湿法制硫酸工艺的仪表选型探讨

自动化仪表PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol.40No.9

Sep.2019

第40卷第9期

2019年9月

湿法制硫酸工艺的仪表选型探讨

陈丽君

(中海油石化工程有限公司，山东青岛266100)

摘要：湿法制硫酸(WSA)装置工艺复杂，对仪表材质及仪表选型设计要求较高。通过分析WSA装置的工艺特点，指出该工艺具有高温、高压及存在酸性腐蚀等特殊工况。结合以往的工程设计经验，对仪表选型进行研究,讨论了各种常用仪表及控制阀的选型设计方案和注意事项,并提出了材质选择的建议。介绍了反吹法在WSA装置中的应用，为今后进行WSA装置的工程设计提供参考。合 理的仪表选型不仅可以保证仪表的长久高效使用，维护控制系统的正常运行，而且会影响到工艺指标以及产能、成本等各项技术经济指标的实现。因此,对仪表选型的研究具有十分重要的意义。

关键词：WSA；硫酸；腐蚀；高温；高压；仪表选型；材质选择；反吹法

中图分类号：TH862文献标志码：A DOI：10.16086/ki.issnl000-0380.2019010030

Discussion on Instrument Selection for WSA Process

CHEN Lijun

(CNOOC Petrochemical Engineering Co.,Ltd.,Qingdao266100,China)

Abstract:Wet gas sulfuric acid( WSA)device features complex process and high design requirements for instrument materials and instrument model selection.Through analyzing the process characteristics of WSA device,it is pointed out that the process has special working conditions such as high temperature,high pressure and acid bining with the previous experience of engineering design,the instrument model selection is studied,the model selection design scheme and precautions of several commonly used instruments and control valves are discussed,and the suggestions of materials selection are put forward,finally the application of reverse blowing method in WSA device is introduced,so as to provide reference for the future engineering design of WSA device.Reasonable instrument selection can not only ensure the long-term and efficient use of the instrument,and maintain the normal operation of the control system,but also affect the realization of technical and economic indicators such as process index,production capacity,cost,etc.,so it is of great significance to the study on instrument selection.

Keywords:Wet gas sulfuric acid(WSA)；Sulfuric acid；Corrosion；High temperature；High pressure；Instrument selection；Material selection；Reverse blowing method

o引言

湿法制硫酸(wet gas sulphuric acid,WSA)工艺是丹麦托普索公司20世纪80年代开发的，用于从H?S 和其他含硫化合物中回收硫并转化成高浓度的商品级浓硫酸⑴。由于WSA装置的生产过程中存在高温、高压场合，且酸性过程介质具有易腐蚀的特性，一旦发生泄漏将对人身安全和环境污染造成极其严重的影响。因此，对WSA装置的仪表选型提出了特殊要求。通过分析WSA装置的工艺特点和工况条件，结合实际应用经验，对该装置中应用的各类仪表的选型设计进行了深入研究，供广大设计人员参考与探讨。

1WSA装置的工艺特点分析

WSA装置的工艺过程主要包括酸性气的焚烧、so2的转化及冷却、SO3的水合冷凝和蒸汽系统四大部分⑵。具体描述为:酸性气燃烧生成so2,so2含湿气体经冷却后进入S02转化器生成SO3,SO3和携带的水蒸气进入冷凝器直接冷凝成硫酸。发生的反应主要如下：

H2S+ 1.5O2^H20+SO2(1)

SO?+0.5O2OSO3(2)

SO3+H2OTH2SO4(3)

