大型液硫脫氣裝置改造

馬崇彥

中國石化達(dá)州天然氣有限公司

普光天然氣凈化廠硫磺回收裝置設(shè)計規(guī)模240×104t/a，屬于大型硫磺回收裝置。聯(lián)合裝置設(shè)有12個液硫池，液硫池內(nèi)為微正壓，溫度138℃。采用Black&Veatch的專利技術(shù)MAG○R工藝進(jìn)行液硫脫氣，脫氣尾氣量為1287 kg/h，通過蒸汽抽空器(EJ-301A/B)引出后，進(jìn)入尾氣焚燒爐進(jìn)行燃燒處理，抽空器采用表壓為0.35 MPa的低壓蒸汽作為動力，蒸汽消耗量為790～1000 kg/h。液硫池尾氣中含有少量硫蒸氣，為避免硫蒸氣因低溫發(fā)生凝固，尾氣管線采用蒸汽夾套伴熱。

凈化廠自開工以來，當(dāng)硫磺回收裝置運(yùn)行負(fù)荷在80%～100%時，多次出現(xiàn)液硫產(chǎn)品質(zhì)量不合格的現(xiàn)象，硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)高于液硫運(yùn)輸所允許的安全上限15×10-6。為確保高含硫天然氣凈化裝置的液硫品質(zhì)，降低因硫化氫揮發(fā)造成安全事故的可能性，需采用新工藝技術(shù)對液硫池脫氣進(jìn)行改造，減少液硫中的硫化氫含量，確保硫磺運(yùn)輸過程中的安全環(huán)保[1]。

1 原液硫池脫氣工藝流程

來自各級硫冷凝器的液硫隨重力自流至液硫池(S-301)，在液硫池中通過Black&Veatch的專利技術(shù)MAG○R脫氣工藝可將液硫中的硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)脫除至15×10-6以下[2]。MAG○R液硫脫氣工藝無需采用任何化學(xué)添加劑，其工藝原理為:液硫在液硫池的不同分區(qū)中循環(huán)流動，并通過一、二級噴射器(EJ-302/303)進(jìn)行機(jī)械攪動，溶解在液硫中的硫化氫釋放到氣相中并由蒸汽抽空器(EJ-301A/B)送入尾氣焚燒爐焚燒[3]。

脫氣后的液硫自液硫池脫氣區(qū)溢流至存儲區(qū)，一部分脫氣液硫經(jīng)液硫循環(huán)泵(P-301A/B)升壓后進(jìn)入硫磺冷卻器，冷卻至138℃后再循環(huán)回脫氣區(qū)。脫氣后的產(chǎn)品液硫用液硫外輸泵(P-303A/B)送至液硫成型單元生產(chǎn)粒狀固體硫磺，或送至液硫罐區(qū)[4]，如圖1所示。

2 液硫脫氣裝置改造技術(shù)思路

在原有液硫脫氣工藝的基礎(chǔ)上增設(shè)液硫鼓泡裝置，從克勞斯風(fēng)機(jī)(K-301)出口引出DN150 mm的空氣管線，經(jīng)蒸汽夾套升溫至138℃后分為兩路DN100 mm的管道，其中一路經(jīng)流量控制調(diào)節(jié)閥FV-31201進(jìn)入液硫池一區(qū)底部，另一路經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥FV-31301進(jìn)入液硫池二區(qū)底部，分別通過3條底部、兩側(cè)共14組6 mm孔洞的DN80 mm鼓泡管線引入池中。如圖2所示。

3 改造后操作參數(shù)測定

3.1 測定步驟

操作參數(shù)的具體測定步驟如下[5]:

(1)全開鼓泡線第1道閘閥與入池前的兩個夾套球閥。

(2)分別緩慢打開流量調(diào)節(jié)閥FV-31201、FV-31301，逐步將鼓泡氣體流量控制為190 m3/h(20℃、101.325 k Pa下，下同)，引空氣進(jìn)入液硫池鼓泡。

(3)調(diào)節(jié)蒸汽閥門開度，保證鼓泡空氣入池溫度不低于130℃。

(4)穩(wěn)定運(yùn)行8 h后，對液硫外輸泵(P-303)出口的液硫和氣相分別取樣，分析液硫中硫化氫含量、酸度以及氣相中硫化氫含量;若液硫中硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍大于15×10-6，則逐漸加大流量調(diào)節(jié)閥FV-31201、FV-31301開度，將流量增至680 m3/h。

(5)穩(wěn)定運(yùn)行8 h后，對液硫外輸泵(P-303)出口的液硫和氣相分別取樣，分析液硫中硫化氫含量、酸度以及氣相中硫化氫含量;若液硫中硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍大于15×10-6，提高流量調(diào)節(jié)閥FV-31201、FV-31301開度，將流量增至850 m3/h。

(6)穩(wěn)定運(yùn)行8 h后，對液硫外輸泵(P-303)出口的液硫和氣相分別取樣，分析液硫中硫化氫含量、酸度以及氣相中硫化氫含量。

值得注意的是，在操作期間，應(yīng)隨時觀察液硫池空氣入口的流通情況，若液硫池空氣入口處有氣體冒出，應(yīng)首先降低鼓泡空氣量，確?，F(xiàn)場處于安全狀態(tài)，然后調(diào)整抽空器蒸汽量，或加開備用抽空器，再逐步增加鼓泡空氣量。

