淺談無水氫氟酸回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐出氣管路設(shè)計(jì)論文
0 引言
在無水氟化氫生產(chǎn)中，反應(yīng)爐生成的粗氟化氫氣體具有高溫、高毒、強(qiáng)腐蝕的特性，并且夾帶一定量的粉塵。這些特性給輸送管道的選材、敷設(shè)方式等提出了很高的設(shè)計(jì)要求。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致泄漏、堵塞等情況發(fā)生，不但影響生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，而且極易發(fā)生人員傷亡等安全事故。
1 氟化氫的特性
氟化氫為無色液體或氣體，分子量為20.01，易溶于水。其沸點(diǎn)19.5℃，不可燃。屬高度危害介質(zhì)，空氣中最高容許濃度為1mg/m3。其毒性危害是對(duì)呼吸道粘膜及皮膚有強(qiáng)烈的刺激作用，吸入高濃度的氟化氫可引起支氣管炎和肺炎，甚至產(chǎn)生放射性窒息。氟化氫對(duì)金屬、玻璃及含硅的物體有強(qiáng)腐蝕性，若遇高熱，容器內(nèi)壓迅速增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。
2 工藝流程簡(jiǎn)述
無水氟化氫生產(chǎn)工藝，是以螢石粉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98% 的濃硫酸及發(fā)煙硫酸為原料，在回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐中加熱生成粗氟化氫氣體，經(jīng)洗滌、冷凝、精餾、脫氣等操作得到無水氟化氫產(chǎn)品，副產(chǎn)品為氟硅酸及石膏。
反應(yīng)所需的熱量由通入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐夾套內(nèi)的煙道氣供給。進(jìn)入夾套內(nèi)的煙道氣溫度約為530℃，離開夾套內(nèi)的煙道氣溫度約為420℃。反應(yīng)系統(tǒng)為微負(fù)壓操作，回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐爐頭負(fù)壓維持在約-5mmH2O，溫度約為120 ～ 200℃。
反應(yīng)生成的粗氟化氫氣體，其主要成分是HF，還有少量SiF4、CO2、SO2、H2O、H2SO4、空氣及粉塵。粗氟化氫氣體進(jìn)入洗滌塔洗去粉塵，再經(jīng)冷凝器冷凝后進(jìn)入粗氟化氫儲(chǔ)槽。粗氟化氫液體定量進(jìn)入精餾塔，塔底物料和重組分水、H2SO4 等不定期收集流至洗滌酸循環(huán)槽進(jìn)入洗滌酸循環(huán)系統(tǒng)，塔頂氟化氫經(jīng)冷凝后進(jìn)入脫氣塔。精餾塔再沸器和脫氣塔再沸器用熱水加熱，精餾塔冷凝器和脫氣塔器冷媒為-15℃乙二醇。從脫氣塔頂排出的氣體進(jìn)入H2SO4 吸收塔處理。從脫氣塔底部得到的無水氟化氫成品，經(jīng)成品冷卻降溫后進(jìn)入無水氟化氫檢驗(yàn)槽，分析合格后經(jīng)無水氟化氫檢驗(yàn)槽液下泵送至罐區(qū)無水氟化氫儲(chǔ)槽儲(chǔ)存。
3 管路的設(shè)計(jì)要求
3.1 管路材質(zhì)的要求
反應(yīng)爐生成的粗氟化氫氣體溫度高且具有極強(qiáng)的腐蝕性，因此要選用既耐高溫、耐腐蝕，又滿足強(qiáng)度要求的鋼襯四氟乙烯管道輸送。但由于物理機(jī)械性能的.限制，鋼襯四氟乙烯管道及附件只能預(yù)制，不能現(xiàn)場(chǎng)切割、加工及改造。這就要求配管設(shè)計(jì)要力求準(zhǔn)確無誤，避免給安裝工程造成實(shí)際困難和材料的浪費(fèi)。
3.2 管路功能的要求
本裝置選用的回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐型式為SRS56-0090-00，出氣口直徑為DN700。洗滌塔規(guī)格為Φ1300×10960，進(jìn)氣口直徑為DN600。根據(jù)工藝流程， 連接兩個(gè)設(shè)備管口的管道直徑為DN600，反應(yīng)爐出口要做DN700 到DN600 的變徑。為保證反應(yīng)系統(tǒng)微負(fù)壓操作，管路需引出3 個(gè)平衡管線，其公稱直徑分別為DN200、DN50、DN50，其中DN200 的管道上需安裝手控閥門。此外管路上還需設(shè)置三個(gè)儀表點(diǎn)，用于工作溫度和壓力的監(jiān)測(cè)，其接口直徑分別為DN30、DN40、DN50。
3.3 管路安裝的要求
為便于管道安裝及物料輸送，將回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐出氣口與洗滌塔進(jìn)氣口布置在同一平面內(nèi)。再根據(jù)設(shè)備布置圖以及設(shè)備制造廠商提供的設(shè)備裝配圖，計(jì)算出回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐出氣口與洗滌塔進(jìn)氣口兩節(jié)點(diǎn)的三維間距，橫向間距為3620mm，縱向間距為0mm，高差為2860mm，管口方位上互成90°角。
由于管路中含有一定量的粉塵，為避免堵塞洗滌塔、冷凝器及精餾設(shè)備，此段管路以反應(yīng)爐坡向洗滌塔的布置方式為宜。根據(jù)兩接口節(jié)點(diǎn)間距計(jì)算出坡角約為39°。由于輸送介質(zhì)具有高溫的特性，還必須充分考慮管道的柔性設(shè)計(jì)。此外，由于管路整體處于主框架外，閥門、儀表等附件應(yīng)貼近反應(yīng)爐出氣口布置，依靠反應(yīng)爐進(jìn)料端操作平臺(tái)進(jìn)行操控和觀測(cè)。
4 設(shè)計(jì)方案
綜合上述設(shè)計(jì)要求，考慮如下配管設(shè)計(jì)方案 本裝置用DN700×700×600 的51°斜異徑三通實(shí)現(xiàn)變徑，異徑三通的自由端用帶四個(gè)接管的法蘭蓋封堵，四個(gè)接管分別為DN30、DN40 和DN50 的三個(gè)儀表口以及DN200 的平衡管口，使閥門、儀表的位置靠近操作平臺(tái)，便于操控和觀測(cè)。管路中央設(shè)置波紋管補(bǔ)償器，為管路提供熱補(bǔ)償。帶接管短管用來接兩個(gè)DN50 的平衡管，由于混酸槽及洗滌循環(huán)槽位于主框架內(nèi)，因此兩個(gè)帶接管短管靠近洗滌塔布置。帶接管短管與洗滌塔進(jìn)氣口之間以帶200mm 短節(jié)的39°彎頭連接，實(shí)現(xiàn)兩設(shè)備管口90°角的轉(zhuǎn)向。
為有效防止粉塵進(jìn)入洗滌塔及后續(xù)裝置，造成設(shè)備的損毀、生產(chǎn)的停滯及安全事故的發(fā)生，還可以在洗滌塔進(jìn)氣口處增設(shè)震動(dòng)、除塵或噴淋裝置，使氣體夾帶的粉塵返回反應(yīng)爐中。
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