- 保護余熱回收裝置免受腐蝕的高溫酸濃分析儀
概述
低溫余熱回收技術已經成為硫酸裝置的標準配置。隨著余熱回收裝置在硫酸裝置中的廣泛應用，近兩年來，我國已有數套余熱回收裝置因硫酸裝置內部發生水、汽泄漏或余熱回收裝置內部發生泄漏而遭受嚴重腐蝕。由于高溫酸濃儀故障，生產操作中未能及時發現裝置異常，導致余熱回收裝置長時間停產和設備損壞，給企業帶來了巨大的經濟損失。為了避免或減少此類事件的發生，本文將向大家介紹余熱回收裝置上的高溫酸濃儀是如何保護裝置安全運行的。
第一部分 低溫余熱回收工藝特點
低溫余熱回收技術顯著降低了制酸過程中對循環冷水的需求，并盡可能地提升了熱能的回收效率。余熱回收裝置的工作原理是利用熱回收塔替代傳統工藝中的一吸收塔，并用余熱鍋爐取代酸冷卻器。該系統由余熱回收塔、酸循環泵、余熱鍋爐、稀釋器和加熱器組成，如圖1所示的余熱回收工藝流程簡圖。余熱回收裝置的控制重點在于調節主要工藝變量，以最小化腐蝕率、減少酸霧的形成、最大化SO3的吸收和蒸汽產量。
余熱回收工藝的特點是在較高的酸溫下運行，且不銹鋼設備會暴露于高溫的H2SO4環境中。因此，余熱回收裝置對工藝干擾更為敏感，要求生產控制更為嚴格。酸濃度是核心控制點，必須將工藝參數（酸濃度、溫度）維持在正常操作范圍內。余熱回收工藝的正常酸濃度范圍為99.0%至99.7%，溫度操作范圍應低于227℃。余熱回收塔出口的硫酸濃度應低于99.7%，以確保吸收塔中SO3的有效吸收。為了保護余熱回收裝置中的不銹鋼設備，余熱回收塔一級入口（稀釋器出口）的酸濃度通常不得低于99%。
在正常的酸濃度和溫度操作范圍內，余熱回收裝置的不銹鋼材料年腐蝕率應小于約0.03毫米，若超出正常操作范圍，即使時間極短，也可能導致不銹鋼設備嚴重損壞。一級循環酸濃度在任何負荷下不應超過99.3%，否則會降低SO3的吸收率。同樣，也不應低于99.0%，否則會加速腐蝕。因此，運行中的酸濃度直接關系到余熱回收裝置的安全性。
第二部分 酸濃分析儀安裝位置
（1）稀釋器出口
設計了三臺高溫酸濃分析儀，用于稀釋器出口的測量工作。具體測量工況如下：
- 壓力：0.3MPa；
- 溫度：180~185°C；
- H2SO4濃度w：99.1~99.3%。
最佳控制指標為：
- H2SO4濃度w：99.15%，實際值允許偏差±0.02%。
這一指標不僅確保了一級吸收過程的最佳效率，同時也保障了余熱回收裝置的金屬材料免遭腐蝕。此外，它為余熱回收裝置在負荷調整時提供了必要的安全操作余地。
這些分析儀的核心作用在于監控稀釋器加水過程中硫酸的濃度，實現自動控制。它們還負責監測一級循環酸的濃度，確保其不超過98.5%，從而保護余熱回收裝置中的不銹鋼設備免受腐蝕。
安全控制作用：報警提示
聯鎖控制目的：
當稀釋器加水過程中硫酸濃度控制失效，導致一級循環中的硫酸濃度降至安全閾值以下時，安全聯鎖系統將被觸發，從而使得裝置自動停車并恢復至安全狀態。這一措施旨在保護裝置免遭嚴重腐蝕，避免企業因此而經歷長時間的生產中斷。
請注意，由于余熱回收裝置的硫酸濃度主要通過稀釋器加水來控制，成為影響硫酸濃度變化的關鍵因素。因此，在該關鍵位置設計了3臺高溫硫酸分析儀，并采用三取二的中間值策略來實現硫酸濃度的自動控制，以確保因高溫硫酸分析儀故障導致的設備嚴重腐蝕風險降至最低。一旦稀釋器出口的高溫酸濃儀中任意一臺發生故障，必須在4小時內將其修復。若兩臺分析儀同時出現故障，嚴禁解除聯鎖。在儀表修復期間，應每30分鐘對稀釋器出口的酸濃度進行一次人工分析。若三臺酸濃儀同時發生故障，則應立即停車，并等待高溫硫酸分析儀恢復正常后方可重新啟動。在安全聯鎖系統中，不應設置聯鎖解除功能。
