賴寧 李彥平 蔚永清

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)

硫磺回收裝置液硫系統(tǒng)堵塞原因及對(duì)策

賴寧 李彥平 蔚永清

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司烯烴公司26kt／a硫磺回收裝置運(yùn)行5年多來(lái)，液硫系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象日益嚴(yán)重。借鑒了煉廠、天然氣脫硫、煤化工硫磺回收裝置類似問(wèn)題的處理方法，從酸氣組分、操作中存在的問(wèn)題、工藝設(shè)計(jì)中存在的缺陷等方面分析原因，通過(guò)采取新增1臺(tái)熱再生塔冷卻器、1臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、停車時(shí)將掃硫時(shí)間由2天延長(zhǎng)至3天、掃硫時(shí)將爐膛溫度提高至1 060℃、對(duì)硫磺泵新增回流管線等措施，有效地解決了液硫系統(tǒng)堵塞的問(wèn)題，保證了裝置的長(zhǎng)周期安穩(wěn)運(yùn)行。

硫磺回收 堵塞 酸氣 液硫系統(tǒng)

面對(duì)日趨嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，硫磺回收裝置在化工廠中的作用愈加重要。神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司烯烴公司26kt／a硫磺回收裝置液硫系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象日益嚴(yán)重，裝置多次非計(jì)劃停車，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，由于酸氣直接排放火炬燃燒會(huì)生成大量SO2，也將導(dǎo)致一定的環(huán)境污染問(wèn)題［1］。與石油化工硫磺回收裝置相比，煤化工硫磺回收裝置酸氣中H2S濃度較低，酸氣組成復(fù)雜，除含有烴類、氨、有機(jī)硫外，還含有COS、HCN等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對(duì)硫磺回收裝置影響很大［2］。為了避免硫磺回收裝置發(fā)生堵塞，要求富集工序要完全與凈化工序獨(dú)立［3］。此外，煉廠、天然氣脫硫、煤化工的硫磺回收裝置反應(yīng)器內(nèi)會(huì)出現(xiàn)積硫，可通過(guò)提高反應(yīng)器入口溫度加以解決［4］。

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)煉廠類似問(wèn)題所采取的措施，如：提高風(fēng)氣比、加大爐前氮?dú)饬?、裝置開工充分預(yù)熱等措施［5］，深入分析液硫系統(tǒng)在正常運(yùn)行、停車掃硫、曝氣池故障時(shí)堵塞的原因，并采取一系列針對(duì)性措施，有效地解決了液硫系統(tǒng)堵塞的問(wèn)題。

1 硫磺回收工藝流程簡(jiǎn)介

烯烴公司硫磺回收裝置負(fù)荷變化彈性區(qū)間為30%～110%，設(shè)計(jì)需要處理兩股工藝氣：①來(lái)自低溫甲醇洗單元的酸氣，其溫度24.7℃、表壓0.19MPa、流量7 105.1m3／h（20℃，101.325kPa，下同）；②來(lái)自尾氣處理單元的尾氣，其溫度39.9℃、表壓0.18 MPa、流量597.5m3／h。實(shí)際生產(chǎn)中，酸氣溫度24.7℃、表壓0.15MPa、流量3 200m3／h，尾氣溫度39.9℃、表壓0.12MPa、流量597.5m3／h，負(fù)荷為滿負(fù)荷的49.3%。工況變化時(shí)，工藝氣量變化范圍為2 500～4 300m3／h，負(fù)荷變化范圍為32.5%～55.8%，在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

系統(tǒng)中產(chǎn)生的液硫先經(jīng)過(guò)4個(gè)硫磺液封槽進(jìn)入硫磺曝氣池第一間隔，由1＃硫磺泵進(jìn)行循環(huán)和噴霧，液硫通過(guò)除氣池底部進(jìn)入第二間隔，并由2＃硫磺泵進(jìn)行循環(huán)和噴霧。液體硫磺可通過(guò)溢流堰進(jìn)入第三間隔，也可通過(guò)1＃、2＃硫磺泵將液硫送入第三間隔；第三間隔的液硫通過(guò)3＃硫磺泵送往界區(qū)外，見圖2。

