保护余热回收装置免受腐蚀的高温酸浓分析仪
概述
低温余热回收技术已经成为硫酸装置的标准配置。随着余热回收装置在硫酸装置中的广泛应用，近两年来，我国已有数套余热回收装置因硫酸装置内部发生水、汽泄漏或余热回收装置内部发生泄漏而遭受严重腐蚀。由于高温酸浓仪故障，生产操作中未能及时发现装置异常，导致余热回收装置长时间停产和设备损坏，给企业带来了巨大的经济损失。为了避免或减少此类事件的发生，本文将向大家介绍余热回收装置上的高温酸浓仪是如何保护装置安全运行的。
第一部分 低温余热回收工艺特点
低温余热回收技术显著降低了制酸过程中对循环冷水的需求，并尽可能地提升了热能的回收效率。余热回收装置的工作原理是利用热回收塔替代传统工艺中的一吸收塔，并用余热锅炉取代酸冷却器。该系统由余热回收塔、酸循环泵、余热锅炉、稀释器和加热器组成，如图1所示的余热回收工艺流程简图。余热回收装置的控制重点在于调节主要工艺变量，以最小化腐蚀率、减少酸雾的形成、最大化SO3的吸收和蒸汽产量。
余热回收工艺的特点是在较高的酸温下运行，且不锈钢设备会暴露于高温的H2SO4环境中。因此，余热回收装置对工艺干扰更为敏感，要求生产控制更为严格。酸浓度是核心控制点，必须将工艺参数（酸浓度、温度）维持在正常操作范围内。余热回收工艺的正常酸浓度范围为99.0%至99.7%，温度操作范围应低于227℃。余热回收塔出口的硫酸浓度应低于99.7%，以确保吸收塔中SO3的有效吸收。为了保护余热回收装置中的不锈钢设备，余热回收塔一级入口（稀释器出口）的酸浓度通常不得低于99%。
在正常的酸浓度和温度操作范围内，余热回收装置的不锈钢材料年腐蚀率应小于约0.03毫米，若超出正常操作范围，即使时间极短，也可能导致不锈钢设备严重损坏。一级循环酸浓度在任何负荷下不应超过99.3%，否则会降低SO3的吸收率。同样，也不应低于99.0%，否则会加速腐蚀。因此，运行中的酸浓度直接关系到余热回收装置的安全性。
第二部分 酸浓分析仪安装位置
（1）稀释器出口
设计了三台高温酸浓分析仪，用于稀释器出口的测量工作。具体测量工况如下：
- 压力：0.3MPa；
- 温度：180~185°C；
- H2SO4浓度w：99.1~99.3%。
最佳控制指标为：
- H2SO4浓度w：99.15%，实际值允许偏差±0.02%。
这一指标不仅确保了一级吸收过程的最佳效率，同时也保障了余热回收装置的金属材料免遭腐蚀。此外，它为余热回收装置在负荷调整时提供了必要的安全操作余地。
这些分析仪的核心作用在于监控稀释器加水过程中硫酸的浓度，实现自动控制。它们还负责监测一级循环酸的浓度，确保其不超过98.5%，从而保护余热回收装置中的不锈钢设备免受腐蚀。
安全控制作用：报警提示
联锁控制目的：
当稀释器加水过程中硫酸浓度控制失效，导致一级循环中的硫酸浓度降至安全阈值以下时，安全联锁系统将被触发，从而使得装置自动停车并恢复至安全状态。这一措施旨在保护装置免遭严重腐蚀，避免企业因此而经历长时间的生产中断。
请注意，由于余热回收装置的硫酸浓度主要通过稀释器加水来控制，成为影响硫酸浓度变化的关键因素。因此，在该关键位置设计了3台高温硫酸分析仪，并采用三取二的中间值策略来实现硫酸浓度的自动控制，以确保因高温硫酸分析仪故障导致的设备严重腐蚀风险降至最低。一旦稀释器出口的高温酸浓仪中任意一台发生故障，必须在4小时内将其修复。若两台分析仪同时出现故障，严禁解除联锁。在仪表修复期间，应每30分钟对稀释器出口的酸浓度进行一次人工分析。若三台酸浓仪同时发生故障，则应立即停车，并等待高温硫酸分析仪恢复正常后方可重新启动。在安全联锁系统中，不应设置联锁解除功能。
