硫磺精制工藝的改進(jìn)

王巧峰(陜西化建工程有限責(zé)任公司第三公司)

1 緒論

1.1 引言

2萬(wàn)噸/年硫磺精制裝置采用國(guó)產(chǎn)化融硫法技術(shù)于2011年在延安石油化工廠建成，2012年1月進(jìn)入投產(chǎn)試車階段。此裝置生產(chǎn)出的硫磺產(chǎn)品質(zhì)量純度將達(dá)99.5%，達(dá)到進(jìn)口同類產(chǎn)品水平。該套裝置的建成投產(chǎn)，減少了二氧化硫的排放量，提高了硫磺產(chǎn)品的純度和產(chǎn)品質(zhì)量，增加了產(chǎn)品附加值。

1.2 主要內(nèi)容

由于石化廠裝置產(chǎn)生的硫磺原料產(chǎn)量有限，不足以使整個(gè)硫磺精制裝置循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，而是間歇性運(yùn)行，這就要求介質(zhì)在運(yùn)行前后夾套管道無(wú)堵塞。硫磺熔點(diǎn)為119℃，不溶于水。設(shè)計(jì)方考慮到硫磺的物理性質(zhì)，設(shè)計(jì)流程為配成料漿的硫磺餅進(jìn)入熔硫釜后，從上部分離出水，下部分硫磺通過(guò)管道進(jìn)入液硫池內(nèi)。若在裝置運(yùn)行過(guò)程中溫度控制不合適，硫磺易結(jié)塊凝固在夾套內(nèi)部，增加操作工的工作量，也增加了硫磺精制成品的產(chǎn)出時(shí)間。對(duì)此，我結(jié)合原設(shè)計(jì)圖紙與變更及在開車后實(shí)際過(guò)程中的操作，對(duì)工藝管線改造做一總結(jié)。

2 硫磺精制工藝的改進(jìn)

2.1 硫磺精制工藝設(shè)計(jì)

2.1.1 工藝設(shè)計(jì)原理

將粗硫磺與水配成料漿，再將料漿加熱，使得硫磺達(dá)到熔融狀態(tài)，并沉淀下來(lái)，而不溶于硫磺的酸與鹽等雜質(zhì)則保留在水相中，然后將水相和熔融狀態(tài)的硫磺進(jìn)行分離。

2.1.2 工藝設(shè)計(jì)流程

石化廠柴油加氫裝置產(chǎn)生的含硫廢水和液化氣脫硫、液化氣脫硫醇裝置產(chǎn)生的硫化氫氣體，通過(guò)溶劑再生及污水汽提裝置進(jìn)入硫磺回收裝置生成純度為65.05%的單質(zhì)硫，除去除酸、鹽等不溶于硫磺的雜質(zhì)來(lái)提純硫磺，制成純度為99.5%的精制硫磺。硫磺造粒單元和包裝碼垛單元對(duì)精制單元產(chǎn)生的硫磺再經(jīng)過(guò)造粒和包裝，再制成質(zhì)量合格的成品硫磺。

2.1.3 工藝設(shè)計(jì)在實(shí)際中出現(xiàn)的問(wèn)題

（1）閥組整體離地面低，不便于排放液硫與蒸汽；

（2）閥組緊湊，管件多，硫磺在流動(dòng)過(guò)程中易形成死角，堵塞管道，且蒸汽流動(dòng)性差；

（3）儀表元件多，增加了露在環(huán)境中的管件，降低蒸汽溫度；

（4）如果管線泄漏，夾套管內(nèi)的漏點(diǎn)不易查尋。

2.2 工藝管線改進(jìn)方法

根據(jù)實(shí)際中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及現(xiàn)場(chǎng)變更，操作工與現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員在實(shí)踐中不斷對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)與研究，現(xiàn)對(duì)工藝管線改進(jìn)總結(jié)如下:

2.2.1 管道、管件的選擇

本套硫磺精制裝置在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到原料流量較小，故采用夾套管中較小的夾套尺寸即：外套碳鋼DN50 Sch40、內(nèi)套不銹鋼DN25 Sch80和外套碳鋼DN80 Sch40、內(nèi)套不銹鋼DN50 Sch40，管道采用ASTM A312M/ASTM A106標(biāo)準(zhǔn)，管件采用ASME B16.9/ASME B16.11標(biāo)準(zhǔn)，彎頭規(guī)格為1.5DN。

如果參考上述標(biāo)準(zhǔn)購(gòu)買管件，則小于DN40的管件均為承插式，若與外套管件連接視圖如下：

如圖所示，外套管與內(nèi)套管之間的距離僅有2～3mm，如果按照理論，套管之間流動(dòng)的蒸汽可以通過(guò)。但是由于外套的材質(zhì)為碳鋼，在蒸汽介質(zhì)間歇性的流動(dòng)與停止，碳鋼管內(nèi)壁容易堆積鐵銹，且隨著蒸汽流動(dòng)堆積在死角處，堵塞介質(zhì)流動(dòng)與蒸汽排凝，降低了蒸汽在工藝管線中的作用。所以在現(xiàn)場(chǎng)，施工人員利用測(cè)溫器測(cè)量閥組的兩端，發(fā)現(xiàn)溫差有的高達(dá)20℃，致使部分硫磺漿料未熔堆積在管道內(nèi)。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技改與研究，解決上述問(wèn)題的方法總結(jié)如下：

（1）選擇管道時(shí)，盡量使外套管內(nèi)壁與內(nèi)套管外壁的間隙＞10mm；若間隙過(guò)小，就會(huì)容易產(chǎn)生雜質(zhì)堆積的死角；