（2）循環泵出口
循環酸泵出口的高溫硫酸濃度分析儀（設計1臺高溫硫酸分析儀）用于測量以下工況：
- 壓力：0.3MPa；
- 溫度：200~220°C；
- H2SO4濃度w：99.3~99.7%。
最佳控制指標為：
- H2SO4濃度w：99.5%；
- 實際值允許偏差±0.05%。
此指標既確保了一級吸收過程的最佳效率，也保證了一級酸的濃度不低于99.1%。此外，它為余熱回收裝置在負荷調整時提供了必要的安全操作余地。
該分析儀的核心作用是監控下塔循環酸的濃度，確保其不超過99.7%。這樣做是為了保障余熱回收塔的吸收效率，并防止出塔酸霧濃度超標，從而避免換熱器遭受腐蝕。
此外，該分析儀還用于監控余熱回收裝置內部是否存在大規模泄漏，以實現安全聯鎖保護，防止設備受到嚴重腐蝕。
安全控制作用：報警提示
聯鎖控制目的：
當硫酸裝置或余熱回收裝置內部發生嚴重泄漏，或者稀釋器加水酸濃控制失效，導致余熱回收裝置內部硫酸濃度降至安全值以下時，安全聯鎖系統將被觸發，使裝置停車并恢復至安全狀態。這一措施旨在保護裝置免遭重大腐蝕，避免企業長時間停產。
請注意，在循環酸泵出口的高溫酸濃度儀發生故障時，必須在4小時內將其修復并恢復正常運行，期間可以暫時解除聯鎖。在儀表修復期間，應每隔30分鐘手動分析一次循環泵出口的酸濃度。同時，余熱回收裝置的其他安全聯鎖措施不得被解除。
（3）加熱器出口
設計一臺高溫硫酸分析儀，用于監測加熱器出口的硫酸濃度。該分析儀的測量工況如下：
- 壓力：0.2MPa
- 溫度：140~160°C
- H2SO4濃度w：99.3~99.7%
最佳控制指標為確保加熱器出口的硫酸濃度與循環泵出口的硫酸濃度保持一致，允許的偏差值為±0.1%。
該分析儀的核心作用在于監控加熱器是否發生水泄漏，并作為安全聯鎖保護措施，以防止設備遭受嚴重腐蝕。
安全控制作用：
報警提示
聯鎖控制目的：
當加熱器內部發生水泄漏時，能夠迅速檢測到這一情況，并在硫酸濃度降至安全值以下時，觸發安全聯鎖機制，使裝置停止運行并恢復至安全狀態。這樣做的目的是為了保護后續設備，避免它們遭受嚴重的腐蝕。
請注意，在加熱器出口高溫酸濃儀發生故障時，必須在8小時內將其修復并恢復至正常運行狀態，期間允許暫時解除聯鎖。在儀表修復期間，應每60分鐘對余熱回收產酸進行一次人工分析。同時，務必保持余熱回收裝置的其他安全聯鎖處于激活狀態，不得解除。
（4）預熱器出口
預熱器出口高溫硫酸濃度分析儀（設計1臺高溫硫酸分析儀）
測量工況：
壓力：0.2MPa；
溫度：110~140°C；
H2SO4濃度：99.3~99.7%。
最佳控制指標：確保H2SO4濃度與循環泵出口硫酸濃度保持一致，允許的偏差值為±0.1%。
核心作用：該分析儀主要用于監測預熱器中是否存在水泄漏，以及為安全聯鎖保護設備提供支持，防止其受到嚴重腐蝕。
安全控制作用：報警提示
聯鎖控制目的：
當預熱器內部發生水泄漏，能及時發現預熱器出現水泄漏，硫酸濃度低于安全值后觸發安全聯鎖并恢復至安全狀態。以此來保護后端設備免受嚴重腐蝕。
請注意，一旦預熱器出口的高溫酸濃儀發生故障，必須在8小時內將其修復并恢復至正常運行狀態，期間可以暫時解除聯鎖保護。在儀表修復期間，應每隔60分鐘對余熱回收產生的酸進行一次人工分析。