3WSA操作法.docx
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3WSA操作法
合成氨甲醇分厂
甲醇装置
WSA硫酸装置岗位操作法
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合成氨甲醇分厂
目录
1.岗位的任务3
1.1岗位的目的及意义3
1.2原料及产品规格3
2.专责范围4
2.1领导关系及分工4
2.2对外联系4
2.3所属设备及管线5
3.生产原理及工艺流程5
3.1生产原理5
3.2工艺流程叙述6
3.4工艺流程图7
4.设备构造9
4.1主要设备简述9
4.2设备一览表10
5.操作方法12
5.1开车12
5.1.1原始开车12
5.1.2正常开车23
5.2停车31
5.3正常操作要点38
5.4技术操作条件42
5.5故障处理42
6.安全操作规程43
1.岗位的任务
1.1岗位的目的及意义
本工序利用煤气化装置、合成氨低温甲醇洗装置、甲醇低温甲醇洗装置分离出来的富含硫化氢的酸性气体生产工业成品浓硫酸,同时降低环境污染。
具体过程是将H2S和COS经燃烧转化为SO2,SO2在催化剂作用下转化为SO3,SO3与水蒸汽反应生成硫酸蒸汽,硫酸蒸汽再经冷凝、冷却最后得到98%(Wt%)的硫酸。
本岗位操作的好坏直接影响到硫酸的产品质量、产量、消耗等。
1.2原料及产品规格
1.2.1原料
正常工况
组分
气化A
mol%
气化B
mol%
合成氨低温甲醇洗
mol%
甲醇低温甲醇洗
mol%
H2
0.01
0.01
0.19
0.1
CO
0
0
0.62
0.2
CO2
36.0
36.0
73.09
83.8
H2O
39.0
39.0
0
0
H2S
10.0
10.0
11.99
11.70
NH3
12.0
12.0
0
0
COS
0
0
3.25
3.90
HCN
2.0
2.0
0.25
0.25
MeOH
0
0
0.24
0.10
流量Nm3/h
25-120
25-120
1705.3
1710.8
温度°C
120
120
33.9
34
压力MPa(a)
0.2
0.2
0.2
0.2
采用高硫煤工况
组分
气化A
mol%
气化B
mol%
合成氨低温甲醇洗mol%
甲醇低温甲醇洗mol%
H2
0.01
0.01
0.37
0.16
N2
balance
balance
balance
balance
CO
0
0
1.16
0.23
CO2
36.0
36.0
44.55
56.00
H2O
39.0
39.0
0
0
H2S
10.0
10.0
22.23
23.04
NH3
12.0
12.0
0
0
COS
0
0
6.00
7.63
HCN
2.0
2.0
0.46
0.25
MeOH
0
0
0.33
0.10
流量Nm3/h
25-120
25-120
920
870
温度°C
120
120
30
30
压力MPa(a)
0.2
0.2
0.18
0.18
1.2.2产品
1.2.2.1硫酸
温度
不超过40ºC
浓度
不低于98w%
压力
0.3MPag
2.专责范围
2.1领导关系及分工
本岗位在值班长领导下进行工作,岗位操作主要负责本工序的正常生产、维护、事故处理、中控室操作、指标调节及环境卫生等。
2.2对外联系
2.2.1本工序要经常与调度联系汇报生产情况。
2.2.2本工序要加强与甲醇酸脱岗位、合成氨酸脱岗位、煤气化岗位联系,了解WSA装置酸气进料变化情况,做到及时掌握,及时处理。
2.2.3本工序要经常与值班电工联系,保证电器设备安全运行。
2.2.4本工序要加强与仪表工联系,保证仪表及设备正常运行。
