【正文】 部分反應(yīng)段的進(jìn)氣通道，催化劑裝填在內(nèi)、外兩層圓筒之間。兩種結(jié)構(gòu)形式在大型硫磺制酸裝置上都有應(yīng)用，各有特點(diǎn)。積木式轉(zhuǎn)化塔采用立柱和樁柱支撐催化劑格柵和隔板的部分重量，在催化劑裝填部位的筒體內(nèi)表面襯砌粘土質(zhì)隔熱磚，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。轉(zhuǎn)化塔主材為0Cr18Ni9不銹鋼，一段可布在設(shè)備底部。頂蓋采用球冠形，并在外部用扁鋼加強(qiáng)，以保證設(shè)備的強(qiáng)度和剛度。每層隔板均用一個(gè)密封圓弧環(huán)與殼壁焊成整體，以補(bǔ)償隔板因熱膨脹而產(chǎn)生的變形，避免層間氣體串流。格柵上鋪設(shè)耐熱瓷球和不銹鋼絲網(wǎng)后再放催化劑。SO2氣體經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的分布裝置由進(jìn)氣口進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，分布更加均勻。平面型催化劑床層結(jié)構(gòu)可確保反應(yīng)更加均勻。設(shè)備底部為平底，由若干滑動(dòng)式支座支承在土建基礎(chǔ)上，可以有效地吸收或補(bǔ)償操作狀態(tài)下因高溫?zé)崤蛎洰a(chǎn)生的變形，大幅降低設(shè)備的應(yīng)力水平，因而設(shè)備的整體安全性和穩(wěn)定性較好。中心筒式轉(zhuǎn)化塔中各段催化劑層設(shè)在用耐熱瓷球找平的弧形床層板上，催化劑和瓷球之間用一層不銹鋼絲網(wǎng)隔開。設(shè)備主材為0Cr18Ni9不銹鋼，一段同樣可布置在設(shè)備底部。部分段尤其是一段設(shè)計(jì)為中心筒進(jìn)氣方式，可使氣體在各段反應(yīng)床層分布均勻。轉(zhuǎn)化器的各段之間用弧形隔板分隔，可以有效地吸收或補(bǔ)償操作狀態(tài)下因高溫?zé)崤蛎洰a(chǎn)生的變形，既能保證層間氣體不串流，又能降低設(shè)備的應(yīng)力水平。設(shè)備底部?jī)?nèi)外圓筒分別支撐在土建基礎(chǔ)上。但用耐熱瓷球找平的弧形床層阻力不均勻，中心筒的空間利用率不高，弧形床層板及分隔板制造難度相對(duì)偏大。由于在設(shè)計(jì)理念上是采用高強(qiáng)度和低剛度來保證設(shè)備的整體安全性和穩(wěn)定性，總體上設(shè)備強(qiáng)度雖高但剛度相對(duì)偏低，因而設(shè)備的整體安全性和穩(wěn)定性不如積木式結(jié)構(gòu)。但中心筒式轉(zhuǎn)化器設(shè)備材料有所節(jié)省，一次性投資較小[25]。，。在轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，為了使反應(yīng)接近最佳操作溫度即適宜溫度。我們?cè)诜磻?yīng)時(shí)必須降低溫度，移去一部分熱量，這就是我們所說的降溫。通常有兩種操作方法：一種恒溫操作方法，這種方法會(huì)使轉(zhuǎn)化器體積太大也很難使移走的熱量達(dá)到要求。另一種方法即絕熱操作過程，也是我們?cè)毡椴捎玫姆椒?。轉(zhuǎn)化塔操作氣體平均操作溫度t平=440～480℃，H出為負(fù)10kPa，V標(biāo)=，停留時(shí)間10秒。t取460℃，則：V實(shí)=V標(biāo)＝ m3/h=停留時(shí)間tV/3600= 設(shè)轉(zhuǎn)化塔高度與直徑比：H/D=，(D2/4) H= D=，H=，經(jīng)圓整后得D=，H=高效干吸塔系統(tǒng)是將塔填料支承結(jié)構(gòu)形式、高效塔填料、高效分酸器、高效除霧器元件與塔的尺寸、操作氣速和噴淋酸的噴淋密度統(tǒng)一考慮，互相配合，從而形成高強(qiáng)度塔，達(dá)到符合工藝要求的干澡吸收效率。干吸塔的主要結(jié)構(gòu)基本上是相似的，塔體為立式圓筒形結(jié)構(gòu)，碳鋼內(nèi)襯耐酸磚。