二氧化硫装卸及配送设施设计探讨
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。
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。
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 ～ 150kg / 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. 5MPa。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 警，收集槽液位高 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。
3. 2 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 警。
3) SO2储罐、蒸发器、收集槽应设置温度 警仪、压力 警仪、液位 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 GB50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测 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 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 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 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 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。