2 裝置中存在問(wèn)題

2.1 硫磺液封槽發(fā)生溢流現(xiàn)象

自硫磺回收裝置開車以來(lái)，硫磺液封槽每年都會(huì)發(fā)生多次液硫溢流現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生溢流時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員必須及時(shí)用細(xì)鋼管等物體對(duì)硫磺液封槽進(jìn)行疏通。在操作過(guò)程中，存在H2S中毒及被液硫燙傷的風(fēng)險(xiǎn)。硫磺屬于可燃物，所以對(duì)于溢流出來(lái)的液硫必須及時(shí)處理，但清除凝固硫磺非常困難。另一方面，液硫的絕緣性能極佳，故容易形成靜電積聚［8］，很有可能會(huì)發(fā)生硫著火或爆炸事故，極具危險(xiǎn)性（硫磺物化性質(zhì)如表1［9－11］所示）。因此，防止硫磺液封槽發(fā)生溢流很有必要。

2.2 液硫球閥管線停車后多次出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象

硫磺回收裝置運(yùn)行以來(lái)，多次進(jìn)行停車檢修。在停車后，Claus氧化爐及兩段反應(yīng)器后的3個(gè)液硫球閥附近管線經(jīng)常發(fā)生堵塞現(xiàn)象。一旦發(fā)生堵塞，需要人員及時(shí)疏通，疏通工作非常困難，需耗費(fèi)大量人力物力。同時(shí)，疏通過(guò)程中極有可能發(fā)生液硫噴濺傷人事故。此外，疏通不及時(shí)會(huì)影響其他檢修工作，甚至影響裝置的正常開停車。因此，預(yù)防液硫球閥管線堵塞具有重要的意義。

表1 硫磺物化性質(zhì)表Table 1 Physicochemical properties of sulfur

2.3 曝氣池溢流堰部分液硫凝固現(xiàn)象

為了保證硫磺具有較好的流動(dòng)性，硫磺曝氣池內(nèi)硫磺溫度控制在135～150℃，硫磺回收裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，硫磺曝氣池第二間隔溫度出現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，最低達(dá)到121℃。打開第二間隔觀察口發(fā)現(xiàn)，頂部已有部分液硫凝固，同時(shí)還伴有積水現(xiàn)象，判斷可能是曝氣池隔水有問(wèn)題，或者伴熱蒸汽出現(xiàn)泄漏，引發(fā)曝氣池出現(xiàn)積水，導(dǎo)致溢流堰附近硫磺凝固。溢流堰附近的硫磺凝固后，生產(chǎn)的液硫無(wú)法輸送至第三間隔，導(dǎo)致第一、第二間隔液硫從觀察口處流出，嚴(yán)重影響裝置運(yùn)行。

1）DHT21溫濕度傳感器[7]，精度:±0.5 ℃；測(cè)量范圍:-40～5℃，嵌入式硬件的接口電路為輸入電壓接3.3 V，GND引腳接地，STM32的I/O口通過(guò)導(dǎo)線與DQ相連，傳感器處于寫存儲(chǔ)器操作時(shí)，輸入電壓與DQ接入5.1K上拉電阻，提高總線上拉能力，減少功率消耗。

3 裝置中存在問(wèn)題的原因

3.1 硫磺液封槽溢流的原因

由于列管堵塞等原因，造成低溫甲醇洗裝置熱再生塔冷卻器冷卻效果明顯變差，導(dǎo)致去硫磺回收裝置的酸氣溫度偏高。滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，酸氣溫度維持在約20℃。當(dāng)負(fù)荷低于75%，由于冷量較少，酸氣溫度會(huì)增至約40℃，如果工況波動(dòng)較大，酸氣溫度最高可達(dá)60℃以上。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，將不同酸氣溫度工況下的運(yùn)行參數(shù)列于表2。

將酸氣換算為3 000m3／h的工況，得出換算后的不同酸氣溫度工況下的運(yùn)行參數(shù)，見表3。

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，可作出在相同酸氣量的情況下，工藝空氣用量隨酸氣溫度上升的變化趨勢(shì)圖，如圖3所示。

表2 不同酸氣溫度運(yùn)行參數(shù)Table 2 Running parameters under different acid temperature

表3 不同酸氣溫度運(yùn)行參數(shù)（換算后）Table 3 Running parameters under different acid temperature after conversion

Claus爐內(nèi)的反應(yīng)極其復(fù)雜。由圖3可知，當(dāng)酸氣溫度超過(guò)35℃時(shí)，由于酸氣帶甲醇，會(huì)消耗大量空氣，導(dǎo)致工藝空氣用量急劇上升，Claus氧化爐內(nèi)會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)［12］：

由上式可知，當(dāng)酸氣帶甲醇嚴(yán)重時(shí)，甲醇會(huì)消耗大量氧氣，硫磺回收單元Claus氧化爐配風(fēng)量就必須比正常工況更多。由于鼓風(fēng)機(jī)功率不夠，此時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的配風(fēng)不足現(xiàn)象，不僅會(huì)降低硫磺回收率［13］，還將導(dǎo)致Claus氧化爐內(nèi)副反應(yīng)明顯增多，生成物中積碳等雜質(zhì)明顯增多［14］。

