XDS新型防涡流装置在硫酸装置中的应用及设计特点

严与辉，张智博，崔彦龙，杨积海，马 云

(宣达实业集团有限公司，浙江永嘉 325105)

XDS新型防涡流装置在硫酸装置中的应用及设计特点

严与辉，张智博，崔彦龙，杨积海，马 云

(宣达实业集团有限公司，浙江永嘉 325105)

介绍了硫酸系统干吸塔出酸口防涡流装置的结构、材质和特点。XDS新型防涡流装置有套筒式和组合式两种结构，由XDS特种合金板材焊接制作而成，性能优良、使用寿命长，能有效适应塔底出酸口处的苛刻工况。防涡流装置的设计、选型和选材对稳定硫酸生产有重要作用。

硫酸生产 防涡流装置 应用 设计 特点

接触法硫酸生产中干燥塔和吸收塔是重要设备，干燥塔和吸收塔塔底结构一般有平底型和碟形封头型2种设计。平底结构塔底设计基本应用在早期设计和小规模制酸系统中，由于塔底是完全平底的结构，塔填料中冲刷下来的碎瓷环极易平铺在塔底部，造成塔出酸口阻塞；另外，塔出酸口没有明显的酸聚集作用，最终会造成出酸不顺。现在干燥塔和吸收塔塔底基本采用碟形封头设计，这一结构有明显的酸聚集作用，易于硫酸流出。碟形封头塔底设计也存在问题，出酸口硫酸流速很高并带有旋流，出酸易夹带碎瓷环，这给后续设备运行带来严重影响。例如，带有一定流速的碎瓷环进入管道，会冲击管道内壁，时间久了还会堆积堵塞管道；碎瓷环进入管路阀门和泵设备中，将会损坏泵、阀；流速很高并带有旋流的硫酸会加大对管道和设备的冲刷腐蚀。

出酸口带有碎瓷环硫酸高速旋流冲刷的恶劣工况，对设备材质提出了耐磨、耐高温和耐腐蚀的严苛要求，在出酸口设置防涡流装置可以显著改善这种危险状况，对硫酸装置长周期稳定运行有重要作用。

1 防涡流装置结构及分类

按工艺结构来分，防涡流装置由过滤构件、防涡流构件、出酸管构件三部分组成；按材质来分主要有铸铁防涡流装置、新型钢骨架喷涂ETFE防涡流装置、纯PTFE防涡流装置、耐酸合金防涡流装置四类。

1.1 铸铁防涡流装置

铸铁防涡流装置由耐酸铸铁制造，一般铸铁铸造的过滤筒打大孔，外面包一层316L不锈钢材质丝网以达到过滤效果；防涡流板和出酸管全部是铸铁铸造。由于铸铁的特性和铸造工艺的限制，铸铁结构笨重安装困难，紧固件材质很难选择，整体强度不够，打孔时候往往得考虑强度问题不能打小孔。316L丝网和铸铁在这种苛刻工况环境下使用寿命不长，并且316L丝网易被酸泥堵塞而影响硫酸的通过性。另外，铸铁的耐腐蚀性能有限，故铸铁过滤装置会做得很厚，造成安装及检修非常麻烦[1]。铸铁防涡流装置属于淘汰类型，硫酸装置已较少使用，优点是价格便宜。

1.2 新型钢骨架喷涂ETFE防涡流装置

新型钢骨喷涂ETFE防涡流装置中的骨架是由钢件制作而成，常见的有碳钢、304不锈钢、316不锈钢等材质。骨架制作完成后，再按静电喷涂ETFE工艺来喷涂ETFE。ETFE为粉末状氟塑料，在保持了PTFE良好的耐热、耐化学腐蚀性能和电绝缘性能的同时，耐腐蚀和机械性能有很大程度的改善，拉伸强度可达到50 MPa，接近聚四氟乙烯的2倍。更主要的是其加工性能得以大大提高，特别是它和金属表面的附着力表现突出，使氟塑料和钢壳的复合工艺真正得以实现。ETFE具有PTFE的耐腐蚀特性，同时又有对金属特有的较强黏着特性，克服了PTFE对金属的不黏合性缺陷，加之其平均线膨胀系数接近碳钢的线膨胀系数，使ETFE成为和金属的理想复合材料，具有极优良的耐负压特性。用ETFE作为喷涂材料，能真正实现氟塑料与钢件的完美复合。这种复合结构形式强度、耐腐蚀性能和耐温性能足够，但因ETFE的喷涂特性，喷涂厚度一般1.0～1.5 mm，应用在防涡流装置中不耐磨，并且价格也偏高，所以很难大规模推广应用[2]。