收稿日期:2019-01-12

作者简介:陈丽君(1982—)，女,硕士,工程师,主要从事石油化工自动化方向的设计工作,E-mail:chenljl5@

・98・自动化仪表第40卷

典型工艺流程如图1所示。

尾气

过热蒸汽

图1WSA装置典型流程图

Fig.1Typical process of WSA device

从WSA的流程和反应过程可以看出，装置中含有H2S,SO2,SO3,氧气、硫酸蒸汽、浓硫酸等过程介质⑶，极易发生腐蚀。S03的水合冷凝过程是产生酸性腐蚀工况的重要阶段。腐蚀主要分为以下两种。一种是由于硫酸蒸汽在冷凝过程中容易产生酸雾导致的腐蚀。工艺包在WSA冷凝器的上游安装了酸雾控制器，通过焚烧硅油蒸汽生成含有硅微粒的气流。这些微粒被加入到工艺气冷却器下游含有SO3的工艺气中，可以很好地抑制在WSA冷凝器中形成酸雾。另一种是当管道或设备内壁的温度低于硫酸的露点温度时而产生的露点腐蚀,需要采用自动控制的手段对过程气温度进行严格监控,防止硫酸冷凝而造成腐蚀。因此,在易产生酸性腐蚀的管道和设备上的仪表选型必须满足耐酸性腐蚀的要求,特别是选用合适的耐酸性腐蚀材料。

高温高压工况主要存在于酸性气的焚烧和蒸汽系统阶段。例如在酸性气焚烧过程中，焚烧炉内的温度可达到1200弋；高压蒸汽出装置最高压力可达4.5MPa,操作温度为450弋。此工况下的仪表选型也应特别注意。

这两种工况都对仪表的可用性和可靠性提出了严苛的要求,是设计和安装过程中必须特别考虑的因素。

2耐酸性腐蚀材料的选择

根据WSA装置过程介质的酸性腐蚀特性,仪表设备材料可以选择多种非金属或金属材料，以满足使用要求。

采用耐酸性腐蚀的非金属材料作为衬里,可以很好地将酸性介质与仪表本体采用的碳钢或不锈钢材料隔离，以达到防止腐蚀的目的。这种方式经济实用，应用较为广泛。常用的非金属材料有聚四氟乙烯(PTFE)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)等。PTFE热稳定性能好，且具有较好的化学稳定性,耐腐蚀性较强，可耐各种浓度的硫酸、盐酸等⑷。PFA与PTFE具有几乎一样的耐酸碱和耐高温等特性,工作温度最高可达260弋。但PFA具有更好的热塑性，更易于加工成型。

常用于硫酸介质的金属材料主要有铉、哈氏合金⑸等。在实际应用中，从经济实用的角度出发，将两种材料结合使用更为合理。

3仪表选型设计

3.1温度仪表选型

为了满足不同操作温度的测量要求，选用了两种温度测量元件:PtlOO热电阻和热电偶。最高温度不超过500弋时选用热电阻，超过500弋时选用热电偶。温度计套管材质则根据实际工况选用了不同的耐高温材料；在温度超过500弋的工况选用耐高温性能优异的SS347H；而对焚烧炉烟气温度检测则选用了陶瓷、碳化硅内衬刚玉真空烧结复合套管的R型热电偶。温度计套管的选用不但要考虑适应工况,还应从安装及维护保养方便、经济耐用等角度综合考虑。

介质为过程气、烟气、硫酸等可能产生酸性腐蚀情况下的温度检测仪表，采用了非金属材料隔离的方法O 3.2压力仪表选型

在易产生酸性腐蚀的工况中使用时，考虑到压力仪表引压管结构复杂、易被腐蚀导致泄漏的问题,优先选用膜片隔离式的压力检测仪表。接液部分通过膜片来隔离酸性介质。因此,就地压力测量仪表一般选用隔膜压力表，远传压力测量仪表选用单法兰隔膜密封型压力变送器，膜片材质亦可选用316LSS衬PTFE、铉或哈氏C合金等。此外，在用于硫酸工况测量时，隔膜压力表及单法兰压力变送器宜佩戴冲洗环,用于在仪表维护时泄压,以避免拆卸过程中介质喷溅造成人员伤害⑹。

3.3流量仪表选型

根据实际生产过程中的长期使用经验,强酸性液体的流量测量一般可选用电磁流量计或外夹式超声波流量计。外夹式超声波流量计无接液部件，可以不考虑腐蚀问题。但是硫酸工艺管道一般使用耐腐蚀内衬，若内衬与管道之间存在气隙,会给外夹式超声波流量计的测量带来影响。而电磁流量计由于其独特的测量原理,只需根据工况选用耐酸性腐蚀的衬里材料和电极材料，就可以很好地解决腐蚀问题。因此,本工况选用电磁流量计满足使用要求，电磁流量计的衬里可选用PTFE或PFA等材质，电极材质可选用铉合金或哈氏合金⑺。对于带非导电内衬的工艺管道,为保证