鐘永宏，王擁軍，鄭衛(wèi)群

(1.南京高源環(huán)保工程有限公司，江蘇 南京 210009； 2.河南豫光金鉛集團有限公司，河南 濟源 454650)

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陽極保護技術在豫光金鉛350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)中的應用

鐘永宏1，王擁軍2，鄭衛(wèi)群2

(1.南京高源環(huán)保工程有限公司，江蘇 南京 210009； 2.河南豫光金鉛集團有限公司，河南 濟源 454650)

介紹了陽極保護酸冷卻器、陽極保護槽管式分酸器、陽極保護濃硫酸輸酸管道在大型冶煉煙氣制酸系統(tǒng)中的應用。新型陽極保護控制系統(tǒng)和基于3G網(wǎng)絡的遠程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了設備售后服務的數(shù)字化、信息化管理，服務零距離。

銅冶煉； 煙氣制酸； 陽極保護； 遠程控制

1 陽極保護技術在豫光的應用概況

河南豫光金鉛冶煉渣處理技術改造工程，是豫光金鉛股份公司含銅冶煉渣綜合回收利用項目，總投資20億元，年產(chǎn)10萬t電解銅，35萬t硫酸，硫酸系統(tǒng)采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝。河南豫光集團共有6套冶煉煙氣制酸裝置，豫光金鉛股份公司有3套鉛冶煉和銅1套冶煉煙氣制酸裝置，豫光鋅業(yè)有2套鋅冶煉煙氣制酸裝置，其中豫光金鉛集團的350 kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置最大。1996年豫光集團首次使用陽極保護酸冷器，其傳熱效率高，節(jié)省占地，耐腐蝕性能好，使用壽命長，大大提高了開車率，此后企業(yè)的硫酸裝置中均采用陽極保護酸冷器。2008年豫光鋅業(yè)開始在制酸系統(tǒng)采用陽極保護槽管式分酸器、陽極保護不銹鋼輸酸管道，徹底解決了干吸工段泄露問題，硫酸裝置的整體開車率得到提高。在積累了多年成熟使用經(jīng)驗的基礎上，350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)干吸工段全部采用陽極保護管殼式酸冷器、陽極保護槽管式分酸器、陽極保護不銹鋼輸酸管道，并且采用陽極保護遠程監(jiān)控系統(tǒng)，確保陽極保護系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行。

2 陽極保護技術在350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)的應用

2.1 陽極保護酸冷卻器

由于350 kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置循環(huán)酸量大，受冶煉煙氣SO2濃度的變化酸溫、酸濃波動較大，故酸冷器的換熱面積富余量較大，以提高操作彈性。酸冷器設計時采用CFX、ANSYS、FLUENT等軟件對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，確保換熱器的參數(shù)在工作下最佳，提高設備性能。考慮到大循環(huán)酸量下?lián)Q熱管的震動問題，采用ASPEN設計軟件對酸冷器進行震動校核，確保換熱管內(nèi)外循環(huán)介質(zhì)流動時不產(chǎn)生震動。硫酸的平均流速控制在0.6 m/s以下，同時酸冷器中各部位(如進入管束、橫流速度、折流板位置等)流速均在1 m/s以下，以防止硫酸對換熱管沖刷腐蝕。干燥酸冷器和一吸酸冷器面積較大，采用7.5 m換熱管，8根陰極在酸冷器兩端對穿，電流分布更均勻，電位更穩(wěn)定，對穿陰極檢修時更換陰極更方便。