1.3 纯PTFE防涡流装置

纯PTFE防涡流装置由整体纯PTFE制作而成，一般由过滤筒和防涡流筒两部分组成，过滤筒均匀打孔，防涡流筒内有十字交叉防涡流板。整体焊接制作，采用TFM氟塑料当焊条来焊接PTFE。缺点是强度不够，不耐磨，易弯曲或断裂，使用时间一般不会很长[3]。

1.4 耐酸合金防涡流装置

耐酸合金(如Lumit合金、K合金、SS920合金、XDS合金等)对浓硫酸都有着良好的耐腐蚀性能，符合防涡流装置对选材提出的耐磨、耐高温和耐腐蚀的要求，是制作防涡流装置最优良的选择。耐酸合金虽然价格稍微昂贵，但从使用寿命超长和结构特征不受材质限制等方面来说，耐酸合金防涡流装置具有极高的性价比[4]。

宣达实业集团有限公司(以下简称宣达集团)借鉴和国内外多种防涡流装置结构特点，研究开发了XDS新型防涡流装置，性能优良、使用寿命长，能有效适应塔底出酸口处的苛刻工况，具有极高的产品性价比。

2 XDS新型防涡流装置结构

目前宣达集团XDS新型防涡流装置有套筒式和组合式两种结构。套筒式防涡流装置的优点在于更换安装更简单。组合式防涡流装置的防涡流性能优于套筒式防涡流装置，且完全杜绝了酸液对防涡流装置造成的冲击，整体稳定性更优。

2.1 套筒式防涡流装置

套筒式防涡流装置由防涡流装置和出酸管两部件组成。防涡流装置由吊耳、盖板、滤筒、套筒、十字防旋板组成；出酸管由衬板法兰和筒体组成。

套筒式防涡流装置具有结构简单、性能良好、安装更换方便的优点，特别是十字防旋板是直接焊接在套筒内，与插入式十字防旋板相比有不易掉落的优点。防涡流装置中的吊耳零件用来吊装，盖板打孔时吊耳处不打孔，盖板打孔方式一般和滤筒相同。滤筒上打一定组合方式排列的小孔用来过滤碎瓷环，套筒内焊互相垂直的十字防旋板，作用是将套筒出液分成4个相等的空间，以此来破坏涡流的生成。部件间均采用焊接，制作方便快捷。出酸管中的法兰皆是衬板法兰，一般是由304法兰和XDS板材组合焊接制作而成；筒体由XDS板材薄板(一般壁厚为6～10 mm)卷制焊接而成，整体结构简单轻便，制作方便。

套筒式防涡流装置的防涡流装置安装在塔内(见图1)，通过防涡流装置的套筒直插入出酸管管内来定位安装(一般套筒外壁与出酸管内壁留有少许间隙)。出酸管通过衬板法兰与塔底设备法兰的相连来安装，因XDS新型防涡流装置的出酸管为轻型化设计，整体质量小，2片法兰采用螺栓螺母的连接方式就能保证强度。

2.2 组合式防涡流装置

组合式防涡流装置由过滤器、出酸管、防旋板三部件组成。过滤器由吊耳、盖板、过滤筒体、卡槽组成；出酸管由衬板法兰和筒体组成，筒体上部开槽，方便防旋板插入。防旋板有2块，分为上防旋板和下防旋板。

图1 套筒式防涡流装置安装示意

组合式防涡流装置采用插入式十字防旋板的结构，同时在过滤筒上设有卡槽，能牢牢卡住十字防旋板，避免使用时候酸液冲击对其造成的轻微摇晃以及杜绝掉落的可能性，增强稳定性。十字防旋板高出出酸管的设计能提高其破坏涡流的性能，与套筒式防涡流装置相比，因其高于最低溢流口的特性，十字防旋板能更早的工作。过滤器上的盖板在滤筒内径范围内打孔，卡槽用来卡十字防旋板，出酸口筒体上部开槽与过滤器配合来卡十字防旋板，开槽数目一般为4或者4的倍数，同时开槽口也做排污之用。其余结构与套筒式防涡流装置相似。

组合式防涡流装置是塔外先安装出酸管(见图2)，也是通过衬板法兰与塔底设备法兰相连，2片法兰采用螺栓螺母的方式连接。塔内壁与进酸管筒体间采用填充石棉绳和注入耐酸胶泥的方式来防腐。十字防旋板、过滤器塔内安装，十字防旋板插入出酸管筒体上部开槽，过滤器通过卡槽卡住十字防旋板来固定安装。

