MCRC硫磺回收裝置堵塞原因分析及預防措施

熊俊杰 李濤 王小強 唐紅英 瞿楊

1.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦磨溪天然氣凈化一廠 2.中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠

MCRC硫磺回收裝置堵塞原因分析及預防措施

熊俊杰1李濤1王小強2唐紅英1瞿楊2

1.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦磨溪天然氣凈化一廠 2.中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠

針對MCRC硫磺回收裝置經常出現(xiàn)堵塞的問題，分析了中國石油西南油氣田公司川中油氣礦磨溪天然氣凈化一廠MCRC硫磺回收裝置發(fā)生堵塞的原因、容易發(fā)生堵塞的環(huán)節(jié)和部位，提出了相應的預防措施。分析結果表明，為了保障裝置開工率，在開、停工過程中應加強對各操作步驟及控制節(jié)點的把握；在生產運行過程中應保證對硫磺回收裝置各運行參數的控制；在檢修過程中應保證系統(tǒng)除渣效果及設備壓力檢測質量。

MCRC 硫磺回收 堵塞 預防措施

中國石油西南油氣田公司川中油氣礦磨溪天然氣凈化一廠硫磺回收裝置采用直流法低溫克勞斯MCRC三級轉化工藝。自2011年5月開產以來，該裝置多次發(fā)生堵塞，影響硫磺回收裝置的正常操作。根據裝置的實際情況，對硫磺回收裝置中經常發(fā)生的堵塞問題進行淺析，針對容易發(fā)生堵塞的部位提出了預防措施。

1 MCRC硫磺回收裝置堵塞案例介紹及分析

1.1 一級硫磺冷凝器液硫管線及液硫封堵塞

1.1.1 堵塞情況介紹

2011年6月30日，MCRC硫磺回收裝置自開車以來已運行近2個月，硫磺回收單元酸氣及空氣回壓開始逐步上升，從正常運行的12kPa升至最高35kPa。根據各級硫磺冷凝器出口液硫采樣包出硫情況，初步判斷為一級硫磺冷凝器出口液硫管線及液硫封發(fā)生堵塞。通過疏通一級硫磺冷凝器出口液硫管線及定時關閉、打開一級硫磺冷凝器液硫出口旋塞閥，堵塞情況得以緩解。

1.1.2 原因分析

分析表明，造成堵塞的主要原因是雜質的存在。在檢修過程中發(fā)現(xiàn)，主燃燒爐內高溫耐火材料及廢熱鍋爐出口端設備防腐涂層脫落情況明顯，如圖2所示。通過觀察一級硫磺冷凝器液硫采樣包內過濾網中雜質情況，可以推斷該處發(fā)生堵塞的原因為設備內表面高溫防腐涂層的脫落。此外，空氣中夾雜的沙塵或其他雜物會通過風機進入硫磺回收系統(tǒng)，導致管道或閥門堵塞；管道的焊接部位不經過清理，也會導致焊渣在下游聚集，從而造成堵塞［1］。

1.2 三級硫磺冷凝器過程氣出口管線堵塞

1.2.1 堵塞情況介紹

2011年10月31日，130×104m3／d聯(lián)合裝置硫磺回收系統(tǒng)三級硫磺冷凝器出口溫度（TI－1325）下降明顯，最低降至96℃，無法通過鍋爐上水自動調節(jié)，故采取如下措施：①對鍋爐上水調節(jié)閥、三級硫磺冷凝器出口溫度變送器進行現(xiàn)場調校；②向三級硫磺冷凝器內通入暖鍋蒸汽，保證三級硫磺冷凝器出口溫度穩(wěn)定在127℃左右；③加強巡檢，密切注意硫磺回收系統(tǒng)回壓以及各級液硫采樣包出硫情況。2011年11月1日14：00左右，130×104m3／d聯(lián)合裝置硫磺回收系統(tǒng)回壓上升趨勢明顯，當二級反應器處于再生狀態(tài)時，三級硫磺冷凝器出口采樣包無液硫流出。對三級硫磺冷凝器液硫出口管線進行疏通，并未發(fā)現(xiàn)管線堵塞。此時，硫磺回收系統(tǒng)酸氣回壓升至40kPa，并有繼續(xù)上升的趨勢，隨后將MCRC硫磺回收裝置臨時停車，對三級硫磺冷凝器進行疏通。MCRC硫磺回收單元重新開車，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)回壓仍較高，通過對系統(tǒng)各段管線進行排查，最終發(fā)現(xiàn)在三級硫磺冷凝器過程氣出口管線處發(fā)生硫磺堵塞，見圖3。在對該處管線進行加熱疏通后，問題得以解決。

1.2.2 原因分析

根據分析，造成三級硫磺冷凝器堵塞的主要原因是冷凝器發(fā)生內漏，腐蝕物及硫蒸氣凝固堵塞。由于硫磺回收單元過程氣中含大量酸性氣體，設備腐蝕程度相當嚴重。在堵塞案例二中，發(fā)現(xiàn)硫磺冷凝器換熱管與管板連接焊縫處開裂，導致硫磺冷凝器殼程內軟水發(fā)生錯流，進入過程氣管線內，使得該級硫磺冷凝器出口過程氣溫度難以控制。同時，由于過程氣流通過程中水、汽增多，導致該級硫磺冷凝器發(fā)生堵塞。

