HRS循环酸泵轴封空气干燥装置改造

宁顺伟，王鹏程

（威顿达州化工有限责任公司，四川达州635000）

某公司现有1套800 kt/a硫黄制酸装置，采用“3+1”二转二吸工艺，配套HRS系统。HRS循环酸泵（替代传统工艺中的一吸泵）采用单泵运行，在生产过程中起着至关重要的作用。由于HRS塔是正压运行（塔内压力18～25 kPa)，为保护环境，避免酸性气体泄漏至环境中，HRS循环酸泵轴采用压缩空气密封。因采用分子筛干燥机对压缩空气进行干燥，压缩空气中水含量偏高，易造成泵轴腐蚀，影响装置长周期正常运行，故对压缩空气的干燥方式进行改造。

1 存在的问题

用于HRS循环酸泵轴密封的压缩空气由基地集中供应，该压缩空气主要用于仪表和工厂风等，原采用分子筛干燥机进行干燥，经过分子筛干燥后空气露点为4 ℃，w(H2O)为6.3 g/m3。干燥后的压缩空气能够满足仪表技术需要，而HRS泵轴密封处有硫酸雾，空气中的水与循环酸槽中的硫酸雾接触形成稀酸，会造成泵轴进空气部位周围腐蚀，导致泵振动增加。由于HRS泵是液下泵，泵轴长达3 m，泵的振动增加后会出现叶轮摩擦扣环和衬套，缩短泵轴运行寿命，造成装置被迫停车检修。在泵的检修过程中需要进行排酸、吊泵、灌酸等操作，增大了安全风险。同时，因更换酸泵需要的时间较长，会带来巨大的经济损失。

2 解决方案

对现有的压缩空气干燥方式进行改造，结合装置的生产实际，从可行性、经济性等角度综合考虑，选用w(H2SO4)98.5%的浓硫酸作为吸水剂，吸水后w(H2SO4)为95%，降低压缩空气中的水分含量，从而保护HRS循环酸泵轴不被腐蚀。

2.1 压缩空气干燥流程

来自基地的压缩空气经过减压后，通过进气阀从干燥塔底部进入干燥塔内，经过环形分布管和分布板后穿过两层磁环填料与塔内的浓硫酸充分接触从而被干燥，干燥后的空气通过干燥塔顶部的出气管送至HRS循环酸泵轴封处，流程见图1。

图1 压缩空气干燥流程

2.2 操作方法

硫酸干燥塔的操作方法如下：

1）灌酸。灌酸时先将仪表空气的旁路阀打开，再依次关闭进气阀和出气阀，仪表空气暂时走旁路，再打开干燥塔顶部的排气阀，关闭干燥塔下部的排酸阀，然后打开灌酸阀开始灌酸，当液位升至规定高度时关闭灌酸阀停止灌酸，再关闭干燥塔顶部的排气阀，灌酸完成。

2）通仪表空气。先打开干燥塔底部的进气阀，再打开塔顶的出气阀，然后关闭仪表空气旁路阀，仪表空气经干燥后送至HRS循环酸泵轴封处。

3）排酸。运行一段时间后，由于干燥塔内浓硫酸吸收了仪表空气中的水分，干燥塔内液位会上涨，当液位上升至规定高度后，需要进行排酸操作后再重新灌酸。排酸时先将仪表空气切换至旁路，再打开干燥塔顶排气阀，然后打开干燥塔底部的排酸阀将干燥塔内的硫酸排至成品地槽，直到排尽为止。

3 干燥塔设计

3.1 干燥塔的计算

已知条件：压缩空气流量为4 m3/h，压力为0.2 MPa，w(H2O)为1.749%，压缩空气(42 ℃、0.2 MPa)密度为2.242 kg/m3，塔常温操作下w(H2SO4)为98.5%和95%的硫酸密度约为1.83 g/cm3，水的密度为1 g/cm3。

