新建硫酸厂仪表选型及安装初探

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

制酸过程同其他化工生产-样，生产自动化也是建立在可靠的检测仪表和完善的控制方案之上的。会理昆鹏铜业硫酸厂年产 32万 t酸，是 l0万 t阳极铜/年的配套项 目，属烟气制酸 j。烟气制酸介于冶炼与化工行业之间.因其工艺的特殊性，对现场仪表的要求也有其特点。工艺介质为高温烟气及浓硫酸，选型上需要耐高温、防腐蚀 、抗氧化；主体设备多为玻璃钢或带内衬材质的塔罐，仪表安装后更改难度大，应综合考虑各种因素 ，确定最优方案进行安装。本文将对此项 目中仪表选型及安装时遇到的各类问题.分工序进行探讨 ，并着重分析易疏忽或遗漏的内容。

1 硫酸厂生产工艺简介昆鹏铜业硫酸分厂采用铜冶炼烟气制酸，采用绝修改稿收到 日期 ：2012-06-19。

第-作者梁磊(1986-)，男，2008年毕业于山东科技大学过程装备与控制工程专业，获学士学位，助理工程师；主要从事硫酸生产用仪器仪表的研 究。

《自动化仪表》第 34卷第 4期 2013年 4月热蒸发、稀酸洗涤净化和双转双吸工艺。制酸系统净化工段宜采用绝热蒸发、稀酸洗涤净化技术[2]，将冶炼烟气除尘净化；转化工艺采用两次转化 ，烟气先通过转化器的-、二、三段完成-次转化，再通过 四段完成二次转化，并依次流经 II、I、Iv、I换热器进行换热，将SO，转化为 SO ；干吸工艺采用-级干燥 、二级吸收，泵后冷却串酸流程，将 SO 吸收为合格硫酸。转化预热系统使用电加热炉。

污酸处理采用石灰石 中和法 3j，将污酸 pH中和至6～9，再进行污水处理。污酸处理后 的残渣为石膏 ，由汽车外运。污水处理采用石灰铁盐法，分两段处理 ，每段用石灰乳 中和酸并投加铁盐，将 pH调整 至7～9.去除污水中的砷(As)等重金属离子后排至废水调节池 ，进行 回用水的深度处理。污水处理后的残渣含有砷 ，由汽车外运至有害渣场，防止二次污染。

尾气处理采用氧化钙/石膏脱硫工艺。以氧化钙浆液作为脱硫剂。阳极炉烟气和从二吸塔出来的烟气混合后进入脱硫塔 。在脱硫塔，烟气与喷淋的氧化钙的循环浆液逆流接触，烟气中的s0，被溶解、吸收、氧化后 ，转化为石膏。脱硫后的尾气经尾气烟囱排空。

91新建硫酸厂仪表选型及安装初探 梁磊 。等2 仪表控制在工艺生产中的应用及探讨2.1 净化工序冶炼烟气首先进入净化工序 ]，依次通过-级动力波、气体冷却塔、二级动力波、两级电除雾器。烟气在三个塔中进行降温除尘，去除砷、氟、硒等杂质以及部分酸雾，在电除雾器中通过高压静电作用除去剩余酸雾。

- 级动力波的作用是至关重要的，250℃左右 的烟气经过-级动力波后要降到60℃。在此过程中，若溢流堰喷淋水流量不足或者酸循环泵跳车.都会导致无法在塔内壁形成酸膜 ，高温烟气会很快将玻璃钢材质的动力波融化。因此，以下几个联锁程序是必须编写的。

② 溢流堰处事故水阀要做程控。当进入溢流堰的流量值低于设定值时，或者-级动力波烟气出口温度高于设定值时，阀门自动开启 ，由事故水箱快速向溢流堰补水。

③ -级动力波事故喷嘴处阀门要做联锁。当循环泵突然跳车或烟气出口温度高于设定值时，阀门自动开启，由事故水箱快速向喷嘴处补水。

④ 事故高位水箱内的应急水必须保持足够液位，故液位与水箱进水阀门也应做程控。

⑤ 当溢流堰阀门、事故喷淋阀全部开启，但烟气温度还持续升高时。为避免-级动力波塔被高温烟气损坏，需让 S0，烟气打回流，即风机的回流阀也要参与联锁。若烟气继续升温，只能让风机联锁跳车，停止接引上游烟气。