350 kt/a銅冶煉煙氣制酸陽極保護酸冷卻器的工藝參數(shù)見表1。

2.2 陽極保護槽管式分酸器

豫光金鉛兩套鉛冶煉制酸裝置干吸塔中分酸器原采用低鉻鑄鐵管式分酸器。鑄鐵管式分酸器分酸點少(一般只有25點/m2)，安裝復雜，重量大，法蘭連接點多，壽命短。生產(chǎn)中分酸不勻，氣體與酸接觸不良，對氣體的干燥、吸收效率產(chǎn)生不利影響，尾氣SO2超標。2008年豫光鋅業(yè)200 kt/a鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)開始采用陽極保護槽管式分酸器。槽管式分酸器分酸點多，分酸點≥42點/m2，自由通氣面積大、不堵塞、酸沫夾帶少，操作彈性大。同時耐腐蝕性能好，相比耐腐蝕合金的分酸器性價比高。最初由于陽極保護槽管式分酸器在降液管的頂部下酸，硫酸必須全部漫過降液管。而降液管很難保證在同一水平面上，部分降液管在液面之上沒有酸流下來，分酸不均造成偏流，雖然進行改進但仍不理想。

表1 350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)陽極保護酸冷卻器工藝參數(shù)

各生產(chǎn)廠家設計的陽極保護槽管式分酸器結(jié)構(gòu)形式都不同，350 kt/a銅冶煉煙氣制酸干吸塔的塔徑為Φ6 800 mm，比較大，經(jīng)過考察、分析、對比，最終決定采用兩級分酸、降液管帶溢流槽的分酸器。

2.2.1 結(jié)構(gòu)

分酸裝置的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，進酸主管與上酸管法蘭連接。為安裝、檢修方便，分酸支管與進酸主管多采用法蘭連接。分酸槽采用304L不銹鋼整板一次折彎成型，降液管規(guī)格根據(jù)管內(nèi)酸的流速確定，通常酸在管內(nèi)的流速低于0.6 m/s，防止沖刷腐蝕，且更有利于陽極保護。350 kt/a銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)采用規(guī)格為Φ25 mm×2的316L不銹鋼管伸入槽體，分酸點≥40點/m2。

1-進酸主管； 2-分酸支管； 3-T形管； 4-分酸槽圖1 分酸裝置結(jié)構(gòu)圖

分酸槽上設置吊耳，利用在井字梁下的吊桿調(diào)整分酸器的水平。該設計通過T型管和降液管(如圖2)頂部的特殊結(jié)構(gòu)，使硫酸均勻溢流入降液管，同時避免雜質(zhì)堵塞分酸管。

1-吊耳； 2-分酸槽； 3-T形管； 4-降液管圖2 分酸槽結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 特點

(1)分酸器采用兩級分酸，分酸支管中設置節(jié)流孔板進行一級分酸，分酸槽中降液管進行二級分酸，分酸更均勻。

(2)分酸支管下部設置T型管，T型管上分布一定數(shù)量的圓孔，這種特殊結(jié)構(gòu)使酸均勻平穩(wěn)分流到分酸槽中，避免了酸對周邊降液管的沖刷腐蝕，同時防止酸翻出分酸槽。

(3)降液管上部溢流口設計(見圖2)，保證了每一個降液管中均勻滿管出酸，降液管內(nèi)壁得到有效保護。這種溢流口也有效地防止了雜質(zhì)以及碎磁環(huán)堵塞分酸管。

(4)分酸槽和分酸支管上均布置特殊結(jié)構(gòu)的陰極，整個分酸器得到有效保護，陰極線由特殊材料鋼性連接，采用特殊密封結(jié)構(gòu)引出塔外。

(5)在整個分酸器的幾個特殊點布置參比電極，陽極保護控制電位更精確，參比電極采用耐腐蝕GY-2型合金材料，電位穩(wěn)定基本沒有腐蝕，參比電極線采用特殊密封結(jié)構(gòu)引出塔外。

2.2.3 運行情況

槽管式分酸器2013年12月全部安裝完畢，2014年2月通酸調(diào)試，三塔分酸器酸流動非常平穩(wěn)，沒有酸霧，液面高度基本在溢流口的四分之三位置，一個塔中6個分酸槽，槽體中液位基本水平，1 500多個降液管均滿管下酸，分酸均勻。酸泵循環(huán)24 h后停止，排完酸后洗塔的碎瓷環(huán)均留在分酸槽的底部，沒有碎瓷環(huán)進入降液管。陽極保護運行數(shù)據(jù)穩(wěn)定正常，陰極、陰極線、參比電極、參比電極線連接可靠。這種結(jié)構(gòu)的分酸器徹底解決了陽極保護槽管式分酸器分酸不均，碎瓷環(huán)堵塞降液管的問題。2014年3月投產(chǎn)以來，設備運行穩(wěn)定，陽極保護系統(tǒng)數(shù)據(jù)正常，干燥率、吸收率明顯提高。

