【正文】 序號 標準、規(guī)范名稱 標準號 1 《機 械設備 安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》 GB502312021 2 《壓縮機、風機、泵安裝施工及驗收規(guī)范》 GB50275— 98 3 《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》 GB502052021 4 《 工業(yè) 金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》 GB5023597 5 《現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》 GB5023698 6 《工業(yè)設備及管道絕熱工程施工規(guī)范》 GB501362021 7 《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》 GB 503162021 8 《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》 GB5016092 9 《化工設備管道防腐工程施工及驗收規(guī)范》 HGJ2291991 10 《石油化工有毒、可燃介質管道工程施工及驗收規(guī)范》 SH35012021 11 《石油化工企業(yè)塔型設備基礎設計規(guī)范》 SH30301997 12 《石油化工塔器設計規(guī)范》 SH30982021 13 《工業(yè)設備及管道絕熱工程施工及驗收規(guī) 定》 GB501262021 四川省川威鋼鐵集團有限公司年產 2 萬噸硫酸裝置 基礎設計說明書 湖北省化學工業(yè)研究設計院 第 21 頁 14 《閥門檢驗與管理規(guī)程》 SHJ51891 15 《鋼制化工容器設計基礎規(guī)定》 HG205801998 16 《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》 HG205811998 17 《鋼制化工容器強度設計規(guī)定》 HG205821998
。 四川省川威鋼鐵集團有限公司年產 2 萬噸硫酸裝置 基礎設計說明書 湖北省化學工業(yè)研究設計院 第 20 頁 第三章 設備 非標設備設計 概述 本年產 2 萬噸硫酸裝置的非標設備設計，將在已設計投產的多套硫鐵礦制酸裝置的基礎上，吸收國內外硫酸的先進生產技術，設備制造和供應立足于國產化，根據(jù)國內的制造條件和標準，進一步完善各項技術的論證，在穩(wěn)妥可靠的前提下進行改進和提高，優(yōu)化設備設計。 （ 3）保溫材料技術參數(shù) 硅酸鋁纖維板材： 導熱方程：λ =～ () 容重 :160～ 170kg/m3 耐火性：不燃 使用溫度：≤ 1000℃ 耐高溫玻璃棉板 /殼： 導熱方程：λ =+ W/() 其中： Tm為保溫層的平均溫度，℃ 容重 :～ 50kg/m3 耐火性：不燃 使用溫度： 454℃ 纖維長度： 8～ 20cm 纖維直徑：＜ m （ 4）保溫結構 DN≥ 1000mm 的設備﹑管道：鋼殼外壁焊接抓釘，保溫材料用鍍鋅鋼帶捆扎，外層為保護層。彩鋼板厚度 。當設備外壁溫度大于 450℃時，采用復合結構，緊貼設備層采用硅酸鋁纖維板，外層采用耐高溫玻璃棉板。 （ 2）保溫材料選用 設備及 DN≥ 250 的管道，采用耐高溫硅酸鋁板材。 保溫材料在平均溫度≤ 350℃時，其導熱系數(shù)值不得大于 ()。為調節(jié)和控制轉化工段的溫度，設置了必要的工藝管道副線和調節(jié)閥。 出二吸塔的尾氣進入尾氣吸收塔，用堿液循環(huán)吸收其中的少量 SO2和硫酸霧后，由 45 米煙囪達標排放。從轉化器第三段出口的氣體，進入第Ⅲ換熱器管程，溫度降至 170℃后進入第一吸收塔，吸收氣體中的 SO3，并經過塔頂?shù)慕z網除霧器除去氣體中的酸霧后，依次進入第Ⅴ、Ⅳ、Ⅱ換熱器，氣體被加熱后進入轉化器第四段催化劑床層進行第二次轉化。 （ 5） 轉化工段 經干燥塔干燥并經干燥塔頂金屬絲網除霧器除霧后的冷氣體由 SO2鼓風機升壓后依次進入第Ⅲ、Ⅰ換熱器加熱后，溫度達到 420℃進入轉化器的第一段進行轉化。堿吸收塔多余的循環(huán)液，排入工廠的污水處理工段集中處理。