为保证以上程序能正常运行，现场仪表必须有较高的质量和精度。在仪表设计选型及施工中需要注意以下几点。

① 溢流堰人口电磁流量计 的选型及安装：-级动力波内是浓度为 3% ～12%的高温稀酸，腐蚀性强，故电极材质至少应选用钽合金，如表 1所示。

表 1 电极腐蚀性Tab.1 Electrode causticity电极材质 腐蚀性钛(Ti) 能耐海水、各种氯化物和次氯酸盐、氧化性酸(包括发烟硝酸)、有机酸、碱等腐蚀 ，不耐较纯的还原性酸(如盐酸、硫酸)的腐蚀。但如酸中含有氧化剂(如硝酸、Fe 、Cu )时，则腐蚀大为降低。

钽(Ta) 具有优良的耐腐蚀性，和玻璃很相似。除了氢氟酸、发烟硫酸、发烟硝酸、碱外.几乎能耐-切化学介质(包括沸点的盐酸、硝酸和 175 oC以下的硫酸)的腐蚀，在碱中不耐蚀。

92选择合理的型号后，安装也很重要。溢流堰为环形管路 ，且-级动力波上部管道较多，空间小 ，而且又要避免在阀门、弯头或者三通接头后 面安装传感器(因为此处易形成涡流或者气泡)。因此，最好将传感器安装在竖直的上酸管路。或在传感器前预留>IOD、后预留>5D的水平直管段 ，避免安装在管道的最高点或垂直向下处。溢流堰流量计安装位置示意图如图 1所示图 1 溢流堰 流量计蛋装位置示意 图Fig.1 The instalation location of overflow weir flow meter② 溢流堰事故水阀的选型：溢流堰事故水阀的作用是保证当溢流堰人口酸量不足时。高位水箱立即补水。它的阀板两侧 ，-面介质为酸、另-面介质为水，但设计时经常容易忽略这-点，选型只选择普通 304或 316材质。该阀门-定要 内衬氟或钽材质。

③ 净化工序压力变送器的选型及安装：净化工序塔罐及管道都处于负压状态，压力表不易损坏，但要注意 ，压力取样点不能选在管道的正下方。因为在管道内的冷凝积酸会顺着引压管进入变送器内.造成测量不准，甚至损坏仪表。烟气制酸的工艺特性决定净化工序，尤其是-级动力波内氟含量较高，必须采取适当的措施，如投加水玻璃等去除氟，因为氢氟酸会腐蚀管道上的隔膜压力变送器。

2.2 转化工序转化工 序6 ]主要 是升 温转化，将 s0，转 化为SO 。该工序中主要包括转化器 、换热器 、电加热炉和SO 冷却器等设备。

在转化工序中，温度控制是重点 ，因此热电偶的选型很关键。转化触媒的最高温度可达 600℃，温度高。

腐蚀性大 ，故应选择铠装绝缘型热电偶。同时，尽量采用平焊法兰固定的安装方式.法兰与铠装套管处应满焊 ，不可采用螺纹连接头方式。这是因为高温 SO 气体若沿缝隙漏出后，吸收空气中的水分 ，形成硫酸，会继续腐蚀法兰盘及套管，造成更严重的泄漏。

当 s0 气体高于设定值时，冷却风机 自动开启进行降温。很多设计人员将此程序写成开关量控制.即高于上限开 、低于下限停 ，这对电机损害较大，且温度范围宽泛。在工艺稳定的条件下，建议加装变频器。采PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vo1.34 No.4 April 2013新建硫酸厂仪表选型及安装初探 梁磊 ，等用 PID调节方式 ，这样能达到最优的调节 目的，延长使用寿命。

制酸用 sO，风机多为进 口大功率风机。综合考虑风机出口处的气体成分、温度波动不大、管道直径大及设计流量大等因素 ，建议在风机出口处选用热式质量流量计。昆鹏铜业硫酸分厂采用的是 FCI ST98热式流量计。

安装热式流量计时应注意：为安全考虑，要求 220 V电源采用三线制 ，其中-根接地线必须接到变送器端子排的接地端；大型风机多为同步电机，装有励磁装置，而热式流量计对高频噪声干扰特别敏感，因此输出信号必须采用屏蔽电缆，屏蔽层在变送器-端接地，PLC柜端包裹保护 ，最好再加装信号隔离器。

转化器各层都设有冷敷线，用于调节温度〃议设计时阀门都用电动调节阀，以便能灵活地进行微调 ，或采用 PID，全部设为 自控。冷敷线管道-般都较高 ，温度高易使阀门变形或被酸泥卡死 .采用电动阀门可减少维护量。

转化工序还安装了大量压力变送器，以测量各塔或管道内的压力。对此-定要保证取样点和引压管上各个阀门的密封性 。并定期检查更换 四氟胶带，以避免泄漏2.3 干吸工序从净化工序来的烟气在干燥塔 内用 93%的硫酸吸收水分后 ，送往转化工序 ，经两次转化后分别由-吸塔、二吸塔用 98%的硫酸吸收，制取工业硫酸。

