管子有漏點(diǎn)，做好記號(hào)待維修。采用逐根打壓法，將圈定的泄漏區(qū)管子迅速檢查確定，泄漏的管子數(shù)量少時(shí)，采用堵頭封堵法維修。

3.1.3 維修準(zhǔn)備

1）提前搭好換熱器的作業(yè)腳手架和平臺(tái)，準(zhǔn)備好焊機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、氧氣、乙炔氣、防雨篷布、煙餅、更換的滲鋁管（若無滲鋁管，可用水管鍋爐的φ45 mm蒸發(fā)管代替）、10 t硫磺等設(shè)備及物資，做好維修人員分工。

2）由于操作人員要進(jìn)入換熱器管程氣室觀察，因此轉(zhuǎn)化系統(tǒng)需要降溫24 h，沸騰爐、鍋爐系統(tǒng)保溫。檢修預(yù)計(jì)4 d完成，其中停車1 d、檢修2 d、升溫1 d。

3）做好檢修安全措施。嚴(yán)格作業(yè)票證制度做好安全防護(hù)；為防止高處墜落事故，腳手架平臺(tái)牢固鋪設(shè)加裝護(hù)欄，人員系雙鉤安全帶；為防止?fàn)C傷，用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)降溫，降溫達(dá)標(biāo)后再作業(yè)；換熱器內(nèi)部通風(fēng)置換，氣體分析檢測(cè)合格后，操作人員戴好防毒面具、攜帶安全繩進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部作業(yè)，換熱器外安排監(jiān)護(hù)人監(jiān)護(hù)。

3.1.4 維修操作

實(shí)際操作中，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)降溫22 h，Ⅲ換熱器管間溫度降到120 ℃左右，Ⅳb換熱器管間溫度降到72 ℃，為維修創(chuàng)造了良好的工作條件。打開Ⅲ換熱器和Ⅳb換熱器人孔和塞保溫棉用時(shí)5 h，煙餅試漏用時(shí)2 h，打壓用時(shí)10 h（1套打壓工具），檢修全部完工用時(shí)23 h，從系統(tǒng)降溫到開車成功耗時(shí)62 h。Ⅲ換熱器找出漏管25根，Ⅳb換熱器找出漏管44根，泄漏的主要區(qū)域靠近迎風(fēng)面一側(cè)，其他區(qū)域泄漏較少。由于泄漏的管束不多，技術(shù)人員采用漏管兩端封堵方式維修。

3.1.5 維修效果

維修結(jié)束時(shí)，沸騰爐固定層溫度降到350～400 ℃，技術(shù)人員采用投入硫磺助燃的方法將固定層點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)順利開車。開車后總轉(zhuǎn)化率由99.33%提高到了99.60%，取得了很好的維修效果。氨法尾氣脫硫系統(tǒng)的氨耗大幅下降，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%氨水的消耗量由10 t/d下降到3 t/d，硫酸銨產(chǎn)量也大幅下降，煙囪排尾氣視覺良好。

3.2 吸收酸循環(huán)槽的改進(jìn)

為了解決溶解于w(H2SO4)98%濃硫酸中的SO2在二吸塔內(nèi)解吸，導(dǎo)致二吸塔出口轉(zhuǎn)化率降低的問題，增加1個(gè)吸收酸循環(huán)槽，使一吸塔和二吸塔各用1個(gè)酸循環(huán)槽。

正常生產(chǎn)時(shí)，一吸塔循環(huán)酸和干燥塔循環(huán)酸需要相互串酸，以維持吸收水分后的干燥循環(huán)酸的硫酸濃度。由于干燥循環(huán)酸干燥的是SO2爐氣，SO2在干燥酸中有溶解現(xiàn)象，含有SO2的干燥酸串入一吸塔循環(huán)酸中會(huì)導(dǎo)致一吸塔循環(huán)酸中SO2的含量上升。如果一吸塔和二吸塔循環(huán)酸槽分開設(shè)置，就可以降低二吸塔上塔酸中的SO2含量，從而提高轉(zhuǎn)化率。

4 檢修和生產(chǎn)管理中存在問題

1）此次需要同時(shí)維修Ⅲ換熱器和Ⅳb換熱器，由于打壓設(shè)備只準(zhǔn)備了1套，Ⅲ換熱器打壓結(jié)束后再打壓Ⅳb換熱器。如果用2套打壓設(shè)備對(duì)2個(gè)換熱器同時(shí)進(jìn)行打壓，檢修時(shí)間也會(huì)縮短一半。

2）換熱器頂部與轉(zhuǎn)化器相通，停風(fēng)機(jī)后換熱器內(nèi)部溫度仍然較高，工作環(huán)境比較惡劣，操作人員要多準(zhǔn)備飲用水和風(fēng)扇降溫，并分兩班輪流作業(yè)。

3）精益化生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)干吸塔的除沫除霧情況和SO2主風(fēng)機(jī)出口、換熱器殼程進(jìn)口處的冷凝酸排放量檢查不夠重視，直到轉(zhuǎn)化率嚴(yán)重下降時(shí)才發(fā)現(xiàn)換熱器出現(xiàn)問題。雖然此次換熱器維修效果良好，但并沒有從根本上解決問題，應(yīng)以干吸塔除酸霧效率為源頭查找問題。不然隨著使用時(shí)間的推移換熱器又會(huì)腐蝕穿孔，再次出現(xiàn)同樣的問題。

5 結(jié)語

新洋豐農(nóng)業(yè)硫酸廠硫精砂制酸裝置轉(zhuǎn)化工序的Ⅲ換熱器位于SO2主風(fēng)機(jī)出口，Ⅳb換熱器位于一吸塔出口，干燥塔除沫器和一吸塔除霧器除霧沫效果差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致氣流夾帶酸沫或酸霧，腐蝕Ⅲ換熱器和Ⅳ換熱器。因此，要高度重視干燥塔和吸收塔的除霧效率，每天定時(shí)檢查干燥塔出口、SO2主風(fēng)機(jī)出口、一吸塔和二吸塔出口及Ⅲ換熱器和Ⅳ換熱器殼程進(jìn)口的冷凝酸排放情況。一旦發(fā)現(xiàn)冷凝酸量增加，要及時(shí)檢查干燥塔除沫器和吸收塔除霧器，同時(shí)控制好干燥、吸收工藝指標(biāo)。

Ⅲ換熱器和Ⅳ換熱器泄漏對(duì)轉(zhuǎn)化率影響比較大，換熱器檢修難度也大，因而杜絕換熱器的泄漏對(duì)提高轉(zhuǎn)化率至關(guān)重要。新洋豐農(nóng)業(yè)摸索出的煙餅+管束打壓法能快速準(zhǔn)確地找出泄漏管并加以修復(fù)，操作簡(jiǎn)單可靠，停車處理時(shí)間短，是一種較好的搶修換熱器的方法。