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      超級克勞斯硫回收裝置優(yōu)化改造總結(jié)

      2018-12-07 11:11:02
      中氮肥 2018年6期
      關(guān)鍵詞:分液克勞斯管板

      屈 政

      (兗礦魯南化工有限公司,山東滕州 277527)

      兗礦魯南化工有限公司西廠區(qū)甲醇車間超級克勞斯硫回收裝置于2005年投產(chǎn),隨著服役時間的延長,系統(tǒng)出現(xiàn)了不少問題。為了配合凈化系統(tǒng)的升級改造,適應(yīng)于處理低溫甲醇洗系統(tǒng)的全部酸性氣,以及日趨嚴峻的環(huán)保形勢,2016年以來我們對超級克勞斯硫回收裝置進行了一系列的優(yōu)化改造,以進一步優(yōu)化超級克勞斯硫回收裝置的運行狀態(tài),降低排放尾氣中的SO2含量。以下對超級克勞斯硫回收裝置進行的優(yōu)化改造作一總結(jié)。

      1 設(shè)計工況及運行情況

      兗礦魯南化工有限公司西廠區(qū)甲醇車間硫回收裝置的任務(wù)是接收處理凈化系統(tǒng)來的酸性氣,設(shè)計酸性氣處理量為5800m3/h,酸性氣中H2S含量33.2%、CO2含量66.8%,酸性氣溫度40℃、壓力0.07MPa,年產(chǎn)硫磺20kt。

      實際生產(chǎn)中,硫回收裝置接收處理西廠區(qū)甲醇車間全部酸性氣約3500m3/h,間接性接收東廠區(qū)凈化車間部分酸性氣約1000m3/h。硫回收裝置正常生產(chǎn)時酸性氣處理量約3500m3/h,酸性氣濃度 (即H2S濃度)在15%左右,氣化爐不摻燒精煤時酸性氣濃度一般在7%~10%。2014年裝置產(chǎn)硫磺5981.94t,2015年裝置產(chǎn)硫磺6616.62t,2016年 (截至11月26日)裝置產(chǎn)硫磺4773.10t,從多年的運行情況來看,硫回收裝置生產(chǎn)負荷總體較低。

      正常生產(chǎn)時,尾氣廢鍋出口煙氣溫度約為180℃,因煙囪呈負壓狀態(tài)難以取樣,故沒有排放尾氣的硫化物分析數(shù)據(jù),硫回收裝置尾氣分液罐出口 (即尾氣爐前)尾氣中硫化物的分析數(shù)據(jù) (體積分數(shù),下同)如表1。

      表1 尾氣分液罐出口尾氣中硫化物分析數(shù)據(jù) %

      2 優(yōu)化改造內(nèi)容

      2.1 廢鍋改造

      2.1.1 酸性氣廢鍋

      酸性氣廢鍋 (E6004)設(shè)備性能及工藝參數(shù):內(nèi)徑1600mm、總長6900mm,采用φ57 mm×3.5mm的不銹鋼換熱管,換熱面積118m2;管程介質(zhì)為工藝氣,殼程介質(zhì)為水+飽和蒸汽;設(shè)計壓力1.45MPa(殼程)/0.08MPa(管程),設(shè)計溫度200℃ (殼程)/250℃ (管程),工作壓力1.30MPa(殼程)/0.07MPa(管程)。

      酸性氣廢鍋 (E6004)于2006年6月投用(在系統(tǒng)原始開車后,由于酸性氣廢鍋管板等泄漏嚴重,于2006年6月進行了更換),2007年5月發(fā)現(xiàn)酸性氣廢鍋出口過程氣管線上有水,判斷出現(xiàn)了內(nèi)漏,試壓查漏發(fā)現(xiàn)管板上方有2處漏點,換熱管焊接處有5處漏點,滿焊;2009年10月棗莊特檢院對其進行檢測,結(jié)果為合格;2013年7月E6004出口煙箱焊縫處出現(xiàn)砂眼,進行補焊;2015年6月26日棗莊特檢院對其進行檢測,結(jié)果為合格,2015年6月29日出現(xiàn)爆管,查漏后,堵頭堵漏滿焊1處,管板滲漏補焊3處;2015年10月12日硫回收裝置運行數(shù)據(jù)顯示E6004后部有堵塞現(xiàn)象;2016年6月檢修期間對E6004列管進行疏通,對管板進行補焊。2016年12月15日,現(xiàn)場對E6004后部導(dǎo)淋進行疏通,發(fā)現(xiàn)有水,判斷E6004輕微內(nèi)漏,當時決定對其監(jiān)控運行。但E6004一旦內(nèi)漏嚴重,硫回收裝置將切氣停車,因酸性氣無法送公司東廠區(qū)處理,只能送煙囪放空,將嚴重污染周邊環(huán)境,故E6004必須進行更換。

