洛陽瑞澤石化工程有限公司 楊慶麗

硫黃回收裝置的平面布置及管道設(shè)計(jì)

洛陽瑞澤石化工程有限公司 楊慶麗

隨著國內(nèi)煉廠原油加工量的擴(kuò)大及加工進(jìn)口含硫原油比例的增加，硫黃回收裝置在逐步大型化。為了滿足環(huán)保的要求，一旦硫黃回收裝置因事故停車，其他的上游裝置也會(huì)被迫停工或減產(chǎn)，造成工廠不應(yīng)有的損失。同時(shí)，鑒于硫黃回收裝置規(guī)模大，原料來源多，組分復(fù)雜，波動(dòng)范圍大，而且又是全廠性配套裝置，這就要求硫黃回收必須安全可靠。因此，提高硫黃回收裝置的運(yùn)行可靠性和延長裝置的開工周期是非常重要的。本文，筆者對(duì)硫黃回收裝置平面布置的原則、要點(diǎn)進(jìn)行了簡要描述，分析了管道設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的問題，著重探討了夾套伴熱在裝置內(nèi)的應(yīng)用。

一、平面布置

首先要根據(jù)工藝流程確定各單元的相對(duì)位置。按《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求確定設(shè)備間距，同時(shí)要留有操作、檢修、吊裝所需的場(chǎng)地和通道。采用流程式布置，為防止堵塞、控制溫降、壓降等問題，工藝要求設(shè)備相對(duì)集中。采用多層構(gòu)架立體布置，充分利用空間。

Claus法硫黃回收裝置的主要工藝設(shè)備有：酸性氣燃燒爐，一級(jí)反應(yīng)器，二級(jí)反應(yīng)器，加氫反應(yīng)器，一、二、三級(jí)冷凝冷卻器，硫池，尾氣焚燒爐和煙囪。

根據(jù)工藝流程，構(gòu)架設(shè)3層，反應(yīng)器放在構(gòu)架最上層，一、二、三級(jí)冷凝冷卻器放在構(gòu)架二層，酸性氣燃燒爐放在構(gòu)架地面上。依據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2008）中的規(guī)定，尾氣焚燒爐（明火設(shè)備）宜布置在裝置邊緣、靠近消防通道，且位于可燃?xì)怏w、液化烴、甲B類液體設(shè)備的全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)，同時(shí)與控制室、壓縮機(jī)廠房等其他工藝設(shè)備保持嚴(yán)格的防火間距，爐子所需的風(fēng)機(jī)可就近布置在管橋下方。燃料氣分液罐與爐體的防火間距不少于6 m，通常分液罐放在裝置的管橋一側(cè)，可跟其他罐成組布置。

該裝置的主要廢氣污染源為從煙囪排放的煙氣，煙氣的主要有害成分為SO2，經(jīng)過焚燒后的煙氣中SO2含量很低，但為了安全起見，煙囪還是要布置在人員集中場(chǎng)所、明火或散發(fā)火花地點(diǎn)的全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，要根據(jù)裝置所在區(qū)域風(fēng)向來確定具體方位。

硫黃倉庫間是液硫成型、包裝、存放的場(chǎng)所，屬于丙類倉庫，其與其他建筑、明火或散發(fā)火花地點(diǎn)等防火間距必須符合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2006）第3.5條的規(guī)定，距明火設(shè)備至少15 m。倉庫的大小要考慮硫黃日產(chǎn)量、存放時(shí)間和叉車運(yùn)輸?shù)确矫嬉蛩亍?/p>

硫成型前裝置內(nèi)產(chǎn)生的所有的液硫都要流進(jìn)硫池，再由泵將液硫抽出送至成型造粒機(jī)。由于液硫黏稠、易凝固的特性，要求硫池與所有產(chǎn)硫設(shè)備及成型造粒機(jī)之間連接的管道盡可能短一些，一般硫池設(shè)在構(gòu)架邊，且距倉庫盡量近，以保證進(jìn)硫池的管道長度短且少拐彎（液硫靠自流進(jìn)硫池，壓力小、易凝固）。

在硫黃倉庫內(nèi)、反應(yīng)構(gòu)架下，硫、硫化物等有害介質(zhì)設(shè)備附近，要設(shè)置組合式事故噴淋/洗眼器服務(wù)站。這樣，一旦出現(xiàn)對(duì)人體產(chǎn)生輕度危害的意外事故，可就近應(yīng)急使用，確保操作人員的人身安全。圖1為硫黃裝置的一種平面布置方式。

圖 1 硫黃裝置平面布置

二、管道設(shè)計(jì)

管道不僅用來連接各類工藝設(shè)備，使裝置成為一個(gè)有機(jī)的整體，同時(shí)也是各類流體輸送的安全屏障。在硫黃回收裝置中原料為高H2S濃度的酸性氣，反應(yīng)產(chǎn)生的介質(zhì)分別是H2S，SO2等有毒氣體，產(chǎn)品為固體硫黃，有潛在的自燃危險(xiǎn)，設(shè)備、管道均是在高溫、高腐蝕介質(zhì)的條件下運(yùn)行。