一般采用高鋁質(zhì)耐酸瓷填料支承結(jié)構(gòu)，有的采用大跨度、高開孔率的耐酸高鋁瓷條梁，也有的采用高開孔率的瓷球拱。干燥塔一般采用國(guó)產(chǎn)抽屜式金屬絲網(wǎng)除霧器或進(jìn)口網(wǎng)墊式除霧器。第一吸收塔酸溫高、霧量大、霧粒細(xì)，為保護(hù)后面的換熱設(shè)備，采用高效纖維除霧器第二吸收塔為保證尾氣排放的要求也采用高效纖維除霧器。從生產(chǎn)使用的效果看，其除霧效率均令人滿意。酸分布器的分酸效果直接影響到空氣干燥和SO3吸收的效果。國(guó)內(nèi)研究開發(fā)的帶陽極保護(hù)槽管式酸分布器每平方米超過40個(gè)分酸點(diǎn)，目前大部分大型硫酸裝置干吸塔采用這種形式的分酸器。該分酸器的降酸管填埋于種階梯環(huán)墳料之中，酸液由酸泵打人主管，再分配至各分酸槽，由槽體上各降液管流出。槽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證每個(gè)槽的分酸量基本相同，并且不會(huì)產(chǎn)生滋流等現(xiàn)象。分酸器制造完成后，在制造廠內(nèi)要進(jìn)行水噴淋試驗(yàn)。采用帶陽極保護(hù)的槽管式酸分布器, 雖然一次性投資較大，但酸分布點(diǎn)多，分酸效果好，使用壽命長(zhǎng)，且節(jié)省了維護(hù)和維修的費(fèi)用。塔底設(shè)計(jì)一般分為碟形底和平底兩種方案。中石化集團(tuán)南京設(shè)計(jì)院結(jié)合以上兩種塔底結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)大型化干吸塔的特點(diǎn)，將干吸塔設(shè)計(jì)成具有塔底出酸優(yōu)點(diǎn)的平底結(jié)構(gòu)，即將塔底設(shè)計(jì)成為外部平底內(nèi)部錐形的結(jié)構(gòu)，出酸口在錐形底的中央最低點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)同碟形底結(jié)構(gòu)一樣不需要大的混凝土平臺(tái)，設(shè)計(jì)若干根支腿支撐整座塔重量，生產(chǎn)或停車時(shí)都可使塔底積酸全部排盡。為防止將塔內(nèi)填料碎片帶至循環(huán)槽打壞酸泵葉輪，在出酸口一般都設(shè)置防渦流裝置。氣體換熱器的設(shè)計(jì)主要是解決好管板變形、設(shè)備熱應(yīng)力和氣流分布等問題。一般采用盤環(huán)形擋板管殼式換熱器，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱系數(shù)大和壓降較低，另外設(shè)備體積小，易于制造，維修方便，具有較高的性能價(jià)格比。換熱器殼體采用低合金鋼和碳鋼制作殼程部分采用擴(kuò)大型管口并加氣體導(dǎo)流板以使氣流分布均勻。換熱器底部襯耐酸磚，防止冷凝酸腐蝕。換熱管采用滲鋁鋼管，管子與管板采用強(qiáng)度焊接。上、下管箱均噴鋁，以有效避免高溫氧化腐蝕。換熱器的殼體設(shè)置膨脹節(jié)，以吸收高溫操作狀態(tài)下管、殼程熱膨脹差異引起的變形，降低設(shè)備內(nèi)應(yīng)力。設(shè)備上的人孔與工藝接管均采用焊接連接形式，以確保高溫操作狀態(tài)下的密封，避免在高溫下材料蠕變而發(fā)生泄漏[26]。根據(jù)國(guó)內(nèi)許多廠家的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，傳熱系數(shù)k值如下： 外部換熱器 k=8～11，一般取k=10； 內(nèi)上換熱器 k=5～8，一般取k=8； 內(nèi)下?lián)Q熱器 k=10～15，一般取k=15。換熱器外殼，由8～14mm厚的鋼板卷焊而成，為防止高溫氧化腐蝕，也有采用滲鋁管來制作。在器底打一層50～80mm厚的耐火磚或灰綠巖酸泥。列管系無縫鋼管，一般固定在下花板上，管群間設(shè)有擋板，使氣流穿過管群，以提高傳熱效率。