      據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況 (配合凈化系統(tǒng)升級改造),新更換的酸性氣廢鍋副產(chǎn)的蒸汽壓力將由1.3MPa提升到2.5MPa,為了將酸性氣廢鍋副產(chǎn)的蒸汽并入1.3MPa蒸汽管網(wǎng),增加一自調(diào)閥 (DN100、PN4.0)將其減壓至 1.3MPa;同時,原酸性氣廢鍋所需爐水由凈化車間高壓鍋爐給水泵供應(yīng),因副產(chǎn)蒸汽提壓后其不能滿足生產(chǎn)所需,改為由熱電車間直供5.5MPa的高壓鍋爐水約 6m3/h。

      2.1.2 尾氣廢鍋

      尾氣廢鍋于2016年6月系統(tǒng)檢修后投用(在系統(tǒng)原始開車后,由于尾氣廢鍋多次出現(xiàn)管板和換熱管泄漏,于2016年6月進行了更換)。2016年11月15日,發(fā)現(xiàn)尾氣廢鍋泄漏,其管板焊縫全部開裂,聯(lián)系制造廠家人員進行現(xiàn)場分析,認為是腐蝕和應(yīng)力集中引起的開裂。于是制造廠家人員對管板焊縫進行打磨補焊處理,出具修復(fù)方案對尾氣廢鍋進行了修復(fù)。修復(fù)后的尾氣廢鍋于2016年12月2日投用,但12月12日07:40控制室顯示其液位突然回零,出口溫度降低,尾氣廢鍋出口出現(xiàn)大量泄漏,拆檢發(fā)現(xiàn)下方管板開裂。決定對尾氣廢鍋予以更換。

      據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況 (配合凈化系統(tǒng)升級改造),新更換的尾氣廢鍋副產(chǎn)的蒸汽壓力將由0.5MPa提升到2.5MPa,為了將副產(chǎn)的蒸汽并入1.3MPa蒸汽管網(wǎng),需增加一自調(diào)閥(DN80、PN4.0)將其減壓至1.3MPa;同時,原尾氣廢鍋所需爐水由凈化車間高壓鍋爐給水泵供應(yīng),因副產(chǎn)蒸汽提壓后其不能滿足生產(chǎn)所需,改為由熱電車間直供5.5MPa的高壓鍋爐水約4m3/h。

      2.2 增設(shè)液硫捕集器

      2016年6月硫回收裝置檢修時,對尾氣分液罐進行改造,將其由絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)改為百葉窗式結(jié)構(gòu),但在其后的生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)尾氣焚燒爐入口導(dǎo)淋處有液硫排出,表明尾氣分液罐的百葉窗式結(jié)構(gòu)對液硫的捕集效果不是很好。由于0.10MPa蒸汽管網(wǎng)沒有用戶,蒸汽提壓至0.42MPa,溫度過高,故考慮在尾氣分液罐后增加一液硫捕集器(利舊設(shè)備),使2臺分離器串聯(lián)操作,以增強液硫捕集效果,避免液硫帶入尾氣焚燒爐轉(zhuǎn)化成SO2而導(dǎo)致尾氣嚴重超標。

      液硫捕集器設(shè)備性能及工藝參數(shù):凈重4.65t;外形尺寸 1200mm/1400mm,H≈5246mm;內(nèi)裝不銹鋼絲網(wǎng)和蒸汽盤管,采用夾套保溫,夾套蒸汽壓力0.4MPa、溫度150℃;介質(zhì)為工藝氣;操作壓力0.055MPa、操作溫度150℃。

      2.3 增設(shè)酸性氣放空火炬

      之前,硫回收裝置入工段酸性氣 (即凈化工段再生系統(tǒng)出口酸性氣)放空直接通過煙囪進行,事故狀態(tài)下的酸性氣進入煙囪放空,由于酸性氣比重 (密度)較大,會造成煙囪周邊污染嚴重,具有較大的危險性。凈化系統(tǒng)升級改造后,酸性氣濃度將達到30%以上,為避免周邊環(huán)境污染及中毒事件的發(fā)生,增設(shè)酸性氣放空火炬,即低溫甲醇洗裝置酸性氣放空由獨立的放空火炬完成,酸性氣經(jīng)燃燒后再排入大氣。

      2.4 冷凝器絲網(wǎng)改造

      硫回收裝置3臺冷凝器受氣體雜質(zhì)、管道腐蝕等方面的影響,絲網(wǎng)堵塞頻繁,且難清理,檢修更換絲網(wǎng)頻次較高,檢修難度大、時間長,嚴重影響系統(tǒng)的長周期運行,環(huán)保壓力大。借鑒兄弟單位有關(guān)設(shè)備的優(yōu)點,將硫回收裝置3臺冷凝器絲網(wǎng)改造成抽拉式,以克服上述諸多問題。