4 m3/h空气的含水量为4 × 1.749% × 2.242 ×103=156.85 (g/h)。

采用内径为300 mm的钢管作为干燥塔体，考虑到气体从塔底上升的过程中会带一定的酸进入气相，塔身的高度要预留一定高度便于气液分离，防止酸带入除雾器。总塔高设计为1 250 mm，酸液位控制在1 000 mm。

经过试验得干燥塔中填料约占1/3，酸约占2/3，由此可得：

填料和酸的总体积V1=3.14×0.152×1=0.071 (m3)；

塔内填料的体积V2=0.071×1/3=0.023 64 (m3)；

塔内酸的体积V3=0.071-0.023 64=0.047 36 (m3)；

w(H2SO4)95%硫酸的质量为0.047 36×1.83× 103=86.67 (kg)。

设w(H2SO4)98.5%的硫酸有Xkg，根据溶质和溶液的关系有：

解得X=83.59

塔内吸收水的总质量为86.67-83.59=3.08 (kg)

由于4 m3空气的水含量为156.85 g，一个吸水周期至少用时为3.08×103/156.85=19.6 (h)。

液位计安装高度为1 100 mm，w(H2SO4)95%硫酸的最高液位为91%，w(H2SO4)98.5%硫酸的最高液位为88%。

3.2 干燥塔结构

在现有成品酸地槽上方150 mm位置安装干燥塔，仪表空气由干燥塔底部进入，经干燥塔内浓硫酸干燥后的空气由干燥塔顶送出至HRS循环酸泵轴封处。

3.2.1 外部结构

干燥塔用内径300 mm、高1 250 mm的316L不锈钢材料制作而成。干燥塔顶部安装DN25 mm的排气管，底部安装DN25 mm的排酸管，上部侧面焊接1个DN25 mm的进酸管，下部侧面焊接1个DN25 mm的仪表空气进气管。塔底至塔顶150 mm处安装1根透明四氟液位管，作为排酸、灌酸的参考。干燥塔下方制作支架，并焊接固定在成品酸地槽上，管线设置根部阀、三联件和隔离阀。

3.2.2 内部结构

干燥塔底部为环形分布管和第一层空气分布板，分布管距干燥塔底部和分布板均为50 mm，分布管由3个支座固定在塔底板上。分布管和分布板上分别均匀开有若干小孔，其作用是分布和挤压破碎空气、减少和减小气泡，以便更好地干燥空气。分布板上装有高度为300 mm的第一层磁环填料，作用是在增加空气停留时间的同时再次对气泡挤压破碎，并且使酸均匀分布，进而与空气充分接触。在第一层填料上方100 mm处设置第二层分布板，此分布板上方同样装填300 mm高度的磁环填料，其作用与第一层填料相同。在此填料上方200 mm处设置第三层分布板，在此分布板上方铺设直径为300 mm、厚度为50 mm不锈钢丝网，支撑上部厚度为50 mm的除雾纤维，作用是捕捉酸雾，防止干燥空气携带酸雾，其上方同样铺设直径为300 mm、厚度为50 mm不锈钢丝网，用以固定除雾纤维，防止空气将除雾纤维吹翻。干燥塔结构见图2。

图2 干燥塔结构

4 改造后运行效果

改造后，HRS循环酸泵运行正常，泵轴的腐蚀明显减少。在轴封空气与泵轴接触的周围未出现明显腐蚀，延长了泵的使用周期。在干燥塔的操作过程中，由于后期加强了对仪表空气水含量的控制，延长了干燥塔的换酸操作周期，换酸约一周一次。

5 结语

采用在干燥塔内用浓硫酸对压缩空气进行干燥的优化设计方案，在现有装置的基础上进行改造，工程量较小，投资成本低，且运行风险小。HRS循环酸泵改造后投入运行以来，轴封处未发生被腐蚀现象，运行效果良好，为装置的安全、平稳、长周期运行打下了坚实的基础。