硫磺液封槽內(nèi)部管線內(nèi)徑較細(xì)，如果工況出現(xiàn)異常狀況，液硫中會(huì)含有過(guò)多雜質(zhì)。此時(shí)，雜質(zhì)會(huì)附著在管線內(nèi)壁。隨著時(shí)間的推移，當(dāng)液硫流通流量小于硫磺產(chǎn)出量，硫磺液封槽內(nèi)液硫就發(fā)生積聚，并最終導(dǎo)致過(guò)多液硫從硫磺液封槽內(nèi)溢出。

由此可見，硫磺液封槽溢流的原因是設(shè)備故障，應(yīng)從設(shè)備方面解決酸氣溫度高、配風(fēng)不足的問(wèn)題。

3.2 液硫球閥管線停車后多次堵塞原因

統(tǒng)計(jì)掃硫不充分和掃硫充分時(shí)的反應(yīng)器床層溫度，驗(yàn)證得出，操作時(shí)可用床層溫度作為判斷掃硫是否充分的依據(jù)，掃硫時(shí)的床層溫差數(shù)據(jù)對(duì)比如表4所列。經(jīng)分析，硫磺回收裝置停車后造成液硫球閥管線多次堵塞的原因包括：①裝置停車后掃硫時(shí)間不足，導(dǎo)致部分液硫停滯在設(shè)備內(nèi)部；②掃硫過(guò)程中Claus氧化爐內(nèi)溫度控制偏低，造成后續(xù)工段設(shè)備內(nèi)溫度偏低，掃硫進(jìn)度過(guò)緩；③液硫球閥附近伴熱管線偏少，當(dāng)停車掃硫液硫流量很少時(shí)，此處溫度無(wú)法控制太高，易引發(fā)液硫凝固［15］。

由此可見，液硫球閥管線停車后堵塞的主要原因是人為操作不當(dāng)，應(yīng)進(jìn)行分析總結(jié)，得到停車掃硫時(shí)合適的操作參數(shù)。

表4 反應(yīng)器床層溫度對(duì)比Table 4 Comparison of reactor bed temperature

3.3 曝氣池溢流堰部分液硫凝固原因

當(dāng)溫度為388～392K時(shí)，硫以液態(tài)形式存在；溫度降到368K時(shí)，液態(tài)硫磺轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄦涡毙瘟颍é拢璖8）；溫度繼續(xù)降低，固相硫晶體結(jié)構(gòu)就會(huì)呈斜方形（α－S8）。因此，當(dāng)硫磺曝氣池發(fā)生故障，溫度降低至388K以下時(shí)，液硫就會(huì)凝固。液硫黏度隨溫度變化的情況如圖4所示［16］。硫磺曝氣池溢流堰部分液硫凝固的原因包括：①曝氣池內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致曝氣池附近窨井內(nèi)水滲漏到曝氣池內(nèi)部，造成曝氣池內(nèi)部溫度降低；②曝氣池內(nèi)盤管蒸汽出現(xiàn)沙眼，導(dǎo)致凝液泄漏到曝氣池內(nèi)；③曝氣池內(nèi)硫磺泵管線設(shè)計(jì)不合理，無(wú)法應(yīng)對(duì)事故狀態(tài)。

由此可見，曝氣池溢流堰部分液硫凝固的主要原因在于硫磺泵管線的設(shè)計(jì)缺陷，應(yīng)對(duì)管線進(jìn)行改造，以保證曝氣池在事故狀態(tài)仍能較好地運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 解決問(wèn)題的措施

4.1 預(yù)防液硫封槽溢流的措施

液硫封槽溢流的根本原因是在工況波動(dòng)較大的情況下，會(huì)出現(xiàn)配風(fēng)不足的現(xiàn)象，生成大量雜質(zhì)?？刹扇∫韵陆鉀Q措施：

（1）新增1臺(tái)熱再生塔冷卻器，定期對(duì)冷卻器進(jìn)行切換，然后采用列管清洗、換熱器排氣、反沖洗等措施對(duì)換熱效果變差的換熱器進(jìn)行處理，以保證冷卻器有較好的冷卻效果，從而減少酸氣夾帶甲醇。新增冷卻器前、后酸氣溫度變化，如圖5所示。

（2）新增1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常，風(fēng)量不足時(shí)，及時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行切換。此外，在進(jìn)Claus氧化爐工藝空氣管線上新配兩條來(lái)自工廠風(fēng)的管線，當(dāng)風(fēng)量不足時(shí)，可以通過(guò)這兩條管線補(bǔ)充一定量的空氣。上述措施可解決配風(fēng)不足的問(wèn)題。