熱交換器的傳熱面積可借傳熱速度方程求算： 式中：Q——傳熱速率，W； K——總傳熱系數(shù)，W/(㎡c)； S——與K值對(duì)應(yīng)的換熱器換熱面積，㎡； ——平均溫差，℃。熱交換器的熱負(fù)荷Q為冷流體（或熱流體）單位時(shí)間內(nèi)通過熱交換器所獲得（或失去）的熱量。 Q=VCP（t1－t2）式中： V——流體的流量，； CP—— 流體的比熱，/℃； ——出入口的溫差，℃。(1)內(nèi)換熱器的面積計(jì)算1)三至四段換熱面積計(jì)算管內(nèi)外的平均溫差?t1=t1入t冷 ?t2=t3出t4入式中： =℃ =50℃ =℃ =461℃ = ℃ = 平均摩爾熱容 = =、分別指在、時(shí)的混合氣體平均熱容 === kcal/kmol℃ =h℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)取k=15kcal/Nm2h℃ =[()]/(15)=2)四至五段換熱面積計(jì)算 =(+2024++) ==h℃ =()=管內(nèi)外平均溫差 =℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)取k=15kcal/Nm2h℃=(15)= m2(2)外換熱器傳熱面積的計(jì)算1) 二至三段換熱面積計(jì)算傳熱系數(shù)取 k=12kcal/Nm2h℃=h℃(+++) =管內(nèi)外平均溫差℃=2) 第五段爐氣的換熱面積及換熱器Ⅰ、Ⅱ，總換熱器面積之和 ℃ 200℃ 50℃ 331℃ =℃ =(+++) =下面對(duì)200℃時(shí)爐氣的平均總熱容計(jì)算(五段)傳熱系數(shù)取k=12kcal/Nm2h℃,kcal/Nm3h℃ = =(12)=空氣鼓風(fēng)機(jī)是硫磺制酸裝置最為關(guān)鍵的設(shè)備，其運(yùn)行的好壞直接影響到整個(gè)裝里的穩(wěn)定性和可靠性，是裝置開車率最重要的保證。一臺(tái)好的鼓風(fēng)機(jī)，除了能滿足工藝條件外還必須具有良好的操作穩(wěn)定性和操作彈性以及長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，并且其噪音要小，能耗要低。大型空氣鼓風(fēng)機(jī)主要有軸流式和離心式兩種結(jié)構(gòu)類型[27]。軸流式鼓風(fēng)機(jī)采用透平壓縮原理，風(fēng)機(jī)效率稍高葉片運(yùn)轉(zhuǎn)的線速度低于離心風(fēng)機(jī)，可以減少磨蝕另外可以利用靜葉角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。但這種風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，與其配套的土建費(fèi)用高?？偵龎涸?0~60 kPa的硫酸裝置用鼓風(fēng)機(jī)，國(guó)內(nèi)外一般采用離心式?？諝夤娘L(fēng)機(jī)的動(dòng)力消耗占了硫酸裝置動(dòng)力消耗的大部分?？諝夤娘L(fēng)機(jī)有蒸汽驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)兩種方式。蒸汽驅(qū)動(dòng)是采用背壓式蒸汽透平直接驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，汽源為硫酸裝置副產(chǎn)的中壓過熱燕汽。其優(yōu)點(diǎn)是可直接利用一部分副產(chǎn)中壓蒸汽驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，所產(chǎn)生的低壓背壓蒸汽供其他生產(chǎn)裝置使用，而其余部分中壓燕汽送去發(fā)電，從而減少了硫酸裝用電負(fù)荷和發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷。雖然燕汽驅(qū)動(dòng)部分的投資較電動(dòng)驅(qū)動(dòng)高，但總的投資費(fèi)用下降了，經(jīng)濟(jì)上是合算的。