2.2.5本工序要加强与分析工联系,保证各项指标以及产品硫酸指标正常。
2.3所属设备及管线
燃烧炉F05101、废热锅炉E05102、汽包D05161、SO2反应器R05103、第一床层冷却器E05104、第二床层冷却器E05105、工艺气冷却器E05106、WSA冷凝器E05107、硫酸贮槽D05120、硫酸循环泵P05121A/B、空气鼓风机B05131A/B、增压鼓风机B05132A/B、硫酸冷却器E05122、空气过滤器Z05130、雾化系统Z05108A/B以及相关附属设备和本装置内所有工艺管道及公用工程管道。
3.生产原理及工艺流程
3.1生产原理
3.1.1WSA-湿接触法制硫酸的基本理论
WSA-湿接触法制硫酸主要化学反应包括:
硫化氢的燃烧、二氧化硫的转化和硫酸的生成。
(1)硫化氢的燃烧
含硫化氢的酸性气体在在焚烧炉内,与氧气充分燃烧,生成二氧化硫。
化学反应方程式为:
H2S+O2→SO2+H2O+518kJ/mol
2COS+3O2→2SO2+2CO2
若氧气量不足将发生如下反应:
2H2S+2O2→SO2+2H2O+S
因此氧气要过量,最小过量3%(V%)。
(2)二氧化硫的转化
含二氧化硫的气体进入反应器,在催化剂的作用下,生成三氧化硫。
化学反应方程式为:
2SO2+O2↔2SO3+197.6kJ/mole
二氧化硫转化反应的特点
①是可逆反应,即在二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫的同时,三氧化硫也分解成二氧化硫和氧气
②是放热反应,在生成三氧化硫的同时放出热量。
③是体积缩小的反应。
从反应方程式中可以看出,2分子的二氧化硫和1分子的氧气反应后生成2分子的三氧化硫,在反应过程中,体积减小。
④反应需要在有催化剂存在的条件下才能较快地进行。
在催化剂的作用下,合成反应进行所需要的能量大大降低,反应速度因此而加快。
(3)硫酸的生成
生成的三氧化硫与混合气中的水蒸气反应生成气态硫酸,化学反应方程式为:
SO3(gas)+H2O(gas)H2SO4(gas)+100.9kJ/mole
(4)硫酸的冷凝
气态硫酸再经冷凝得到液体硫酸
H2SO4(gas)H2SO4(l)+63kJ/mole
为防止水蒸汽大量被冷凝,需要控制好冷凝温度。
通常混合气体被冷却到95C或稍高。
经过酸冷凝器后得到98%的浓硫酸,温度约为70C左右,再用冷却水降温到40C左右。
3.2工艺流程叙述
酸性气体来源于四条独立的含硫气体管线,包括合成氨装置低温甲醇洗工序、甲醇装置低温甲醇洗工序以及两条煤气化装置的含硫气体。
四条管线气体混合后,总的硫化氢含量为11.82%(mol%)左右。
酸性气体、燃料气、热空气三股气体进入燃烧炉F05101进行燃烧,产生1000℃左右含二氧化硫的高温气体,与废热锅炉E05102进行换热后,进入二氧化硫转化器R05103。
当二氧化硫混合气体通过第一催化剂床后,二氧化硫转化率约为90%左右。
混合气体温度为503℃左右。
用6.1MPa、314℃的水蒸气(来自冷却器E05105)将反应气通过冷却器E05104冷却至415℃左右,然后进入第二催化剂床,使剩余的二氧化硫继续反应,反应后温度达到422℃左右。
用6.2MPa、279℃的水蒸气将反应气通过冷却器E05105冷却至380℃左右,水蒸气变为314℃,用于第一床混合气体的冷却。
接着混合气体进入第三催化剂床,温度变为377℃左右,使SO2的总转化率达到99.3%左右。
再用冷却器E05106将混合气体冷却至290℃左右,进入酸冷凝器E05107。
含三氧化硫的混合气体从下部进入酸冷凝器E05107,走管程。