（3）每周開通1次進(jìn)Claus氧化爐的直通蒸汽，通蒸汽1h以上，清除爐內(nèi)積碳。同時(shí)，在出現(xiàn)異常工況、爐溫較高、積碳現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)也可立即開通此蒸汽管線，起到降溫除碳的作用。

4.2 預(yù)防液硫球閥管線停車后堵塞的措施

為了防止硫磺回收裝置停車后液硫球閥管線發(fā)生堵塞，應(yīng)從以下幾方面采取措施：①裝置停車后，保證充足的掃硫時(shí)間，掃硫時(shí)間由2天延長(zhǎng)至3天，觀察硫磺液封槽內(nèi)無(wú)流通液硫，反應(yīng)器各床層無(wú)溫差時(shí)，標(biāo)志著掃硫結(jié)束；②在掃硫過(guò)程中，將Claus氧化爐溫度由原來(lái)的1 020℃提高至1 060℃以上；③新增液硫球閥附近伴熱管數(shù)量，以保證此處液硫不發(fā)生凝固；④掃硫期間，全開冷凝器的直通蒸汽，以保證液硫球閥管線內(nèi)液硫溫度足夠高。

4.3 曝氣池溢流堰部分液硫凝固的應(yīng)對(duì)措施

為使裝置正常運(yùn)行，確保硫磺回收單元能正常運(yùn)行至大檢修期間再解決曝氣內(nèi)積水問(wèn)題，應(yīng)從以下幾方面采取措施：①將曝氣池直通蒸汽凝液直排至污染雨水池，保證疏水器疏水效果，提高曝氣池內(nèi)溫度；②在曝氣池第二間隔凝固硫磺頂部砸1個(gè)硫磺洞，保證液體硫磺通過(guò)硫磺洞溢流到第三間隔；③為防止液體硫磺通過(guò)硫磺洞溢流的硫磺再次凝固，將3＃硫磺泵新配回流管線至第二間隔，保證液硫流動(dòng)，如圖6所示；④及時(shí)處理硫磺曝氣池附近窨井內(nèi)積水，從而保證曝氣池內(nèi)無(wú)水再次滲入。通過(guò)采取上述措施，保證了硫磺回收裝置在硫磺曝氣池出現(xiàn)滲漏水的異常情況下仍能正常運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

深入分析了硫磺回收裝置長(zhǎng)期存在硫磺液封槽易堵塞、裝置停車后管線易堵塞、硫磺曝氣池硫磺易凝固3大問(wèn)題的根本原因，采取有效的措施，使裝置在正常生產(chǎn)中硫磺液封槽溢流次數(shù)由13次／年降低為1次／年；停車后液硫球閥發(fā)生管線堵塞現(xiàn)象的概率由75%降為0。同時(shí)，硫磺曝氣池在漏水的異常工況下防止硫磺曝氣池出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，避免了2次非計(jì)劃停車，減少SO2排放量600t，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益36.5萬(wàn)元，保證了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

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Causes and countermeasures of liquid sulfur system blockage in sulfur recovery unit

Lai Ning，Li Yanping，Yu Yongqing
（Shenhua Ningxia Coal Industry Group，Ningxia Hui Autonomous Region 750411，China）

The 26kt／a sulfur recovery unit of Shenhua Ningxia Coal Industry Group Coal Chemical Industry Branch Olefins Company has been put into use for more than five years，the liquid sulfur system－clogging problem has become more and more serious.The ways to deal with similar problems from the sulfur recovery unit of refinery，natural gas desulfurization plant and coal chemical industry were referenced.Reasons were analyzed from the aspects of the acid gas components，the problems existing in the operation and the process design faults.The following measures were taken to solve the problems：adding a heat regenerator cooler and a roots blower；prolonging the sweep time of sulfur from 2days to 3days when shut down；increasing the furnace temperature up to 1 060℃when purging of sulfur；increasing the return line for the sulfur pump.These measures could solve the blocking problem of liquid sulfur system，which ensured the long－term safe and smooth operation of the unit.

sulfur recovery，block，acid gas，liquid sulfur system

賴寧（1989－），男，新疆維吾爾族自治區(qū)阿勒泰地區(qū)人，2012年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程與工藝專業(yè)，本科，助理工程師，現(xiàn)就職于神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)，主要從事硫磺回收工藝研究工作。E－mail：laining0806＠126.com

TE64

B

10.3969／j.issn.1007－3426.2015.05.003

2015－06－28；編輯：溫冬云