多余的循環(huán)酸作為產品，從吸收酸冷卻器出口排出，經過電磁流量計計量后，送到主體裝置的濃硫酸貯罐貯存。 來自轉化器第五段的氣體，經第Ⅴ換熱器降溫后進入第二吸收塔，經自塔頂噴淋的 98%濃硫酸吸收爐氣中的 SO3，吸收后的酸自塔底流入吸收塔酸循環(huán)槽，與第一吸收塔下塔酸混合，由吸收塔酸循環(huán)泵送至吸收塔酸冷卻器進行冷卻，冷卻后的濃酸進入第二吸收塔進行循環(huán)噴淋。 來自凈化工段的爐氣，補充適量的空氣后，控制進入轉化工段的爐氣中 SO2含量為 %，由底部進氣口進入干燥塔，經自塔頂噴淋的 94%濃硫酸吸收爐氣中水份，使出塔空氣中水份≤ ，吸收水后的干燥酸自塔底流入干燥塔酸循環(huán)槽，用來自第一吸收塔酸循環(huán)泵串酸混合至 94%濃度，由干燥塔酸循環(huán)泵送至干燥塔酸冷卻器進行冷卻，冷卻后的濃酸進入干燥塔進行循環(huán)噴淋。由二臺吸收塔酸冷卻器和一臺干燥塔酸冷卻器組成循環(huán)酸冷卻系統(tǒng)。 為保護凈化設備和工藝管道安全，在電除霧器出口管道上設置了安全水封。電除霧器中排出的少量稀酸串至洗滌塔的循環(huán)槽。多余的稀酸串入文氏管循環(huán)槽中，保質水量平衡。 洗滌塔采用填料塔，塔槽一體化結構，稀酸循環(huán)洗滌。文氏管出口的濕爐氣經過氣液分離后，進入填料洗滌塔，與塔頂噴淋的冷卻循環(huán)稀酸逆流接觸、洗滌凈化，除去其中的雜質和蒸汽，然后進入電除霧器中除去酸霧，送去干吸工段。蒸汽發(fā)生器產生 的低 壓飽和蒸汽，與全廠的低壓蒸汽管網連接，用于硫磺的干燥及其他工藝過程。 蒸汽發(fā)生器采用火管式，爐氣走管內、除氧水走殼程。設置觀察孔，以便觀察和監(jiān)視焚硫爐的操作狀態(tài)和運行情況。加料皮帶采用變頻器調節(jié)控制，用氧表測定出口爐氣中的剩余氧含量，反饋自動調節(jié)焚硫爐的加料量。 焚硫爐采用類似于硫鐵礦沸騰爐的結構，通過設置特殊的固定層作為蓄熱和導熱物質，維持操作的穩(wěn)定性和可靠性。洗滌塔中的洗滌液采用循環(huán)洗滌，補充少量的脫鹽水，多余的洗滌液回用于脫硫過程，不排放污水。 干燥機抽出的蒸汽尾氣，經過洗滌塔洗滌后放空。 脫硫工段送來的硫泡沫，通過加料閥控制，分別加入到干燥機中。采用陽極保護酸冷卻器，傳熱效率大為提高，占地面積也可大大減少。 四川省川威鋼鐵集團有限公司年產 2 萬噸硫酸裝置 基礎設計說明書 湖北省化學工業(yè)研究設計院 第 14 頁 （ 5）干吸工段 考慮到爐氣的干燥效果和裝置建設地區(qū)的氣候特點，采用 94％硫酸干燥，98％硫酸兩次吸收，三塔二槽，各自獨立的酸循環(huán)系統(tǒng)的成熟工藝。同時考慮到嚴格的環(huán)保要求，設置尾氣堿吸收裝置處理工藝尾氣，確保排放尾氣達到國家標準。催化劑的裝填量是影響轉化器結構設計的主要因素。盡管有報導稱使用進口優(yōu)質催化劑可以將轉化率提高到 %以上、工藝尾氣中 SO2 的排放濃度降低到400mg/m3以下，但是缺乏工程實例支撐。“ 3+2”五段轉化是國內開發(fā)成功的適應于國產催化劑性能的特殊工藝技術方案，其最終轉化率與進口催化劑的“ 3+1”四段轉化相當，為國內新近建設的 大型硫酸裝置普遍采用?？紤]到本項目爐氣中沒有固體雜質、生產規(guī)模小、負荷波動大等特點，經過綜合比較，設計選用“文氏管 +填料洗滌塔（稀酸板式換熱器） +電除霧器”流程。因此本設計采用酸冼凈化工藝流程。四川省川威鋼鐵集團有限公司年產 2 萬噸硫酸裝置 基礎設計說明書 湖北省化學工業(yè)研究設計院 第 13 頁 本項目回收的硫磺中雜質含量很多，焚硫產生的 SO2爐氣中雜質含量高，不能直接進入轉化系統(tǒng)或采用干法處理 ，需要進行濕法凈化處理。 同時，本項目生產規(guī)模較小、采用傳統(tǒng)的余熱回收技術即設置中壓余熱鍋爐產生的中壓蒸汽量太少、附屬的設備投資過大，操作復雜，而且本項目需要使用到低壓蒸汽，經過綜合比較考慮，設置低壓蒸汽發(fā)生器回收焚硫過程的高溫余熱。由于本項目是環(huán)保配套工程，回收的硫磺中含有大量的雜質，硫的純度僅能達到 50%左右，如果采用傳統(tǒng)的液硫噴霧焚燒方法，那么需要對硫磺進行提純處理，不僅會消耗大量的能源，同時還會產生新的污染物。硫泡沫的干燥通常有氣流干燥、噴霧干燥、蒸發(fā)干燥等方法，通過技術比較和工程實驗，本設計選用耙式干燥機作為干燥設備，具有能源消耗低、物料回收率高的優(yōu)點。 