根據(jù)《石油化工管道設(shè)計(jì)器材選用通則》（SH3059-2001）的要求，由于一、二、三級(jí)冷凝冷卻器生產(chǎn)的液硫溫度在170°C左右，不存在高溫硫腐蝕（常溫下干燥的H2S對(duì)碳鋼無腐蝕作用，當(dāng)溫度達(dá)到250℃時(shí)，H2S容易分解產(chǎn)生活性硫，與鐵化合生成FeS，且溫度越高，腐蝕的速率越快）及低溫硫化氫腐蝕環(huán)境，所有的管道器材均選用碳鋼。

含硫化氫介質(zhì)的管道器材按最新版“柯柏曲線”進(jìn)行選材。管道的腐蝕主要是由于高溫硫化物的腐蝕造成，所以在設(shè)計(jì)含硫管道壁厚時(shí)，可以通過增加厚度來抵消管道腐蝕實(shí)際的減薄量。所有的管線（特別是過程氣、尾氣、液硫）布置時(shí)要盡可能短，利用自然熱補(bǔ)償解決高溫管道熱補(bǔ)償問題。對(duì)于高溫大管線，要進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，分析管道柔性，必要時(shí)可設(shè)彈簧支架。液硫管線要有I≮2%的傾斜度，盡量做到“步步低”，以利于液硫暢通。在所有的改變方向和分支處，采用四通加法蘭，法蘭蓋的形式，并且在四通的開口、法蘭部位要留有足夠的空間，一旦發(fā)生堵塞，可以打開法蘭從兩個(gè)方向解決管道疏通問題。所有的液硫管線，閥門均要求采用夾套保溫伴熱措施。

三、夾套伴熱

裝置的伴熱形式主要有電伴熱、蒸汽夾套伴熱、蒸汽伴管伴熱及熱水伴熱。硫黃具有凝點(diǎn)高的特性，當(dāng)溫度低于121°C時(shí)，會(huì)發(fā)生液態(tài)變成固態(tài)的相變；當(dāng)溫度在130～160°C時(shí)，黏度最小，便于輸送；硫黃尾氣處理的過程氣，其露點(diǎn)溫度在130°C左右。根據(jù)《石油化工管道伴管和夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T3040）規(guī)定，為防止液硫管道由于溫度下降而凝固，并保持較好的流動(dòng)性；或避免過程氣有硫結(jié)晶析出，裝置內(nèi)液硫管道及過程氣管道均應(yīng)采用蒸汽夾套伴熱的方式。電伴熱裝置具有安全可靠、施工簡便、日常維護(hù)簡單等特點(diǎn)，但一次性投資較高，而且為了充分利用硫黃裝置自產(chǎn)的0.3 MPa飽和蒸汽，一般采用蒸汽夾套伴熱，夾套管內(nèi)管及外管采用碳鋼即可滿足要求。

夾套管伴熱有內(nèi)管焊縫隱蔽型和內(nèi)管焊縫外露型2種。根據(jù)《石油化工管道伴管和夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T3040）要求，當(dāng)介質(zhì)凝固點(diǎn)大于100°C時(shí)，除輸送有毒介質(zhì)外，夾套管應(yīng)采用內(nèi)管焊縫隱蔽型，液硫管道正好符合此項(xiàng)要求。對(duì)于過程氣，由于含有H2S，SO2，CO等有毒氣體，而且溫度一般在170～270°C，即使有局部熱損失也不至于低于硫蒸氣露點(diǎn)溫度，不會(huì)產(chǎn)生結(jié)露；并且過程氣的管徑較大，溫度較高，管系特別是在彎頭和分支處應(yīng)力較大，外露型的管系柔性好，不僅易于管道熱補(bǔ)償，還便于施工，因此過程氣夾套伴熱管應(yīng)采用內(nèi)管焊縫外露型。夾套管敷設(shè)，供氣，排凝應(yīng)符合下列要求：一是夾套管應(yīng)有I≮2%的坡向，且應(yīng)與介質(zhì)流向一致。二是夾套管應(yīng)高點(diǎn)供汽，低點(diǎn)疏水。所有的蒸汽應(yīng)由夾套上部引入，凝結(jié)水由套管底部引出，供汽管和排凝管分設(shè)切斷閥。液硫夾套管若采用四通形式豎直安裝時(shí)，需要在每個(gè)低點(diǎn)設(shè)排凝，如圖2所示。三是夾套管管段間連接的水平跨線宜用法蘭連接，在夾套管底部切線方向進(jìn)出，夾套閥門也要用跨線串接。四是為防止內(nèi)外管的偏心，在內(nèi)管側(cè)安裝導(dǎo)向定位板，定位板材質(zhì)與內(nèi)管材質(zhì)相同。在安裝定位板時(shí)，應(yīng)根據(jù)夾套管組合的不同尺寸確定其間距，同時(shí)定位板的安裝方位不可影響內(nèi)管熱位移。定位板間距按表1取值。

圖 2 液硫夾套管安裝

表1 定位板間距

四、結(jié)論

綜上，硫黃回收裝置因其介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，易堵塞的特性，要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮全面，優(yōu)化設(shè)備平面布置，合理布置管道走向，做到經(jīng)濟(jì)、美觀、安全可靠，以滿足正常生產(chǎn)需要，提高裝置的使用壽命。