2.3 陽極保護管道

陽極保護管道以優(yōu)良的耐腐蝕性能和高性價比在各硫酸生產(chǎn)企業(yè)廣泛采用，相比高硅不銹鋼的輸酸管道，性價比更高。特點如下：

(1)采用普通檔次的奧氏體型不銹鋼管道316L配以陽極保護技術，腐蝕率低且經(jīng)濟實用，特別適用于高溫酸輸送及單產(chǎn)規(guī)模較大的大口徑硫酸管道，具有簡單、耐用、美觀、經(jīng)濟的優(yōu)點。

(2)陽極保護濃硫酸管道的防腐蝕效果非常顯著，保護后的管道腐蝕速率不超過0.05 mm/a，實際使用中更低，大部分在0.01～0.03 mm/a。

(3)陰極、參比電極結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定，使用壽命長。

(4)使用帶陽極保護的干吸酸管道，法蘭連接少，重量輕，漏酸機率低，無需大量備品備件，生產(chǎn)安全，同時硫酸的質(zhì)量提高。

(5)硫酸生產(chǎn)規(guī)模越大，酸溫越高，陽極保護管道的綜合效果越好。

2008年豫光鋅業(yè)的200 kt/a鋅冶煉制酸系統(tǒng)開始采用陽極保護不銹鋼輸酸管道，一直以來運行效果良好，徹底解決了干吸工段管道泄露問題。350 kt/a銅冶煉制酸系統(tǒng)由于循環(huán)酸量大，三塔循環(huán)量為900 m3/h，相對管徑較大，而干燥塔為負壓操作，回酸的流動不平穩(wěn)，同時一吸塔、二吸塔回酸管中回帶SO2或SO3氣體，所以將三條回酸管塔底的彎頭改為三通，下塔的酸在三通底部緩沖后再回到循環(huán)槽，酸的流動更穩(wěn)定，沖刷腐蝕小，陽極保護效果明顯。

2.4 新型陽極保護控制系統(tǒng)

豫光集團原煙氣制酸系統(tǒng)酸冷器的恒電位儀均采用模擬電路分立元件制作，電子元件多，穩(wěn)定性差，抗干擾能力不高，電位采用硬件調(diào)節(jié)，由于硫酸生產(chǎn)現(xiàn)場腐蝕性氣體和粉塵較多，硬件磨損失效情況時有發(fā)生。

350 kt/a銅冶煉制酸采用新型陽極保護控制系統(tǒng)，下位機采用最新式高可靠性大存儲容量uPSD325x系列單片機，該單片機功能強大，可以大大減少外圍擴展芯片，同時提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。上位機采用嵌入式工控系統(tǒng)，配21寸顯示器，用鍵盤和鼠標操作，通過軟件設置下位機的所有參數(shù)，并使用485通訊方式MODBUST通訊協(xié)議下傳給各下位機；同時，下位機的各監(jiān)控點的取樣數(shù)據(jù)也通過485通訊方式實時上傳到本上位機，上位機對各上傳數(shù)據(jù)做相應的記錄、顯示和報警等處理?？刂凭雀摺⒉僮骱唵?、人機界面直觀簡單。

2.5 基于3G的陽極保護遠程實時在線監(jiān)控系統(tǒng)