本設計采用固體物料全回收技術，將硫泡沫中的硫及其他鹽類雜質同時固化回收，產生含鹽的粗硫磺，用于硫酸生產原料。 工藝技術方案的選擇 （ 1）原料的干燥 在焦爐煤氣脫硫過程中產生的硫泡沫，通常采用熔硫的方法進行回收處理，回收固體硫磺，該方法工藝技術成熟可靠，但是熔硫需要消耗較多的熱能，特別是該工藝僅僅回收了硫磺、硫泡沫中大量的副產鹽類沒有回收，需要排放較多的廢水，產生新的污染源。 （ 5）選用陽極保護酸冷卻器、縮放管換熱器等先進的 工藝裝備，提高裝置的先進性。 （ 3）采用兩轉兩吸制酸工藝，“ 3＋ 2”五段轉化，提高硫的利用率，使總轉化率≥ %。 工藝技術特點 本 2 萬噸／年硫酸裝置主要工藝特點如下： 四川省川威鋼鐵集團有限公司年產 2 萬噸硫酸裝置 基礎設計說明書 湖北省化學工業(yè)研究設計院 第 12 頁 （ 1）采用固體硫磺焚燒技術，避免了原料中雜質含量高帶來的不利影響。 （ 8）注重與主體工程的協(xié)調，合理布局，節(jié)省工程用地，降低運行費用。 （ 6）加強資源和能源的綜合利用，發(fā)展循環(huán)經濟，保持可持續(xù)發(fā)展。 （ 4）工藝技術的選擇要符合國家的產業(yè)政策和行業(yè)規(guī)劃要求。 （ 2）采用先進適用的工藝技術，體現(xiàn)本行業(yè)的先進性。 本項目使用的原料為焦爐煤氣脫硫工程的副產品硫磺，除單質硫以外，硫磺中還含有（ NH4） 2S、（ NH4） HS、 NH4CNS 等鹽類雜質，在焚燒的過程中除發(fā)生上述的主要反應外，還會發(fā)生鹽類的高溫條件下的分解反應，這些分解反應的產物比較復雜，反應過程大多是吸熱的，因而本項目具有其獨特性，需要進行特殊的技術考慮和工藝設計。 以上三個反應都是放熱反應，其中第一個反應放出的熱量最多（約占總熱量的 70%左右），大部分被廢熱鍋爐回收。第二個反應在含釩催化劑存在下進行，并且是可逆的，反應到一定程度正逆反應達到平衡，因而只進行一次轉化，轉化率不可能太高，而經過第一次吸收SO3后 ,有利于正反應的進行，可達到更高的轉化率。爐氣中未轉化的 SO2再經催化劑層進行第二次轉化，生成 SO3，再經第二次吸收后 SO3 生成硫酸，達到較高的 SO2 轉化率和 SO3 吸收率。 以硫磺 為原料生產硫酸的主要工藝原理是：硫磺先經空氣焚燒，產生含 SO2爐氣，然后經過爐氣凈化處理，得到潔凈的 SO2 爐氣。總體上說，我國的硫酸生產技術和工藝已經非常成熟可靠，完成可以實現(xiàn)國產化。針對國產催化劑的特殊性能，開發(fā)了獨特的“ 3+2”兩轉兩吸工藝，可以與國外先進的四段轉化相媲美。 (4)使用新型催化劑，提高裝置的 SO2轉化率，減少對環(huán)境的污染。 (2)提高熱能回收率，最大限度的節(jié)約能源。 崗位設置和定員分配如下表： 表 11 裝置定員表 序號 崗 位 每班 總計 1 原料工段 2 8 2 焚硫及余熱回收工段 2 8 3 凈化工段 1 4 4 轉化工段 1 4 5 干吸工段 1 4 6 主控室（含班長） 2 8 四川省川威鋼鐵集團有限公司年產 2 萬噸硫酸裝置 基礎設計說明書 湖北省化學工業(yè)研究設計院 第 9 頁 7 管理（含技術員和環(huán)保管理員） 4 合計 40 四川省川威鋼鐵集團有限公司年產 2 萬噸硫酸裝置 基礎設計說明書 湖北省化學工業(yè)研究設計院 第 10 頁 第二章 工藝設計 國內外工藝技術概況 目前，世界硫酸生產普遍采用接觸法工藝，具有轉化率高、設備生產強度大的優(yōu)點。 （ 3）勞動定員 根據(jù)工廠管理體制和硫酸裝置的工藝要求、生產特點、操作管理功能進行崗位設置和定員，通用工種的輔助人員如分析化驗、機電儀修等由主體裝置統(tǒng)一考慮。 工作制度及 勞動定員 （ 1）工作制度 本項目管理人員及輔助生產人員為白班制，生產崗位操作人員工作制度為四班三運轉，每班工作 8小時，全年運行時間為 8000 小時（約 333 天）。 （ 10）污水處理、消防水池及消防泵房等由主體裝置負責，交接處于本裝置界區(qū)外 1 米。 （ 8）成品硫酸送出本裝置，貯存由主裝置負責。 （ 6）輔助裝置：包括控制室、配電室等。 （ 4）干吸工段：包括干燥塔、吸收塔、循環(huán)槽、循環(huán)泵、酸冷卻器、地下酸槽、酸計量器以及尾氣吸收塔、泵、煙囪等。 （ 2）焚硫工段：包括空氣鼓風機、焚硫爐、蒸汽發(fā)生器。