（2）循环泵出口
循环酸泵出口的高温硫酸浓度分析仪（设计1台高温硫酸分析仪）用于测量以下工况：
- 压力：0.3MPa；
- 温度：200~220°C；
- H2SO4浓度w：99.3~99.7%。
最佳控制指标为：
- H2SO4浓度w：99.5%；
- 实际值允许偏差±0.05%。
此指标既确保了一级吸收过程的最佳效率，也保证了一级酸的浓度不低于99.1%。此外，它为余热回收装置在负荷调整时提供了必要的安全操作余地。
该分析仪的核心作用是监控下塔循环酸的浓度，确保其不超过99.7%。这样做是为了保障余热回收塔的吸收效率，并防止出塔酸雾浓度超标，从而避免换热器遭受腐蚀。
此外，该分析仪还用于监控余热回收装置内部是否存在大规模泄漏，以实现安全联锁保护，防止设备受到严重腐蚀。
安全控制作用：报警提示
联锁控制目的：
当硫酸装置或余热回收装置内部发生严重泄漏，或者稀释器加水酸浓控制失效，导致余热回收装置内部硫酸浓度降至安全值以下时，安全联锁系统将被触发，使装置停车并恢复至安全状态。这一措施旨在保护装置免遭重大腐蚀，避免企业长时间停产。
请注意，在循环酸泵出口的高温酸浓度仪发生故障时，必须在4小时内将其修复并恢复正常运行，期间可以暂时解除联锁。在仪表修复期间，应每隔30分钟手动分析一次循环泵出口的酸浓度。同时，余热回收装置的其他安全联锁措施不得被解除。
（3）加热器出口
设计一台高温硫酸分析仪，用于监测加热器出口的硫酸浓度。该分析仪的测量工况如下：
- 压力：0.2MPa
- 温度：140~160°C
- H2SO4浓度w：99.3~99.7%
最佳控制指标为确保加热器出口的硫酸浓度与循环泵出口的硫酸浓度保持一致，允许的偏差值为±0.1%。
该分析仪的核心作用在于监控加热器是否发生水泄漏，并作为安全联锁保护措施，以防止设备遭受严重腐蚀。
安全控制作用：
报警提示
联锁控制目的：
当加热器内部发生水泄漏时，能够迅速检测到这一情况，并在硫酸浓度降至安全值以下时，触发安全联锁机制，使装置停止运行并恢复至安全状态。这样做的目的是为了保护后续设备，避免它们遭受严重的腐蚀。
请注意，在加热器出口高温酸浓仪发生故障时，必须在8小时内将其修复并恢复至正常运行状态，期间允许暂时解除联锁。在仪表修复期间，应每60分钟对余热回收产酸进行一次人工分析。同时，务必保持余热回收装置的其他安全联锁处于激活状态，不得解除。
（4）预热器出口
预热器出口高温硫酸浓度分析仪（设计1台高温硫酸分析仪）
测量工况：
压力：0.2MPa；
温度：110~140°C；
H2SO4浓度：99.3~99.7%。
最佳控制指标：确保H2SO4浓度与循环泵出口硫酸浓度保持一致，允许的偏差值为±0.1%。
核心作用：该分析仪主要用于监测预热器中是否存在水泄漏，以及为安全联锁保护设备提供支持，防止其受到严重腐蚀。
安全控制作用：报警提示
联锁控制目的：
当预热器内部发生水泄漏，能及时发现预热器出现水泄漏，硫酸浓度低于安全值后触发安全联锁并恢复至安全状态。以此来保护后端设备免受严重腐蚀。
请注意，一旦预热器出口的高温酸浓仪发生故障，必须在8小时内将其修复并恢复至正常运行状态，期间可以暂时解除联锁保护。在仪表修复期间，应每隔60分钟对余热回收产生的酸进行一次人工分析。