在操作方面，采用透平驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)扭矩大，啟動(dòng)、升速平穩(wěn)透平和風(fēng)機(jī)直連，無需齒輪增速機(jī)構(gòu)，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)各種工藝負(fù)荷要求避免了熱能轉(zhuǎn)化成電能再轉(zhuǎn)換成機(jī)械能過程中的能量損失可以避免采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流過大對(duì)電網(wǎng)造成較大沖擊。由于透平所用的蒸汽是硫酸裝置自產(chǎn)，在裝剛開車時(shí)難以自行啟動(dòng)空氣鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱升溫，因而開車時(shí)需要外界提供符合要求的汽源，沒有汽源的企業(yè)或考慮到其他原因可專門配套電動(dòng)式開車風(fēng)機(jī)。干吸塔循環(huán)酸泵的特點(diǎn)是流量大，功率大，輸送的w（H2SO4）98%硫酸溫度高，腐蝕性強(qiáng)，一般都是單泵在線運(yùn)行。在循環(huán)酸泵的設(shè)計(jì)選型上，應(yīng)根據(jù)工藝條件及材料的耐磨耐蝕性能，本著安全、節(jié)能、長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行的原則來確定。在工程采購中，要求制造商必須是濃硫酸泵的專業(yè)廠家，具有同類泵型的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行業(yè)績(jī)。廢熱鍋爐是硫酸裝置重要的設(shè)備之一，開車不順利的硫酸裝置多數(shù)是因?yàn)殄仩t故障，而好的鍋爐則是硫酸裝置長(zhǎng)期安全運(yùn)行的前提條件。硫磺制酸裝置的廢熱鍋爐有兩種形式，一種是水管鍋爐，另一種是火管鍋爐，這兩種形式的鍋爐國(guó)內(nèi)均有成熟可靠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)外大型硫磺制酸裝置一般都采用火管鍋爐?；鸸苠仩t具有很多優(yōu)點(diǎn)氣流分布均勻，無爐氣滯留區(qū)，不易發(fā)生局部腐蝕能承受較高的氣體側(cè)壓力，降低了漏氣率對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)操作簡(jiǎn)單，安全可靠動(dòng)力消耗低價(jià)格較便宜，安裝工作量小耐火材料較少，維修工作量小，清理容易等。硫磺制酸裝置火管鍋爐的總體設(shè)計(jì)為管板采用撓性管板，以吸收火管的熱膨脹，降低火管和管板焊縫的應(yīng)力前管板采用特制材料加以保護(hù)，以降低管板兩側(cè)的溫差應(yīng)力火管人采用特制套管加以保護(hù)，以免焊縫和管口受高溫爐氣熱沖蝕火管與管板采用特殊的焊縫形式，以保證焊縫的可靠性。廢熱鍋爐有單鍋殼單汽包和雙鍋殼單汽包兩種結(jié)構(gòu)形式。雙鍋殼單汽包的結(jié)構(gòu)形式，占地稍大，造價(jià)高，對(duì)煙氣平衡控制的要求高。在制造加工和運(yùn)輸條件允許的情況下，一般采用單鍋殼單汽包結(jié)構(gòu)。帶單汽包的鍋殼式廢熱鍋爐，汽包由下降管和上升管與鍋殼連接，并支承在鍋殼上。汽包筒體由鋼板卷焊而成，封頭用鋼板沖壓而成。汽包內(nèi)裝有除沫器供汽水分離之用。汽包上設(shè)有安全閥接口，上升管口處裝有擋板。汽包上裝有兩只就地水位表，另外還有一對(duì)水位報(bào)警及控制室水位指示器的接口、一對(duì)水位變送器的接口，用以調(diào)節(jié)鍋爐給水，控制汽包水位。為防止汽包水位過高而影響蒸汽品質(zhì)，汽包上設(shè)有緊急放水管口。鍋殼筒體內(nèi)火管呈正三角形排列，管子與管板采用熔深焊。為防止高溫氣流對(duì)管端形成熱沖擊和磨損，在管端內(nèi)嵌人錯(cuò)質(zhì)剛玉保護(hù)套管，套管與列管間隙填充耐高溫的硅酸鋁纖維。