浅谈无水氢氟酸回转反应炉出气管路设计论文
0 引言
在无水氟化氢生产中，反应炉生成的粗氟化氢气体具有高温、高毒、强腐蚀的特性，并且夹带一定量的粉尘。这些特性给输送管道的选材、敷设方式等提出了很高的设计要求。如果设计不当会导致泄漏、堵塞等情况发生，不但影响生产的稳定运行，而且极易发生人员伤亡等安全事故。
1 氟化氢的特性
氟化氢为无色液体或气体，分子量为20.01，易溶于水。其沸点19.5℃，不可燃。属高度危害介质，空气中最高容许浓度为1mg/m3。其毒性危害是对呼吸道粘膜及皮肤有强烈的刺激作用，吸入高浓度的氟化氢可引起支气管炎和肺炎，甚至产生放射性窒息。氟化氢对金属、玻璃及含硅的物体有强腐蚀性，若遇高热，容器内压迅速增大，有开裂和爆炸的危险。
2 工艺流程简述
无水氟化氢生产工艺，是以萤石粉、质量分数为98% 的浓硫酸及发烟硫酸为原料，在回转反应炉中加热生成粗氟化氢气体，经洗涤、冷凝、精馏、脱气等操作得到无水氟化氢产品，副产品为氟硅酸及石膏。
反应所需的热量由通入回转反应炉夹套内的烟道气供给。进入夹套内的烟道气温度约为530℃，离开夹套内的烟道气温度约为420℃。反应系统为微负压操作，回转反应炉炉头负压维持在约-5mmH2O，温度约为120 ～ 200℃。
反应生成的粗氟化氢气体，其主要成分是HF，还有少量SiF4、CO2、SO2、H2O、H2SO4、空气及粉尘。粗氟化氢气体进入洗涤塔洗去粉尘，再经冷凝器冷凝后进入粗氟化氢储槽。粗氟化氢液体定量进入精馏塔，塔底物料和重组分水、H2SO4 等不定期收集流至洗涤酸循环槽进入洗涤酸循环系统，塔顶氟化氢经冷凝后进入脱气塔。精馏塔再沸器和脱气塔再沸器用热水加热，精馏塔冷凝器和脱气塔器冷媒为-15℃乙二醇。从脱气塔顶排出的气体进入H2SO4 吸收塔处理。从脱气塔底部得到的无水氟化氢成品，经成品冷却降温后进入无水氟化氢检验槽，分析合格后经无水氟化氢检验槽液下泵送至罐区无水氟化氢储槽储存。
3 管路的设计要求
3.1 管路材质的要求
反应炉生成的粗氟化氢气体温度高且具有极强的腐蚀性，因此要选用既耐高温、耐腐蚀，又满足强度要求的钢衬四氟乙烯管道输送。但由于物理机械性能的.限制，钢衬四氟乙烯管道及附件只能预制，不能现场切割、加工及改造。这就要求配管设计要力求准确无误，避免给安装工程造成实际困难和材料的浪费。
3.2 管路功能的要求
本装置选用的回转反应炉型式为SRS56-0090-00，出气口直径为DN700。洗涤塔规格为Φ1300×10960，进气口直径为DN600。根据工艺流程， 连接两个设备管口的管道直径为DN600，反应炉出口要做DN700 到DN600 的变径。为保证反应系统微负压操作，管路需引出3 个平衡管线，其公称直径分别为DN200、DN50、DN50，其中DN200 的管道上需安装手控阀门。此外管路上还需设置三个仪表点，用于工作温度和压力的监测，其接口直径分别为DN30、DN40、DN50。
3.3 管路安装的要求
为便于管道安装及物料输送，将回转反应炉出气口与洗涤塔进气口布置在同一平面内。再根据设备布置图以及设备制造厂商提供的设备装配图，计算出回转反应炉出气口与洗涤塔进气口两节点的三维间距，横向间距为3620mm，纵向间距为0mm，高差为2860mm，管口方位上互成90°角。
由于管路中含有一定量的粉尘，为避免堵塞洗涤塔、冷凝器及精馏设备，此段管路以反应炉坡向洗涤塔的布置方式为宜。根据两接口节点间距计算出坡角约为39°。由于输送介质具有高温的特性，还必须充分考虑管道的柔性设计。此外，由于管路整体处于主框架外，阀门、仪表等附件应贴近反应炉出气口布置，依靠反应炉进料端操作平台进行操控和观测。
4 设计方案
综合上述设计要求，考虑如下配管设计方案 本装置用DN700×700×600 的51°斜异径三通实现变径，异径三通的自由端用带四个接管的法兰盖封堵，四个接管分别为DN30、DN40 和DN50 的三个仪表口以及DN200 的平衡管口，使阀门、仪表的位置靠近操作平台，便于操控和观测。管路中央设置波纹管补偿器，为管路提供热补偿。带接管短管用来接两个DN50 的平衡管，由于混酸槽及洗涤循环槽位于主框架内，因此两个带接管短管靠近洗涤塔布置。带接管短管与洗涤塔进气口之间以带200mm 短节的39°弯头连接，实现两设备管口90°角的转向。
为有效防止粉尘进入洗涤塔及后续装置，造成设备的损毁、生产的停滞及安全事故的发生，还可以在洗涤塔进气口处增设震动、除尘或喷淋装置，使气体夹带的粉尘返回反应炉中。
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