二氧化硫装卸及配送设施设计探讨(3)

4)设计1套SO2应急吸收装置，如图1所示。当液体SO2泄漏至大气环境中并气化时，现场气体SO2检测装置会立刻报警并联锁启动SO2应急吸收装置。由应急SO2风机抽来的含SO2气体自下而上进入应急吸收塔，由碱液循环泵把碱液喷入应急吸收塔内，使气液在塔内充分接触，从而达到吸收泄漏的SO2的目的。脱除SO2后的气体由塔顶排放。

图1 SO2应急吸收装置示意

5)液体SO2钢瓶入口阀门频繁开关易出现因阀门失灵造成泄漏。因此，在SO2钢瓶卸料区域应设置钢瓶事故碱水池，碱水池内常年容纳氢氧化钠溶液备用，且碱水池容积应大于液体SO2钢瓶体积，当钢瓶出现无法控制的泄漏时，通过起重机将整个钢瓶浸入碱水池内。

6)设备检修时，首先通过排污管将设备内剩余的液体SO2排放至地下收集槽，再打开设备放空阀门将SO2气体排空，最后通入干燥压缩空气或氮气进行气体置换，直至设备内SO2浓度处于安全范围内，检修人员方可入内检修。

6 结语

在湿法冶金企业SO2气体装卸及配送工序设计和运行中，系统应做到严格密闭，各设备与管道排放的液体SO2须集中排放至密闭收集槽回收利用。液体SO2相关设备应设置温度和压力报警装置，对于有可能泄漏的地方，根据设计规范设置有毒气体报警装置，一旦发生泄漏必须有符合安全规范的应急措施。SO2装卸与配送设施设计，应充分考虑其物化性质，严格执行国家安全环保及设计规范，方可有效避免安全事故的发生。

[1] 张昭,刘立泉,彭少方.二氧化硫浸出软锰矿[J].化工冶金,2000,21(1)：103-107.

[2] 柏亚林,胡保拴,王李鹏.采用液体二氧化硫进行铜与铅锌分离的工艺研究与工业实践[J].矿山机械,2018,46 (11):43-48.

[3] 揭晓武,张永禄,阮书峰,等.低品位铜钴氧化矿硫酸体系SO2还原浸出[J].中国资源综合利用,2018,36(5)：4-8.

[4] 范旷生,何贵香,刘平,等.锌中浸渣中锌和铟的SO2还原浸出研究[J].有色金属工程,2019,9(2):51-54.