图2 组合式防涡流装置安装示意

3 防涡流装置材质

2种防涡流装置均选用耐高温浓硫酸的XDS特种合金板材焊接制作而成。XDS特种合金板材力学性能数据见表1，耐腐蚀性能数据表2。

XDS特种合金板材具有良好的力学性能和耐高温硫酸腐蚀性，是制作防涡流装置优良材料。

表1 耐高温浓硫酸XDS特种合金力学性能数据

表2 耐高温浓硫酸XDS特种合金耐腐蚀性能数据

4 防涡流装置设计

4.1 布孔方式确定

由于防涡流装置中过滤器的特性，通俗来讲过滤器是在板材上按一定方式排列开孔以来达到高效过滤的目的。孔密度大小和均匀性决定过滤性能，与过滤性能有关的2个参数：布孔方式和板面利用率。一般常用的布孔方式有3种：正三角形排列、正方形排列、正方形错列，3种布孔方式都能满足均匀性要求，本着能最大利用板料面积(即板面利用率)和均匀性打孔的原则，选择其中一种布孔方式。

与正方形布孔和正方形错列布孔相比，在孔间距离相等的情况下，板料正三角形布孔可以多开孔15.5%左右；由于孔数的增多，过滤效果较好。同时，在开孔数目相同的情况下，板料正三角形布孔的孔间距减小13.4%，较小的孔间间距，也有利于过滤性能的提升。因此，防涡流装置中过滤器采用正三角形布孔方式

4.2 计算软件应用

从设计来说，需确定孔径、孔间距、过滤器滤筒口径、板料展开宽度和高度、打孔数量等参数。孔径和孔间距要按物料密度和板料特性来确认，一般选取直径5～10 mm的孔，这一范围的孔径既能满足过滤碎瓷环的要求，也不易被酸泥堵塞以影响硫酸的通过性。过滤器滤筒口径的选取，可通过滤筒内的流速来确定，流速的选取范围为0.5～1.0 m/s。流速过高，冲刷力太大，易形成涡流；流速过低，滤筒规格大，投资高。另外，过滤器滤筒口径也可按出酸口口径加上DN100这一经验来选取。举个例子，出酸口口径为DN600，过滤器滤筒口径就为DN700。板料展开宽度和高度、打孔数量参数的选取相对简单，在计算出有效过滤面积的情况下，便可确定板料展开宽度和高度和打孔数量。宣达集团开发出一套快速设计的计算软件，大大提高了设计工作效率。防涡流装置主要设计参数见表3。

表3 防涡流装置主要设计参数

5 结语

防涡流装置虽然只是硫酸系统干吸工序中很小的一环，但也不能忽视。一台好的防涡流装置能够确保硫酸系统稳定生产，提高硫酸的品质和产量。因此，防涡流装置的设计、选型和选材就显得尤为重要。

[1] 谭天恩，窦梅，周明华，等.化工原理[M].北京：化学工业出版社，2006: 203.

[2] 刘焕安，叶际宣. 高温浓硫酸用XDS不锈钢板材的研究[J].硫酸工业，2004(1): 21-27.

[2] 严与辉，史庆泰. 混酸器在硫酸装置中的工艺性能及结构探讨[J].硫酸工业，2016(6): 26-29.

[4] 张硕德.防涡流器的设计[J].化工设备与管道，1983(1):43-44.

Application and design features of a new type XDS eddy current devicein sulphuric acid plant

YANYuhui,ZHANGZhibo,CUIYanlong,YANGJihai,MAYun

(Xuanda Industrial Group Co.,Ltd., Yongjia, Zhejiang, 325105, China)

The structure, material and characteristics of the eddy current device for the acid outlet of the dry tower and absorption tower in the sulphuric acid system are introduced. A new type XDS eddy current device is provided with two types of sleeve type and combination type, it is made of XDS special alloy plate, which has good performance and long service life, and can adapt to the harsh working conditions at the bottom of the tower. The design, selection and material selection of the anti swirl device have an important role in stabilizing the production of sulphuric acid.

sulphuric acid production; eddy current device; application; design; characteristic

2017-02-25。

严与辉，男，宣达实业集团有限公司设备研发部部长、高级工程师，现从事化工机械非标设备以及硫酸系统特种设备的研究设计工作。电话：13587970405；E-mail：ffsb@xuanda.com。

TQ111.16；TQ053.5

B

1002-1507(2017)05-0053-04