用冷空气来冷却,冷空气由风机B05131提供。
冷空气走壳程,从酸冷凝器上部进入,从底部出口得到热空气(温度为214℃),再通过风机B05132进入燃烧炉。
同时含三氧化硫的混合气体被冷凝为98%的液体硫酸,温度为249℃左右。
浓硫酸从玻璃管内沿内壁由上向下流动,下部流出温度较高的浓硫酸先与温度为40℃左右的浓硫酸混合进入浓硫酸储罐D05120,浓硫酸温度降为70℃左右。
再经过酸冷却器E05122将浓硫酸冷却至40℃左右。
酸冷凝器E05107上部出口尾气温度为95℃左右,直接进入烟囱排空。
3.4工艺流程图
4.设备构造
4.1主要设备简述
4.1.1二氧化硫反应器
这是一个装有三段催化剂的反应器,主要由如下部件构成:
转换器主体;内径3.8米,高18.35米
第一催化剂层;
第一内部冷却器;
第二催化剂层;
第二内部冷却器;
第三催化剂层;
工艺气冷却器;
4.1.2WSA酸冷凝器
该设备为管壳式、降膜式换热器。
主要由如下部件构成:
酸冷凝器主体;长×宽:
3.90×2.12米,高8.55米
冷空气入口;
热空气出口;
气态硫酸入口;
液态硫酸出口;
尾气出口;
折流板;
玻璃管;
4.2设备一览表
序号
名称
位号
形式
数量
规格型号
设计
压力
设计温度
MPaG
℃
B
风机
1
空气鼓风机
B05131
离心式
1
34357kg/h;7.9kPa
70
2
增压鼓风机
B05132
离心式
1
12673kg/h;14.6kPa
300
D
容器槽罐类
1
硫酸贮槽
D05120
卧式
1
直径mm1600;
长mm1300
重:
800kg
100
2
汽包
D05161
卧式
1
直径mm1400;
长mm2600
重:
6900kg
6.9
286
3
燃料气
分离器
D05109
立式
1
直径mm200;
长mm800
1.0
60
E
换热设备类
1
废热锅炉
E05102
NXN
换热面积m2:
143;
设计负荷GJ/h:
13.6GJ/h
管侧压力MPaG:
0.02
管侧温度℃:
1100/450
壳侧压力MPaG:
7.1
壳侧温度℃:
288
重量kg:
8500
2
第一床层
冷却器
E05104
逆流
1
换热面积m2:
24.1;
设计负荷GJ/h:
1.94
管侧压力MPaG:
6.9
管侧温度℃:
537
壳侧压力MPaG:
0.02
壳侧温度℃:
537
重量kg:
3600
R05103内
TOPSOE
设备
3
第二床层
冷却器
E05105
逆流
1
换热面积m2:
7.49;
设计负荷GJ/h:
1.01
管侧压力MPaG:
6.9
管侧温度℃:
460
壳侧压力MPaG:
0.02
壳侧温度℃:
460
重量kg:
1700
R05103内
TOPSOE
设备
4
工艺气
冷却器
E05106
逆流
1
换热面积m2:
63.7;
设计负荷GJ/h:
3.38
管侧压力MPaG:
7.1
管侧温度℃:
371
壳侧压力MPaG:
0.02
壳侧温度℃:
452
重量kg:
8000
R05103内
TOPSOE
设备
5
硫酸冷凝器
E05107
逆流
1
换热面积m2:
817;
设计负荷GJ/h:
6.11
管侧压力MPaG:
0.02
管侧温度℃:
300/120
壳侧压力MPaG:
0.02
壳侧温度℃:
100/300
重量kg:
20600
R05103内
TOPSOE
设备
玻璃管:
1008根
6.8米/根
6
硫酸水冷器
E05122
板式
1
重量kg:
450
TOPSOE
设备
7
燃料气
冷却器
E05110
换热面积m2:
0.13;
设计负荷GJ/h:
管侧压力MPaG:
200