常温常压下SO2为无色气体，加压冷却可液化成无色透明、有刺激性臭味的液体，SO2对呼吸道和眼睛具有刺激作用。液体SO2气化性强，在空气中φ(SO2)达到0.04%～0.05%时，人体吸入就会引起中毒。SO2是一种重要的化工原料，广泛应用于农药、医药、人造纤维、染料、造纸、石油加工及金属冶炼行业。SO2具有较强的还原性，尤其在水溶液中其还原性更加显著。在金属湿法冶炼行业，SO2常作为还原剂用于还原浸出金属矿中的金属元素。张昭等人[1]系统研究了SO2浸出软锰矿工艺，在水溶液中以SO2气体为还原剂直接浸出软锰矿制备硫酸锰，在研究了温度、粒度、SO2流量等对浸出率的影响基础上成功导出了SO2还原浸出动力学方程。柏亚林等人[2]通过系统的选矿试验研究，发明了采用液态SO2替代原有的亚硫酸进行铜与锌分离新工艺，取得了较好的技术指标并成功地实现了工业化应用。揭晓武等人[3]以卢本巴希某低品位铜钴矿为研究对象，开展常温SO2还原浸出试验研究，研究结果表明在优化条件下，1 t矿消耗硫酸428 kg，铜、钴浸出率分别达到94.6%和78.9%。范旷生等人[4]针对湿法炼锌过程中锌浸出渣处理工艺存在着有价金属回收率低等问题，开展了锌冶炼中性浸出渣的SO2还原浸出研究，研究结果表明，与热酸浸出相比，采用SO2还原浸出工艺能够明显提高原料中锌、铟的浸出率，锌、铟浸出率最高可达93.8%，92.3%。为了方便运输和储存，市场上销售的SO2多以液态的形式存在。采用SO2还原浸出湿法冶炼技术的企业须采购液体SO2或者自制SO2气体。液体SO2产品一般以钢瓶或槽车运输，SO2必须经过装卸、储存、气化方可输送至后续还原浸出工序。SO2作为一种有毒、易挥发性物质，它的装卸、储存、气化需要严格遵守设计规范和安全要求。笔者结合某实际工程案例，系统介绍SO2的装卸及配送工艺设计，以及设计中应考虑和注意的问题。1 设计原则SO2的装卸及配送工艺设计原则如下：1)流程设计、设备布置、设备选型等各方面均力求节能，并且符合卫生和安全的要求。2)生产优先，要充分考虑尽可能不影响企业的正常生产运行。3)设计过程中充分考虑SO2的特殊性，加强劳动保护和环境保护措施，减少或防止二次污染。4)严格执行现行的国家有关法律、法规、标准及行业规范、规定。5)充分考虑当地气候，储存装置采用有效的控温、控压措施。2 工艺流程设计以某铜钴矿湿法冶金项目为例，该项目采用SO2浸出还原技术，整个项目SO2需求量为105～150 kg/d。SO2采用外购的形式，考虑到一定的外购周期，需要在厂区内对液体SO2进行存储。SO2运输装卸同时考虑钢瓶和槽车2种方式：钢瓶容量800 L，单瓶SO2装载量约1 t；槽车密闭装卸，每次装载量约30 t，槽车上方设有液相口和气相口，底部设有排液口。整个区域共设计6条钢瓶卸料线，可满足6个钢瓶同时卸料。钢瓶、槽车内液体SO2的压力与温度有关，液体SO2的压力一般为0.5～0.8 MPa。钢瓶通过与储罐连接的管道直接卸料，钢瓶液相口与储罐液相入口管道相连，钢瓶气相口与压缩机气体出口管道相连。槽车通过装卸鹤管卸料，鹤管液相臂与槽车排液口相连，鹤管气相臂与槽车气相口相连，鹤管液相出口与储罐液相入口管道相连，鹤管气相入口与压缩机气体出口管道相连。钢瓶或槽车卸料前期，由于内部压力高于储罐，液体SO2会自动沿管道流入储罐，直至与储罐内压力平衡。后期需启动卸料压缩机，抽取储罐内SO2气体，经过压缩机增压后通入钢瓶或槽车内，压力较高的SO2气体将钢瓶或槽车内剩余的液体SO2压入储罐内。同理，在储罐需要检修时，卸料压缩机也可完成2个储罐之间的倒罐功能。打开底部液相出口阀门，将倒入罐与倒出罐液相连通，打开倒入罐与倒出罐的气相出口阀门，气相与卸料压缩机进出口相连，压缩机抽取倒入罐内气体增压后引入倒出罐，将罐内液体SO2压入倒入罐内。由于SO2的危险性，实际生产时，应尽量减少存储量，保证有一个储罐空置备用，当出现储罐泄漏时，可以及时倒罐。存入储罐内的液体SO2依靠自身压力或者输送泵流入SO2蒸发器，蒸发器入口压力要求不低于0.5 MPa。因此，当储罐内压力低于0.5 MPa时需启动输送泵将SO2输送至蒸发器内。建议输送泵采用无泄漏的磁力泵。SO2蒸发器以70 ℃热水为热源，热水消耗量约为20 m3/h。蒸发器SO2气体出口温度约45 ℃，压力0.76 MPa。为保证送往还原浸出工序的SO2气流稳定，从蒸发器出来的SO2气体先进入SO2缓冲罐，再通过管道送至后续工序。考虑到SO2的有毒性和易挥发性，SO2装卸、存储、蒸发工序的排污管和溢流管不能直接排放，应通过密闭管道收集至液体SO2地下收集槽。液体SO2地下收集槽设置安全阀和液位报警，收集槽液位高报警时启动液体SO2应急输送泵，将液体SO2输送回储罐。建议SO2应急输送泵采用无泄漏的磁力泵。3 设备与布置设计3.1 设备设计1)卸料鹤管。鉴于SO2有毒性，整个SO2卸料系统必须密闭。鹤管设计压力应不低于槽车的设计压力。卸料鹤管液相臂与气相臂规格与槽车液相和气相出口的直径应一致。建议气相外臂最大下俯角25°，液相外臂最大下俯角22°。卸料鹤管采用1开1备的方式，卸料时气相严禁直接排入大气。2)卸料压缩机。建议卸料压缩机选用无润滑压缩机，压缩机气缸无需注油，从而可有效避免压缩机润滑油进入SO2气体。3)储罐。液体SO2储存采用卧式储罐，鉴于液体SO2易挥发，储罐应设置气体放空管及安全阀。储罐液相入口管道插至储罐底部，底部设置排污阀。