干吸工序 是出硫酸成品的工序 ，酸浓度计是至关重要的仪表。它的优劣直接影响操作人员的工作量和产品的合格率。选用时要注意以下几点。

① 选型时应注意，不同的硫酸选用的浓度计是不同的。如发烟酸酸浓度计 ，测量 98%的酸是没有参考性的。

② 酸浓度计有不同的适用温度，针对不同工况的温度范围，要选择合理的浓度计。

③ 取样罐要设计得旧能小，而且酸最好是下进上出，以保证酸的流动性 ，以及人工取样与仪表分析样的-致性。

只有酸浓度计测量精准，串酸调节阀才能用 PID调节并投入 自动运行。串酸时，液位系统的 PID调节先设定经验值 ：P∈20% ～80%、，∈1，5]、D1，然后逐步调试 ，直到调至合适 的参数值[9]。但实际调试时会发现.在闭环控制中，现场的各种干扰因素很容易造成超调。对此，可以在程序中设定好阀门最大开度 .如自动运行时，二吸循环槽 自动补水 阀门最大只能开《自动化仪表》第 34卷第 4期 2013年 4月50% .可有效避免超调或滞后现象。

循环槽除安装有雷达液位计外 ，-般还装有翻板浮筒液位计 ，用来现场指示，方便操作人员操作。浮筒- 般都选用 316 L材质 ，耐酸等级符合要求 ，但浮筒还是经常遭腐蚀或脱落。经分析发现，循环槽内的浓酸泵运行 、液位低加水 、各泵槽串酸时，都会对浮筒造成冲击 ，而浮筒-般都是焊接成型，若高温酸经常冲击 ，易在焊缝处破损腐蚀〃议采购翻板液位计时要求浮筒车削加工。

阳极保护酸冷却器也要关注，与其配套的恒 电位仪尽量不要安装在干吸现瞅平台下面 。以避免检修或渗漏酸的损害，安装时参比电极电缆长度-般不能超过 150 m。对于冷却器 的冷却水管，尽量使上水管段或水平管段问有足够长度来安装流量开关。

2.4 尾气脱硫工序及污酸污水处理尾气脱硫 。。和污酸污水处理 这两个工序 中使用最多的仪表设备是雷达或超声波液位计，两个工序的塔罐设备多为玻璃钢材质。雷达波极易穿透塔壁 ，造成测量不准确，安装时-定要选择合理的位置。不能把传感器安装在塔罐 中心，最好安装在距罐壁 1/6直径处 ；避免在进料 口测量；同-个罐不能安装两个雷达液位计 。以免干扰；在信号波束角内禁止安装温度计 、搅拌管等任何附属设备，特别是对称装置(如图 2中 1、2所示)。如果条件允许 ，最好使用导波管 ，以减少外界因素的影响。

图 2 雷达液位计妥装位置 示意图Fig.2 The installation location of radar level gaugepH计和氧化还原电位计也是常用的检测仪表，需要注意 日常维护保养 ，并用标准液定期校验。安装时，尽量不要安装在塔罐的中下部 ，因为正常生产时，几乎无法拔出探头进行调校 ；校验或停产时，应保证探头浸没在液体中，因为探头长时间脱水就会损坏。

在尾气脱硫工序中，sO，分析仪用来检测最终排放气体中硫的含量。选型时要注意不同的行业标准和量程范围。有的地方环保部门对排放尾气的控制较严格 ，-般会指定分析仪的精度等级以及数据单位等，因93新建硫酸厂仪表选型及安装初探 梁磊。等此采购前最好咨询当地环保部门。下面给出 SO，气体浓度不同单位的换算关系，以供参考。

MC/22.4 (1)C22.4X/M (2)式中： 为污染物以每标立方米的毫克数表示的浓度值 ；C为污染物以 1O 表示的浓度值； 为污染物的分子量 。

3 结束语仪表是生产的感知器官.它将现场情况及时送至大脑即控制系统，以便做出正确的动作。归根结底，仪表是为工艺服务的。现场仪表测量越精确，反馈越及时，控制系统运算越迅速 ，工艺生产也会越顺利。细节决定结果，优质的选型设计以及规范的安装是 自动化系统运行成功的保证 ，也是工艺顺畅的前提。

尤其对烟气制酸系统，合理的仪表选型和安装，不仅是制酸工艺通畅的前提 ，对整个冶炼大系统也是必要的保险。它使制酸系统能更及时、准确、有效地平衡冶炼烟气 ，保证下游生产稳定 。并对上游烟气有更好的预见性操作和容纳吸收能力 ，使制酸 、冶炼获得双赢。