管侧温度℃:
0.6
壳侧压力MPaG:
65
壳侧温度℃:
270
重量kg:
32
F
燃烧器
1
燃烧炉
F05101
1
设计负荷GJ/h:
19.3
设计压力MPaG:
30
设计温度℃:
1100
P
泵类
1
硫酸泵
P05121
离心式
2
设计流量kg/h:
23967
设计温度℃:
85
电机功率kW:
5
TOPSOE设备
R
反应器
1
SO2反应器
R05103
立式
1
直径mm:
3800;
高mm:
18350
设计压力MPaG:
0.02
设计温度℃:
440
重量kg:
36800
制造材料:
CS
设计温度℃:
537
设计温度℃:
460
设计温度℃:
410
制造材料:
SS
制造材料:
C-Mo
Z
其他设备
1
雾化装置
Z05108
2
宽mm:
600;长mm:
1700
高mm:
1800
设计压力MPaG:
0.02
设计温度℃:
300
TOPSOE
设备
2
空气过滤器
Z05130
2
设计能力kg/h:
34357
设计温度℃:
70
5.操作方法
5.1开车
5.1.1原始开车
5.1.1.1概述
原始开车的程序包括
清洗
试漏
硫酸的预上料
蒸汽系统的煮沸
第一次升温
检查
催化剂的装载与卸载
WSA冷凝器内衬防酸瓷砖的处理
试车所需公用工程:
开车蒸汽、锅炉给水、冷却水、燃料气、仪表用气、电力等必须到位。
此外DCS系统能够执行所有的安全、检测和控制。
前提条件
机械、电力、仪器要完整
原料气(四股独立的气体)的管道已完全清洗、试漏
所有的公用工程管道已经清洗、试漏
5.1.1.2工艺气和冷空气系统
在开车之前彻底清除工艺气和冷空气中的粉尘和松散材料等固体杂质。
5.1.1.2.1第一次加热之前的清洗
首先,用金属刷机械方法除去工艺气和冷空气系统管道和设备内壁的锈斑。
然后管道和设备要经过清扫或用真空清扫。
接着进行机械清洗,该过程是通过使用燃烧空气鼓风机(B05132)和冷空气鼓风机(B05131)实现的,气体从人孔排出。
灰尘依次从人孔中吹出,先从冷空气鼓风机B05131下游人孔中吹出,最后从WSA冷凝器的入口人孔吹出。
当从一个人孔吹气时上游人孔应当关闭,下游人孔应当打开。
当SO2转换器进行吹扫时,第一、第二层间冷却器(E05104,E05105)和工艺气冷却器E05106应覆盖塑料板,以防止堵塞。
从WSA冷凝器底部出口到硫酸系统应设置活动隔板,当吹扫完毕后,灰尘沉积在WSA冷凝器入口人孔下游和底部时,移走活动隔板后即可将灰尘移除。
第一次加热之前要移走这些活动隔板。
以防止WSA冷凝器底积液。
5.1.1.2.2催化剂装载和第一次加热之后的清洗
第二次清洗是在催化剂装载完毕(参考5.1.7.1)和第一次加热之后进行(参考5.1.5)。
在第二次清洗之前,催化剂装载完毕,第一、第二内置冷却器(E05104,E05105)和工艺气冷却器E05106覆盖的塑料板要移走。
如果不更换催化剂,就可以不必要进行第二次清洗。
(此过程与第一次清洗相同参考5.1.1.2.1)。
5.1.1.2.3试漏
试漏是在第二次清洗之后进行的,也是在开车之前最后进行的程序。
试漏的工艺气和冷空气来自冷空气鼓风机B05131和燃烧空气鼓风机B05132,试漏压力应超过5kPa(表压),但应小于设备的机械设计压力(20kPa)。
肥皂水或类似混合物用作法兰连接处的试漏检测,有气泡产生表明漏,应降低压力或泄压后重新固定。
然后再继续试漏,直至合格。
5.1.1.3硫酸系统
5.1.1.13.1清洗和试漏
硫酸系统用水来清洗。
关闭排出阀门。
当环境温度低于20℃时,打开伴热。
酸排出管道与WSA冷凝器断开,防止WSA冷凝器进水。
