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淺談無水氫氟酸回轉反應爐出氣管路設計論文

時間:2024-10-10 04:56:52 論文范文 我要投稿
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淺談無水氫氟酸回轉反應爐出氣管路設計論文

  0 引言

淺談無水氫氟酸回轉反應爐出氣管路設計論文

  在無水氟化氫生產中,反應爐生成的粗氟化氫氣體具有高溫、高毒、強腐蝕的特性,并且夾帶一定量的粉塵。這些特性給輸送管道的選材、敷設方式等提出了很高的設計要求。如果設計不當會導致泄漏、堵塞等情況發(fā)生,不但影響生產的穩(wěn)定運行,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19.5℃,不可燃。屬高度危害介質,空氣中最高容許濃度為1mg/m3。其毒性危害是對呼吸道粘膜及皮膚有強烈的刺激作用,吸入高濃度的氟化氫可引起支氣管炎和肺炎,甚至產生放射性窒息。氟化氫對金屬、玻璃及含硅的物體有強腐蝕性,若遇高熱,容器內壓迅速增大,有開裂和爆炸的危險。

  2 工藝流程簡述

  無水氟化氫生產工藝,是以螢石粉、質量分數(shù)為98% 的濃硫酸及發(fā)煙硫酸為原料,在回轉反應爐中加熱生成粗氟化氫氣體,經洗滌、冷凝、精餾、脫氣等操作得到無水氟化氫產品,副產品為氟硅酸及石膏。

  反應所需的熱量由通入回轉反應爐夾套內的煙道氣供給。進入夾套內的煙道氣溫度約為530℃,離開夾套內的煙道氣溫度約為420℃。反應系統(tǒng)為微負壓操作,回轉反應爐爐頭負壓維持在約-5mmH2O,溫度約為120 ~ 200℃。

  反應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。粗氟化氫氣體進入洗滌塔洗去粉塵,再經冷凝器冷凝后進入粗氟化氫儲槽。粗氟化氫液體定量進入精餾塔,塔底物料和重組分水、H2SO4 等不定期收集流至洗滌酸循環(huán)槽進入洗滌酸循環(huán)系統(tǒng),塔頂氟化氫經冷凝后進入脫氣塔。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入H2SO4 吸收塔處理。從脫氣塔底部得到的無水氟化氫成品,經成品冷卻降溫后進入無水氟化氫檢驗槽,分析合格后經無水氟化氫檢驗槽液下泵送至罐區(qū)無水氟化氫儲槽儲存。

  3 管路的設計要求

  3.1 管路材質的要求

  反應爐生成的粗氟化氫氣體溫度高且具有極強的腐蝕性,因此要選用既耐高溫、耐腐蝕,又滿足強度要求的鋼襯四氟乙烯管道輸送。但由于物理機械性能的限制,鋼襯四氟乙烯管道及附件只能預制,不能現(xiàn)場切割、加工及改造。這就要求配管設計要力求準確無誤,避免給安裝工程造成實際困難和材料的浪費。

  3.2 管路功能的要求

  本裝置選用的回轉反應爐型式為SRS56-0090-00,出氣口直徑為DN700。洗滌塔規(guī)格為Φ1300×10960,進氣口直徑為DN600。根據(jù)工藝流程, 連接兩個設備管口的管道直徑為DN600,反應爐出口要做DN700 到DN600 的變徑。為保證反應系統(tǒng)微負壓操作,管路需引出3 個平衡管線,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。此外管路上還需設置三個儀表點,用于工作溫度和壓力的監(jiān)測,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,將回轉反應爐出氣口與洗滌塔進氣口布置在同一平面內。再根據(jù)設備布置圖以及設備制造廠商提供的設備裝配圖,計算出回轉反應爐出氣口與洗滌塔進氣口兩節(jié)點的三維間距,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、冷凝器及精餾設備,此段管路以反應爐坡向洗滌塔的布置方式為宜。根據(jù)兩接口節(jié)點間距計算出坡角約為39°。由于輸送介質具有高溫的特性,還必須充分考慮管道的柔性設計。此外,由于管路整體處于主框架外,閥門、儀表等附件應貼近反應爐出氣口布置,依靠反應爐進料端操作平臺進行操控和觀測。

  4 設計方案

  綜合上述設計要求,考慮如下配管設計方案  本裝置用DN700×700×600 的51°斜異徑三通實現(xiàn)變徑,異徑三通的自由端用帶四個接管的法蘭蓋封堵,四個接管分別為DN30、DN40 和DN50 的三個儀表口以及DN200 的平衡管口,使閥門、儀表的位置靠近操作平臺,便于操控和觀測。管路中央設置波紋管補償器,為管路提供熱補償。帶接管短管用來接兩個DN50 的平衡管,由于混酸槽及洗滌循環(huán)槽位于主框架內,因此兩個帶接管短管靠近洗滌塔布置。帶接管短管與洗滌塔進氣口之間以帶200mm 短節(jié)的39°彎頭連接,實現(xiàn)兩設備管口90°角的轉向。

  為有效防止粉塵進入洗滌塔及后續(xù)裝置,造成設備的損毀、生產的停滯及安全事故的發(fā)生,還可以在洗滌塔進氣口處增設震動、除塵或噴淋裝置,使氣體夾帶的粉塵返回反應爐中。

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