硫黃回收裝置的平面布置及管道設(shè)計

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

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大及加工進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被迫停工或減產(chǎn)，造成工廠不應(yīng)有的損失。同時，鑒于硫黃回收裝置規(guī)模大，原料來源多，組分復(fù)雜，波動范圍大，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，筆者對硫黃回收裝置平面布置的原則、要點進行了簡要描述，分析了管道設(shè)計時需要注意的問題，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位置。按《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》的要求確定設(shè)備間距，同時要留有操作、檢修、吊裝所需的場地和通道。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，一級反應(yīng)器，二級反應(yīng)器，加氫反應(yīng)器，一、二、三級冷凝冷卻器，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)，同時與控制室、壓縮機廠房等其他工藝設(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所、明火或散發(fā)火花地點的全年最小頻率風(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、存放的場所，屬于丙類倉庫，其與其他建筑、明火或散發(fā)火花地點等防火間距必須符合《建筑設(shè)計防火規(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、存放時間和叉車運輸?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硫池，再由泵將液硫抽出送至成型造粒機。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，以保證進硫池的管道長度短且少拐彎（液硫靠自流進硫池，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

管道不僅用來連接各類工藝設(shè)備，使裝置成為一個有機的整體，同時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，設(shè)備、管道均是在高溫、高腐蝕介質(zhì)的條件下運行。

根據(jù)《石油化工管道設(shè)計器材選用通則》（SH3059-2001）的要求，由于一、二、三級冷凝冷卻器生產(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對碳鋼無腐蝕作用，當(dāng)溫度達(dá)到250℃時，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)計含硫管道壁厚時，可以通過增加厚度來抵消管道腐蝕實際的減薄量。所有的管線（特別是過程氣、尾氣、液硫）布置時要盡可能短，利用自然熱補償解決高溫管道熱補償問題。對于高溫大管線，要進行應(yīng)力計算，分析管道柔性，必要時可設(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。硫黃具有凝點高的特性，當(dāng)溫度低于121°C時，會發(fā)生液態(tài)變成固態(tài)的相變；當(dāng)溫度在130～160°C時，黏度最小，便于輸送；硫黃尾氣處理的過程氣，其露點溫度在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、日常維護簡單等特點，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)計規(guī)范》（SH/T3040）要求，當(dāng)介質(zhì)凝固點大于100°C時，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要求。對于過程氣，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溫度，不會產(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)高點供汽，低點疏水。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，需要在每個低點設(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，應(yīng)根據(jù)夾套管組合的不同尺寸確定其間距，同時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，易堵塞的特性，要求設(shè)計人員在設(shè)計時要考慮全面，優(yōu)化設(shè)備平面布置，合理布置管道走向，做到經(jīng)濟、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。