3.2 裝置操作參數(shù)

根據(jù)測定結(jié)果，得出裝置操作參數(shù)如下:

(1)鼓泡空氣壓力(表壓):60～95 k Pa。

(2)鼓泡空氣溫度:不低于130℃。

(3)空氣流量:最小為316 kg/h或190 m3/h;正常為1011 kg/h或680 m3/h;最大為1264 kg/h或851 m3/h。

4 改造效果

目前，MAG○R+液硫鼓泡脫氣技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于普光天然氣凈化廠的實(shí)際生產(chǎn)，即使在出現(xiàn)了各種不利條件的工況下，液硫產(chǎn)品質(zhì)量仍然合格，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[6]。

由于普光天然氣凈化廠屬于甲級要害單位，其生產(chǎn)介質(zhì)為高壓、高含硫天然氣，對設(shè)備及人員造成的危害較大;MAG○R+液硫鼓泡脫氣技術(shù)的應(yīng)用，成功解決了大型硫磺回收裝置液硫脫氣的難題，為硫磺成型單元提供了優(yōu)質(zhì)、合格的液硫產(chǎn)品，減少了環(huán)境污染，確保生產(chǎn)的硫磺產(chǎn)品質(zhì)量符合GB/T 2449.2-2015《工業(yè)硫磺 第2部分:液體產(chǎn)品》中一級品的標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 聯(lián)合裝置液硫脫氣達(dá)標(biāo)

普光天然氣凈化廠第1套空氣鼓泡液硫脫氣裝置建成投運(yùn)，進(jìn)行脫氣效果數(shù)據(jù)錄取和分析。在單獨(dú)運(yùn)行液硫冷卻和MAG○R機(jī)械攪動脫氣的工況下，液硫中硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為60.90×10-6，最低為31.66×10-6，平均值達(dá)到49.78×10-6。在空氣鼓泡工藝運(yùn)行的工況下，液硫中硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為9.10×10-6，最低為1.59×10-6，平均為5.66×10-6。液硫中硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化情況如表1所示。從表1可以看出，空氣鼓泡工藝的脫氣效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Black&Veach公司的MAG○R+工藝。

表1 MAG○R機(jī)械攪動及MAG○R+液硫鼓泡工藝脫氣效果Table 1 Degassing effect of MAG○R mechanical stirring and MAG○R+liquid sulfur bubble process

按照設(shè)計液硫產(chǎn)量為240×104t進(jìn)行計算，則液硫中硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)由49.80×10-6降至5.68×10-6后，帶入下游并排放至大氣中硫化氫減少共計:240×104t×(49.80-5.68)×10-6=105.89 t。

4.2 液硫儲罐排入大氣的硫化氫含量降低

MAG○R+液硫鼓泡脫氣技術(shù)應(yīng)用前，硫磺成型單元液硫儲罐中硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均達(dá)到4221.8×10-6，技術(shù)應(yīng)用后，硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均降至285.61×10-6，減少了近3936.2×10-6。硫磺儲罐頂部硫化氫含量降低，排放入大氣中硫化氫大大減少，大氣環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善。

由于液硫中硫化氫含量降低，成型后固體硫磺在儲存過程中釋放的硫化氫量明顯減少，散裝料倉內(nèi)大氣環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善，安全隱患大大削減，運(yùn)行人員的安全得到保障[7]。

4.3 液硫生產(chǎn)及儲運(yùn)系統(tǒng)腐蝕減緩，運(yùn)行故障率降低

液硫脫氣效果達(dá)標(biāo)后，聯(lián)合裝置硫磺回收單元涉及液硫脫氣的設(shè)備如硫磺冷卻器(E-309)、液硫輸送管線等腐蝕現(xiàn)象大大減緩，腐蝕泄漏事件的發(fā)生率明顯降低，聯(lián)合裝置連續(xù)運(yùn)行周期增長，為裝置的平穩(wěn)運(yùn)行提供了有效保障[8]。

由于自聯(lián)合裝置輸至硫磺成型裝置的液硫中硫化氫含量降低，釋放至大氣中的硫化氫量減少，大氣腐蝕現(xiàn)象得到明顯減緩，暴露在大氣中的電子設(shè)備、管線、儀表元件等腐蝕問題減少，因腐蝕導(dǎo)致的停機(jī)故障率大大降低，見表2。

表2 硫磺儲運(yùn)單元監(jiān)測掛片腐蝕分析對比Table 2 Corrosion analysis comparison of monitoring coupon in sulfur storage and transportation unit

5 結(jié)論

普光天然氣凈化廠大型硫磺回收裝置應(yīng)用MAG○R+液硫鼓泡脫氣工藝可將液硫中的硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)脫除至15×10-6以下。MAG○R+液硫鼓泡脫氣工藝完全包含在液硫池內(nèi)，不需采用任何化學(xué)添加劑，大大降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本，同時節(jié)約了后續(xù)的人工運(yùn)行成本，降低了操作難度和液硫脫氣工藝的危險系數(shù)，可為國內(nèi)同類裝置的液硫脫氣工藝提供參考[9]。