在硫酸系统用水清洗、试漏之前,硫酸储罐D05120应先清洗干净。
LV-05104以及下游隔膜阀门要关闭,以防水进入酸储罐。
打开酸出口管阀门后面的倒淋阀来检测LV-05104和隔膜阀是否密封良好。
5.1.1.3.2硫酸系统的装载
在开车之前,硫酸系统内要加入98%(W%)(最低93%)的硫酸。
在WSA系统第一次加热之前硫酸系统必须加入硫酸。
当硫酸加入到硫酸系统之后硫酸系统才能启动。
5.1.1.4蒸汽系统
蒸汽系统包括下列设备和连接管道:
蒸汽包:
D05161
废热锅炉:
E05102
第一内部冷却器:
E05104
第二内部冷却器:
E05105
工艺气冷却器:
E05106
清理的原理为使用磷酸三钠和氢氧化钠的碱性水溶液作为清洁剂,采用一种所谓的呼吸法,即系统的压力反复增加、减小,通过压力的波动使锈斑、锅垢产生松动,最后通过排放和蒸汽煮沸从放空口排出。
5.1.1.4.1蒸汽系统水冲洗
在进行蒸煮之前,蒸汽系统必须用水冲洗,冲洗程序至少进行两次。
通过蒸汽包D05161用锅炉给水为蒸汽系统提供水源,关闭所有的排出和低位阀门。
如果已使用锅炉给水为热水,蒸汽系统为常温,装载的锅炉给水进入系统至少要延迟一小时加入(防止管子由于温度骤变而对其的冲击)
5.1.1.4.2蒸煮的准备
将浓度为0.3wt.%Na3PO4和0.025wt.%NaOH通过人孔加入到蒸汽包中,关闭人孔,按照2.4.1在蒸汽包D05161加入锅炉给水775mm,如果用热水,锅炉系统为常温,上料操作至少延长一个小时,加水时,放空阀应完全开启。
为了能达到较高的蒸煮压力,高压蒸煮过程应与第一次加热同时进行(参考5.1.1.5)
蒸煮过程分为两步:
(1)常压蒸煮
(2)高压蒸煮
5.1.1.4.3常压蒸煮
常压蒸煮是在较低的压力下进行,压力接近与大气压。
所有在蒸煮过程不需要的仪表,应封闭或拆除。
用于开车管线(MS-05110-11/2”-F34-H和MS-05131-11/2”-F34-H)上的阀门应关闭
进料完毕后,蒸汽包上的排空阀应部分开启,HS-05140-3”-F34-H上的阀应完全打开
LV-05103:
自动调节,设定值为775mm
PIC-05110:
自动调节,设定值为0.25MPag
加入开工蒸汽开始加热,当蒸汽包的压力为0.2MPa(表压),排气系统排气。
废热锅炉E05102和蒸汽包B05161通过HV-05109大约每小时排一次
每次排汽后D05161上的排空阀逐渐关闭,使压力再上升到0.2MPa(表压),
24小时后,关闭D05161上的排空阀,当压力上升到0.25MPa(表压)时,停止加热蒸汽系统在压力下排气
常压蒸煮后,系统应至少冲洗两次,蒸汽系统降温后,再检查。
5.1.1.4.4高压蒸煮
高压蒸煮是在高压下完成的,压力接近于操作压力,加热速率不能超过50°/h。
关闭附加管线(MS-05110-11/2”-F34-H和MS-05131-11/2”-F34-H)上的阀门
进料完毕后,蒸汽包上的排空阀应部分开启
LV-05103:
自动调节,设定值为775mm
PIC-05110:
自动调节,设定值区间为0-6.2MPag
加入蒸汽开始加热,用工艺气进行系统加热。
通过缓慢关闭D05161上的排空阀,使压力缓慢升到0.3MPa(表压),在压力0.3MPa(表压)时,排空阀部分开启,使压降到0.2MPa(表压),再关闭排空阀,压力升到0.4MPa(表压),通过控制排空阀的开启大小,使压降到0.2MPa(表压)。
如果PIC-05110被用于高压蒸煮过程的控制,设置参数应调到所需之处。
这个过程应尽可能达到正常操作的压力,即D05161的压力为6.2MPa(表压),每一步(压力上升和下降)至少持续两个小时。