设计储罐总容量约为15 d的SO2需求量。储罐远离热源，上方设置遮阳棚，避免阳光直射致使罐内温度急剧上升；必要时储罐上方可安装水喷淋系统降温。4)SO2蒸发器。液体SO2蒸发器采用水浴管壳式蒸发器，蒸发器热源可采用热水、蒸汽或电。该设计中蒸发器热源为热水。5)SO2缓冲罐。SO2缓冲罐容量宜满足蒸发器额定出力30～60 s的停留时间，材质可选择碳钢 布置设计SO2装卸与配送装置区域可分为装卸区、储罐区和蒸发区。整个区域应处于通风良好处，地面防腐防渗。SO2装卸区应设置空钢瓶和满钢瓶存放区，留有通道。钢瓶摆放整齐，堆放不应超过3层，应防止滚动，妥善固定。装卸区上方应安装起重机，负责起吊和运输液体SO2钢瓶。区域内安装多台液体SO2钢瓶秤，建议钢瓶秤之间设计事故碱水池。卸料压缩机可露天或半露天布置，压缩机机组间净距不宜小于1.5 m。卸料压缩机若布置于室内，压缩机操作侧与内墙的净距不宜小于2.0 m，其余各侧与内墙的净距不宜小于1.2 m。液体SO2储罐集中并列布置在敞开式带顶棚的半露天建筑物内，储罐间距应满足设备运行、维护和检修的需要，储罐之间的净距宜大于1.5 m。SO2气体的密度大于空气，气体泄漏时首先聚集在地面附近，因此储罐四周应设置围堰。当储罐发生泄漏时，可以一定程度上减缓SO2向其他区域扩散，为SO2泄漏应急处理争取时间。围堰内宜设置地坑，用于收集围堰内废水。建议储罐上方设置检修操作大平台，平台连通各储罐，平台设置不少于2个方向通往地面的梯子。液体SO2排污收集槽应设置在地下，收集槽顶部液相入口标高宜低于所有设备和管道的排污口标高。建议收集槽布置在蒸发器附近，出现紧急事故时便于将蒸发器内的液体排入收集槽。4 仪表与阀门设计1)干燥SO2气体对碳钢腐蚀性较小，含有水分的SO2气体则具有一定腐蚀性，因此建议管道和阀门选用304或316L不锈钢材质。2)建议SO2装卸与配送采用PLC控制，所有控制及检测在系统上进行显示、控制和报警。3)SO2储罐、蒸发器、收集槽应设置温度报警仪、压力报警仪、液位报警仪及双安全阀。4)建议蒸发器设置液位调节阀和温度调节阀，回水管上设置pH检测计，监测蒸发器换热列管是否发生泄漏。5)储罐液相进出口管道和气相出口管道上应设置远程遥控切断阀门。6)缓冲罐气相出口应安装远程遥控切断阀。5 运行安全设计液体SO2易挥发，且易被湿润的黏膜表面吸收生成亚硫酸，对眼及呼吸道黏膜有强烈的刺激作用。大量吸入可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。因此，SO2的装卸与配送应采用密闭系统，确保SO2始终处于密闭的管道设备中。按GB —2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》，在有可能泄漏和聚集SO2的地方设置有毒气体浓度检测报警仪。具体的安全预防措施如下：1)储罐、收集槽、蒸发器上设置双安全阀及气体排放阀，并且将安全阀和排放阀可能引出的SO2气体通过管道汇集至气体应急吸收总管上。2)储罐上方设置遮阳棚，防止阳光直射，避免储罐温度过高，必要时可在储罐上方设置水喷淋系统并与储罐温度计联锁。3)液体SO2储罐周围设置围堰，可在泄漏发生时将SO2集中在SO2成品罐区集中处置，防止SO2气体直接流向周边区域。4)设计1套SO2应急吸收装置，如图1所示。当液体SO2泄漏至大气环境中并气化时，现场气体SO2检测装置会立刻报警并联锁启动SO2应急吸收装置。由应急SO2风机抽来的含SO2气体自下而上进入应急吸收塔，由碱液循环泵把碱液喷入应急吸收塔内，使气液在塔内充分接触，从而达到吸收泄漏的SO2的目的。脱除SO2后的气体由塔顶排放。图1 SO2应急吸收装置示意5)液体SO2钢瓶入口阀门频繁开关易出现因阀门失灵造成泄漏。因此，在SO2钢瓶卸料区域应设置钢瓶事故碱水池，碱水池内常年容纳氢氧化钠溶液备用，且碱水池容积应大于液体SO2钢瓶体积，当钢瓶出现无法控制的泄漏时，通过起重机将整个钢瓶浸入碱水池内。6)设备检修时，首先通过排污管将设备内剩余的液体SO2排放至地下收集槽，再打开设备放空阀门将SO2气体排空，最后通入干燥压缩空气或氮气进行气体置换，直至设备内SO2浓度处于安全范围内，检修人员方可入内检修。6 结语在湿法冶金企业SO2气体装卸及配送工序设计和运行中，系统应做到严格密闭，各设备与管道排放的液体SO2须集中排放至密闭收集槽回收利用。液体SO2相关设备应设置温度和压力报警装置，对于有可能泄漏的地方，根据设计规范设置有毒气体报警装置，一旦发生泄漏必须有符合安全规范的应急措施。SO2装卸与配送设施设计，应充分考虑其物化性质，严格执行国家安全环保及设计规范，方可有效避免安全事故的发生。参考文献：[1] 张昭,刘立泉,彭少方.二氧化硫浸出软锰矿[J].化工冶金,2000,21(1)：103-107.[2] 柏亚林,胡保拴,王李鹏.采用液体二氧化硫进行铜与铅锌分离的工艺研究与工业实践[J].矿山机械,2018,46 (11):43-48.[3] 揭晓武,张永禄,阮书峰,等.低品位铜钴氧化矿硫酸体系SO2还原浸出[J].中国资源综合利用,2018,36(5)：4-8.[4] 范旷生,何贵香,刘平,等.锌中浸渣中锌和铟的SO2还原浸出研究[J].有色金属工程,2019,9(2):51-54.

文章来源：《湿法冶金》 网址: http://www.sfyjzz.cn/qikandaodu/2020/1225/372.html