另外，前管板上涂敷鋯質(zhì)磷酸鹽可塑料以降低管板溫度。為增強(qiáng)管束在運(yùn)行中的穩(wěn)定性以減少振動(dòng)，鍋殼內(nèi)布置了兩塊支承板。每個(gè)下降管口都設(shè)置擋板以防爐水直接沖刷列管。前煙箱耐火層為高鋁磚，絕熱層采用粘土質(zhì)隔熱耐火磚。為吸收熱膨脹，高鋁磚與前管板耐火澆注料交接處留有膨脹縫，內(nèi)填硅酸鋁纖維煙箱至鍋殼轉(zhuǎn)角處也填充有硅酸鋁纖維。后煙箱襯輕質(zhì)耐火澆注料并內(nèi)布抓釘，以防脫落[28]。由于焚硫爐出口爐氣溫度很高，用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口溫度的高溫副線和高溫調(diào)控閥均需內(nèi)襯，在實(shí)際生產(chǎn)過程中較易損壞，可將焚硫爐出口與廢熱鍋爐進(jìn)口直接對(duì)接，同時(shí)將廢熱鍋爐設(shè)計(jì)成兩段式，轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口的熱副線由廢熱鍋爐兩段之間引出，這樣熱副線管道及閥門的操作溫度可控制700℃以內(nèi)，采用普通不銹鋼管道和閥門即可。高溫過熱器一般設(shè)在轉(zhuǎn)化器一段爐氣出口，由于爐氣溫度通常超過以600℃，應(yīng)該充分考慮高溫?zé)釕?yīng)力的影響。硫磺制酸裝置的高溫過熱器有臥式懸吊管內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和立式內(nèi)支撐不銹鋼結(jié)構(gòu)。在臥式懸吊管內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的高溫過熱器中，爐氣進(jìn)口與轉(zhuǎn)化器一段出口直接對(duì)接，底部不設(shè)固定支座。立式內(nèi)支撐不銹鋼結(jié)構(gòu)的高溫過熱器為垂直煙道橫向沖刷式，外殼為箱式結(jié)構(gòu)，材料為0Cr18Ni9，煙氣流向?yàn)閭?cè)進(jìn)上出。過熱器本體包括外殼、高溫過熱管束、中溫過熱管束、噴水減溫器以及支座。過熱器受熱面為水平支撐蛇形螺旋翅片管結(jié)構(gòu)，蒸汽流向?yàn)樯线M(jìn)下出與煙氣逆流換熱。過熱器管束放在殼體內(nèi)的管板上，可自由膨脹。高溫過熱器進(jìn)口前的燕汽管道上設(shè)有噴水減溫器，用以調(diào)節(jié)過熱蒸汽的溫度，噴水采用鍋爐給水。這種結(jié)構(gòu)的高溫過熱器具有安全可靠和占地小的特點(diǎn)。低溫過熱器的結(jié)構(gòu)形式同立式高溫過熱器，為爐氣橫向沖刷受熱面，換熱管采用螺旋翅片管強(qiáng)化傳熱。為了減小占地、方便管道布，可將低溫過熱器布置在轉(zhuǎn)化器四段出口的省煤器之上。由于省煤器水人口處金屬壁溫較低，可能存在露點(diǎn)腐蝕問題，所以采用何種省煤器以避免發(fā)生露點(diǎn)腐蝕也是直接關(guān)系到硫酸系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素。利用熱管技術(shù)可使水人口處的金屬壁溫在正常運(yùn)行時(shí)高于爐氣露點(diǎn)溫度，防止露點(diǎn)腐蝕，提高省煤器的安全可靠性。熱管省煤器采用完全內(nèi)置式換熱管，解決了爐氣泄漏問題。第一吸收塔前的省煤器必須全部采用熱管，為了節(jié)省投資，第二吸收塔前的省煤器除低溫段必須采用熱管外，高溫段可采用普通螺旋翅片管。高、低溫過熱器及省煤器的換熱管和焊縫，要求進(jìn)行100%的渦流探傷及的100%超聲波探傷檢驗(yàn)。本設(shè)計(jì)工作的設(shè)備一覽表如表41所示，表41 設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè)備位號(hào)項(xiàng) 目規(guī)格與型號(hào)數(shù)量1V101快速熔硫槽SW2H12V102流硫過濾器STIZD13T1