压力下降的速率要比压力上升的速率大。
压力维持在较正常操作压力至少四个小时。
D05161的液位应保持在正常液位,如果需要,可通过间歇调整排出阀HV-05109调节。
最后蒸汽通过排空阀慢慢排出。
在高压蒸煮完成后,水从蒸汽系统中排出,锅炉系统被清洗,即D05161充满了水,压力约0.05MPa(表压),然后系统被排空。
如果最后的检查对锅炉的清洗有任何怀疑,高压蒸煮过程需要重复进行。
5.1.1.4.5保养
如果锅炉在经过高压蒸煮后没有立即投入使用,那么需要采用湿的或干的保护方法来进行保养。
湿法
锅炉系统装满水,1m3水含水合肼1升,并用氢氧化钠或氨气调pH值10,定时检查水合肼的浓度。
为延长保养时间,通过排空口通入氮气。
干法
当锅炉在一定压力和较热的时候,将水从锅炉系统完全排空,水蒸气完全排空,持续通入低压的氮气或干的无油的空气。
5.1.1.5WSA系统第一次加热
第一次加热程序,是为燃烧炉F05101内衬耐火材料的干燥和WSA冷凝器E05107防酸内衬材料的干燥服务的。
第一次加热是在SO2转化器R05103无催化剂情况下,用空气来完成的,酸系统要用水或硫酸充满,酸泵P05121A/B在这个阶段不需要运行。
第一次加热是通过注入开车蒸汽以及燃料气在燃烧炉中的燃烧来实现的,通过WSA车间的全部流量为正常流量(约6,500Nm3/h),加热一般按照开车过程来实施,但是第一次加热期间有一些特别预防措施和程序,如下所述。
5.1.1.5.1加热速率
第一次加热期间加热速率不能超过以下所给的数据
燃烧炉
烘炉应严格按照烘炉曲线进行,分为以下三个过程:
(1)水分排出期:
炉子升温从常温至150℃,此时是泥浆中水分以及砌体内部水分的排出期,此时应缓慢升温,一般升温速率不超过10℃/h。
同时在此温度点要保温较长时间(24小时)。
(2)砌体膨胀期:
从150~350℃,砌体开始膨胀进入膨胀变形期。
此时应缓慢升温,一般升温速率不超过15℃/h。
同时在此温度点要保温较长时间(48小时)。
(3)保温期:
从350℃以上以不超过20℃/h升高至550℃,同时在此温度点要保温较长时间(32小时)后自然冷却。
WSA冷凝器
加热速率通过观察TI-05123来控制,WSA冷凝器的加热速率参照下图执行。
其它设备加热速率通常最大为50℃/h,除设备供应商特别提出其他加热速率。
5.1.1.5.2第一次加热的准备
在燃料气进入燃烧炉以及第一次加热之前,空气流量要根据WSA情况来确定。
预备条件:
所有计算模块已经检测过
蒸汽包D05161的液位在最低液位之上
冷空气系统的清洗和试漏工作已完成
工艺气系统的试漏和第一次清洗工作已完成
WSA冷凝器E05107的遮板已移走
酸下流管道已安装,酸系统已充满
注意:
通过冷空气系统空气流量被确定26000Nm3/h。
通过工艺气系统空气流量被确定6500Nm3/h.
5.1.1.5.3加热程序
用蒸汽系统中通入的开车蒸汽进行加热,然后用炉子F05101的燃烧气继续进行加热。
当空气流量被确定之后,废热锅炉E05102以及工艺气冷却器E05106通过下游设备进行热量交换。
按照供应商提供的文件启动燃烧炉
根据需要调节FIC-05105,TIC-05108,TIC-05113,FIC-05110。
在加热过程中WSA冷凝器出口的空气温度逐渐升高
当TIC-05126温度接近85℃时,应改为自动,FIC-05113为自动,远程控制。
当WSA冷凝器周围的温度稳定时,PDIC-05116改为自
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- 关 键 词:
- WSA 操作法