（2）考慮到硫磺的腐蝕性，內(nèi)不銹鋼管壁厚大于等于5mm；若壁厚過(guò)小，管道經(jīng)過(guò)硫磺長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕容易出現(xiàn)裂紋，且操作工日常工作中，常用木錘敲打管道檢查介質(zhì)的流動(dòng)，這也對(duì)管道造成一定的損壞；

（3）內(nèi)不銹鋼管件（三通、彎頭等）宜采用對(duì)接焊形式而不是承插焊式；內(nèi)不銹鋼彎頭若為DN≤40mm，也可考慮機(jī)械煨彎，其尺寸參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《GB50235-2010》。

2.2.2 工藝的選擇

2.2.2.1 流程

硫磺精制具體流程圖見下圖：

本套裝置原料的主要來(lái)源是三聯(lián)合硫磺回收裝置的產(chǎn)品，經(jīng)由叉車運(yùn)輸至造粒包裝廠房，經(jīng)過(guò)硫磺儲(chǔ)罐利用提升泵將原料輸送至熔硫釜。6臺(tái)硫漿提升泵基礎(chǔ)標(biāo)高為0.4m，輸送硫漿至標(biāo)高為9.5m處的設(shè)備法蘭入口，之間須經(jīng)過(guò)近20米的管道及20多個(gè)管件。如果室外溫度偏低，介質(zhì)中有大顆粒雜質(zhì)或者上次殘留在管道中的硫磺沒(méi)有清理干凈，極易造成管道的堵塞，且管件處死角的殘留介質(zhì)很難清洗徹底。這樣不僅加大施工人員的工作量，也對(duì)設(shè)備運(yùn)行不利。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技改與研究，施工人員提出以下解決問(wèn)題的方法：

（1）每次硫漿管道停止運(yùn)行時(shí)，及時(shí)疏通清洗管道。雖然此方法保證了管道每次流動(dòng)的通暢性，但需要大量的人工和水源。

（2）硫漿管道的標(biāo)高高于設(shè)備法蘭入口，取消硫漿泵。此方法未實(shí)踐，這是利用自重的原理，減少硫磺漿料輸送的路徑。

2.2.2.2 夾套閥組

本套裝置熔硫的技術(shù)主要工藝集中在夾套閥組中，精制后的硫磺經(jīng)過(guò)閥組進(jìn)入擠壓程序。夾套閥組詳圖如下：

其中：PT壓力控制元件；TE溫度測(cè)量元件；FT流量變送器；

FV流量調(diào)節(jié)閥；閥門為不銹鋼閘閥。

液硫自熔硫釜出，閥組設(shè)計(jì)緊湊，總寬度不超過(guò)1.5m，高度也不超過(guò)0.8m，所以閥組在預(yù)制安裝時(shí)需要大量的管件。由圖示中的閥組知，閥組底部的彎頭處易形成死角，導(dǎo)淋閥安裝的位置偏低，不利于及時(shí)排液；管件、儀表儀器過(guò)多，導(dǎo)致蒸汽流動(dòng)性降低、硫磺堆積在管道內(nèi)的可能性加大，易結(jié)成固體快硫磺。針對(duì)此問(wèn)題，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技改與實(shí)踐，閥組改進(jìn)方法如下：

（1）取消流量變送器（FT）閥組，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制流量；流量遠(yuǎn)程控制往往由于管道內(nèi)硫磺的堵塞而無(wú)法實(shí)現(xiàn)；

（2）提高閥組高度0.2米，使導(dǎo)淋閥正常工作；

（3）儀表儀器制安保溫防護(hù)罩，減少硫磺經(jīng)過(guò)儀表后的溫差；且防護(hù)罩也要做好保溫措施。

2.2.2.3 夾套間蒸汽的連接方式

夾套閥組在設(shè)計(jì)時(shí)采用的蒸汽聯(lián)絡(luò)管連接方式如下圖所示：

蒸汽聯(lián)絡(luò)管為DN15的無(wú)縫碳鋼管，在閥門或斷開的夾套管道前后的外套管上挖眼，直接與DN15的管道焊接。此連接方式缺點(diǎn)是極大的降低了蒸汽的作用，且不利于閥門的拆卸與蒸汽管道的更換。在之后的變更中，將原設(shè)計(jì)的不銹鋼閘閥全部更換為不銹鋼夾套球閥，蒸汽聯(lián)絡(luò)管之間采用法蘭連接，示意圖如下：

蒸汽由管道的底部進(jìn)入夾套閥門，不僅對(duì)經(jīng)過(guò)閥門的硫磺溫度有保證，也減少蒸汽經(jīng)過(guò)外部環(huán)境的熱量損耗。夾套球閥與管道之間的蒸汽通過(guò)法蘭連接，方便夾套閥門的檢修與蒸汽連接管的更換，且夾套管道如果出現(xiàn)泄露，通過(guò)法蘭拆卸管節(jié)也極易找出漏點(diǎn)。

3 總結(jié)

2萬(wàn)噸硫磺精制裝置是國(guó)內(nèi)首套裝置，所以在設(shè)計(jì)與操作中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不夠。但隨著裝置的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，操作工已大概了解其工作原理，并能根據(jù)十實(shí)際需要對(duì)現(xiàn)有的工藝流程進(jìn)行改進(jìn)。由于硫磺特殊的物理性能，其對(duì)溫度的要求特別高，所以在之后的工藝變更中主要考慮硫磺原料的多少?zèng)Q定管道的直徑，且根據(jù)陜北冬天寒冷的特點(diǎn)加強(qiáng)套管伴熱措施，保證液硫的溫度達(dá)到105℃～120℃，裝置就能平穩(wěn)運(yùn)行。

1、中油遼河工程有限公司設(shè)計(jì)的相關(guān)圖紙及文件；

2、《石油化工管道伴管和夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范》SHT3040-2002；

3、裝置在生產(chǎn)改進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)文件。