      2.5 二級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口前增設(shè)預(yù)熱器

      二級冷凝器出口過程氣溫度為150℃,經(jīng)二級高溫摻合閥將酸性氣爐出口氣與過程氣摻混,工藝氣溫度提高至240℃后送入二級克勞斯轉(zhuǎn)化器進行轉(zhuǎn)化。但過程氣與高溫酸性氣摻合后,由于工藝氣中的硫含量增大,對二級克勞斯的轉(zhuǎn)化率造成影響。為此,在一級克勞斯轉(zhuǎn)化器出口增設(shè)換熱器,二級冷凝器出口氣體與一級克勞斯轉(zhuǎn)化器出口氣體換熱后送入二級克勞斯轉(zhuǎn)化器,取消酸性氣爐的二級摻合閥,并在一級克勞斯轉(zhuǎn)化器出口到二級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口之間增設(shè)副線。該改造方案的優(yōu)點:一是換熱介質(zhì)溫差小,溫度容易控制;二是改造所用管線少,節(jié)省費用。

      3 改造效果

      3.1 2臺廢鍋更換效果

      新?lián)Q廢鍋 (酸性氣廢鍋和尾氣廢鍋)副產(chǎn)蒸汽的壓力提升至了2.5MPa,原有配套鍋爐水和蒸汽管道閥門全部更換,所需鍋爐水改為熱電車間5.5MPa高壓鍋爐水,副產(chǎn)2.5MPa蒸汽經(jīng)自調(diào)閥減壓后并入1.3MPa蒸汽管網(wǎng)。

      (1)改造后,鍋爐水與蒸汽系統(tǒng)運行正常,酸性氣廢鍋副產(chǎn)蒸汽壓力2.47MPa,基本達設(shè)計值,廢鍋出口過程氣溫度約248℃。

      (2)更換前,酸性氣廢鍋和尾氣廢鍋頻繁泄漏,管道積存硫磺,造成系統(tǒng)阻力大,多次停車檢修;改造后,廢鍋運行穩(wěn)定,系統(tǒng)壓力正常,2臺廢鍋副產(chǎn)蒸汽2.5t/h,硫回收裝置蒸汽放空現(xiàn)象得以消除。

      (3)酸性氣廢鍋出口過程氣溫度在245~257℃,運行狀態(tài)良好,因酸性氣廢鍋設(shè)計時主要考慮低溫甲醇洗裝置出口酸性氣濃度 (H2S濃度30%以上)、酸性氣爐爐溫和煙氣量的要求,而現(xiàn)階段酸性氣濃度一般只有16%~20% (低的時候僅8%左右),酸性氣爐爐溫在860℃左右的情況下,廢鍋仍具有一定的余量。

      3.2 冷凝器絲網(wǎng)改造及增設(shè)液硫捕集器的效果

      冷凝器絲網(wǎng)改造及增設(shè)液硫捕集器前,每個班尾氣廢鍋前至少排4槽硫磺,改造后,尾氣廢鍋前排硫磺處液硫量明顯減少,每班硫磺量減至半槽至1槽;尾氣系統(tǒng)運行時,吸收塔硫銨漿液取樣分析發(fā)現(xiàn),沉淀物較改造前明顯減少,2臺尾氣分液罐串聯(lián)運行,硫磺分離效果大大增強。

      3.3 增設(shè)酸性氣放空火炬的效果

      改造后,硫回收裝置使用了新的放空管道,酸性氣在火炬燃燒放空,杜絕了酸性氣放空現(xiàn)場異味大、污染環(huán)境的情況,達到了預(yù)期的效果。

      3.4 二級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口前增設(shè)預(yù)熱器的效果

      (1)改造后,二級克勞斯轉(zhuǎn)化器溫度低于改造前,表明酸性氣在一級克勞斯轉(zhuǎn)化器及前系統(tǒng)完成了大部分的轉(zhuǎn)化反應(yīng),減輕了二級克勞斯轉(zhuǎn)化器的負荷。

      (2)改造前,兩級克勞斯轉(zhuǎn)化器是部分并聯(lián)的關(guān)系;改造后,兩級克勞斯轉(zhuǎn)化器為串聯(lián)關(guān)系,避免了酸性氣爐中反應(yīng)不完全而含H2S較高的過程氣進入二級克勞斯轉(zhuǎn)化器,從而減輕了二級克勞斯轉(zhuǎn)化器的負荷,進而大幅降低了尾氣中硫化物的含量 (見表2),但受前系統(tǒng)酸性氣量及濃度變化的影響,改造后尾氣中硫化物含量波動較大。

      表2 改造后尾氣分液罐出口尾氣中硫化物分析數(shù)據(jù) %

      4 結(jié)束語

      截至本文成稿時,改造后的超級克勞斯硫回收裝置已安全運行1a,總體而言,基本上解決了尾氣爐前帶硫的現(xiàn)象,尾氣分液罐出口尾氣中H2S及SO2含量明顯降低,大幅降低了煙囪排氣中的硫化物含量,改造取得了良好的效果。

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