陽極保護酸冷器、分酸器、管道等設備在硫酸生產(chǎn)中長期穩(wěn)定運行非常關鍵。只有陽極保護控制系統(tǒng)即恒電位儀長期穩(wěn)定運行，才能保護設備(酸冷卻器、分酸器、管道)不被腐蝕，保證設備的使用壽命。硫酸生產(chǎn)中工藝參數(shù)難免出現(xiàn)波動，而出現(xiàn)波動時恒電位儀顯示的數(shù)據(jù)也隨之變化，一線員工難以正確判斷恒電位儀正常還是故障。因此首先要做好設備的基礎管理工作，做好日常點巡檢工作，掌握設備的運行狀態(tài)，保障設備經(jīng)濟良好穩(wěn)定運行。通過對設備進行預防性檢查，查明事故原因，采取消除故障的措施，保持設備性能高度穩(wěn)定，延長設備零部件的使用壽命，提高設備運行效率。同時為做好修理、維護準備和安排修理計劃提供有利條件。但點巡檢工作也存在一些漏洞，具體在以下幾個方面：

(1)點巡檢工作依賴于一線員工的主動性和責任心，具體工作難以考核。

(2)隨著安全生產(chǎn)要求的提高，一線員工的工作負荷有所加大，忙中出錯幾率增大。

(3)點巡檢工作要求相關人員及時發(fā)現(xiàn)問題并采取必要措施，防止故障放大。這需要一線員工充分掌握設備性能，具備豐富應用經(jīng)驗，但面對種類繁多的工藝設備，很難面面俱到。

(4)對于已造成故障的設備，企業(yè)若無法自行解決，一般需要生產(chǎn)廠家技術人員到現(xiàn)場協(xié)助解決，由于地域交通等限制，設備難以第一時間恢復運行。

豫光金鉛350 kt/a銅冶煉制酸有13套陽極保護系統(tǒng)，對儀表工的要求很高，而基于3G網(wǎng)絡的陽極保護遠程實時在線監(jiān)控系統(tǒng)，可遠程實時無線監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)。報警信息通過3G網(wǎng)絡傳送到預先設定的現(xiàn)場管理人員或設備生產(chǎn)廠家售后服務部門人員的手機及電腦上，設備廠家售后服務人員可以在第一時間得到現(xiàn)場報警信號，并通過監(jiān)控中心查看數(shù)據(jù)，分析故障，遠程操作，修復故障。充分提高了效率，降低了時間成本、人力成本，增進了與現(xiàn)場管理人員交流和聯(lián)動，設備平穩(wěn)運行得到進一步保障。圖3為陽極保護遠程實時在線監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖。

圖3 陽極保護遠程實時在線監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖

3 結(jié)束語

豫光金鉛350 kt/a銅冶煉制酸系統(tǒng)2014年3月投運以來，酸冷器、分酸器、管道運行狀況良好，均達到設計要求，陽極保護參數(shù)穩(wěn)定，特別是陽極保護槽管式分酸器運行效果理想。新型陽極保護?？刂葡到y(tǒng)和基于3G網(wǎng)絡的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了設備廠家對用戶的零距離服務，可及時根據(jù)設備運行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)存在的隱患并排除。陽極保護所有的運行數(shù)據(jù)均有記錄可查，實現(xiàn)了數(shù)字化、信息化的管理，為硫酸系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行提供了有力的保障。

[1] 張明濤.陽極保護管殼式酸冷器的實際應用[J].硫酸工業(yè)，2002，(3)：25-27.

Application of anodic protection technology in flue gas acid making system of 350 kt/a copper smelting in Yuguang Gold and Lead Group Co.,Ltd.

ZHONG Yong-hong,WANG Yong-jun,ZHENG Wei-qun

The application of anodic protected acid cooler,anodic protected tank-pipe type acid regulator and anodic protected acid conveying pipeline of concentrated sulphuric acid in flue gas acid making system of large-scale smelting were introduced.The digitalization of after-sales service of devices,management informatization and closer service were realized by the ways of new anodic protection control system and remote control system based on 3G network.

copper smelting; flue gas acid making; anodic protection; remote control

鐘永宏(1973—)，男，南京人，大本學歷，從事產(chǎn)品研發(fā)、企業(yè)管理工作。

2014-05-12

2014-09-16

TQ111.1

B

1672-6103(2015)01-0056-04