在硫磺回收裝置中，酸性介質貫穿整個工藝管道系統(tǒng)，管壁腐蝕不可避免。腐蝕物脫落后會在管道中聚集并造成堵塞。腐蝕產物FeS、FeSO3、FeSO4等與液硫結合，會形成灰黃色的凝結物，質地堅硬，一旦堵塞管道，很難處理［2］。此外，硫磺回收裝置臨時停車后，由于溫度下降，管道內殘存的硫蒸氣形成固態(tài)硫磺，也會造成過程氣管道或其他氣體通道的堵塞［3］。

2 容易發(fā)生堵塞的部位及預防措施

通過對磨溪天然氣凈化廠硫磺回收裝置兩年來的運行情況進行總結，確定裝置中容易發(fā)生堵塞的環(huán)節(jié)和部位，并提出相應的預防措施。

2.1 液硫管線

出各級硫磺冷凝器的液體硫磺通過液硫管線流向液硫池，在液硫池內完成脫氣，再通過液硫泵送至成型車間或其他地方儲存。液硫黏度與溫度不是簡單的線性關系（見圖4），溫度的變化嚴重影響其流動性［2］。

為了保證液硫具有較好的流動性，防止管道中發(fā)生硫磺積聚和堵塞，在液硫管道的安裝方面需注意以下幾點：

（1）所有液硫管線必須采用蒸汽夾套管，用約150℃的飽和低壓蒸汽伴熱［4］。

（2）從硫磺冷凝器到液硫池的液硫管線設置約10°的傾斜度，確保液體硫磺能自流至液硫池。

（3）在所有管道改變方向的位置采用法蘭十字頭連接，并在十字頭的開口法蘭部位留有足夠的空間，方便在發(fā)生堵塞時打開法蘭進行疏通。

（4）管道分段法蘭之間的夾套蒸汽跨接要遵循高進低出的原則，蒸汽從高點進，低點出，以防凝液積存。

2.2 各級液硫封

液硫封主要通過液硫柱進行密封，起到防止過程氣溢出的作用。同時，可分離液硫中所夾帶的沉渣。在硫磺回收裝置運行過程中，液硫中所夾帶雜質在液硫封的沉渣段不斷沉積，很容易導致液硫封堵塞，如圖5所示。

為了盡量避免上述情況的發(fā)生，可采取以下措施：①在檢修過程中做好對液硫封的清渣工作；②對上游反應器內催化劑進行篩分，防止過多粉化物帶入液硫封；③在開工過程中，保證硫磺回收系統(tǒng)吹掃質量。

2.3 過程氣旁路管線上的夾套閥

當MCRC硫磺回收裝置在開、停工操作時，過程氣通過冷、熱旁路對下級反應器進行升溫或降溫操作。由于過程氣旁路管線很少使用，如果管道和閥門的溫度低于120℃，管道中留存的硫蒸氣就會凝結造成閥門堵塞。

預防措施：①閥門應有單獨的加熱蒸汽管線；②閥門應水平放置，且位于進出口管線的最高點；③在開、停工前，確認夾套閥是否存在卡阻。

2.4 過程氣管線垂直段低點

對于過程氣管線垂直段低點（即各級冷凝冷卻器出口法蘭處），尤其是在裝置非正常停工（即沒有徹底停工退料）期間，應嚴格控制過程氣出口溫度不得低于設計值127℃，并保證該特殊時段有效保溫。

2.5 反應器床層

在停工過程中，往往由于除硫不徹底導致反應器床層堵塞。同時，各級反應器內部襯里脫落及催化劑粉化（見圖6），均會造成不同程度的反應器床層堵塞現(xiàn)象。

因此，在停工除硫作業(yè)過程中，必須嚴格控制各級反應器床層溫度，在檢修過程中做好反應器內部清渣工作，并定期通過床層溫差或實地測量進出口壓降進行分析判斷。

2.6 其他容易發(fā)生堵塞的位置

其他容易發(fā)生堵塞的位置主要包括主燃燒器的各個管口及采樣閥。主燃燒器上安裝火焰檢測儀、視鏡、差壓計等儀表的管口部分存在大量硫蒸氣，在低溫條件下會凝結成固體硫磺，堵塞儀表管線，使儀表無法正常工作。此外，如果管口溫度過高，也可能會對儀表造成損壞。因此，采用氮氣進行連續(xù)吹掃是防止堵塞、保護儀表不受損壞的有效辦法。

由于過程氣中含硫蒸氣和酸性介質，需采用特殊的柱塞式采樣閥，防止硫蒸氣凝結或腐蝕物聚集造成堵塞。在采樣閥的安裝過程中，需要遵循以下兩點：

（1）采樣閥應盡量靠近工藝管線或設備外壁安裝，當閥門處于關閉狀態(tài)時，閥柱應能完全透入工藝管線或設備的管壁。

（2）安裝采樣閥時應向下傾斜約10°，避免安裝采樣閥的連接處被硫磺堵塞。

3 結語

堵塞是影響硫磺回收裝置安全平穩(wěn)運行的重要原因，若硫磺回收裝置停工，將直接影響上游脫硫、脫水裝置的運行，從而導致天然氣凈化裝置開工率下降。為了減少因硫堵造成的天然氣凈化裝置臨時停車，結合磨溪天然氣凈化一廠MCRC裝置投運兩年來的實際運行情況，針對MCRC裝置的生產運行管理提出以下建議：

（1）在MCRC硫磺回收裝置正常開、停工過程中，對易造成堵塞的環(huán)節(jié)及時做好保溫伴熱措施，如：冷旁通、熱旁通。

（2）提高檢修質量，對裝置容易發(fā)生堵塞的部位加強施工質量控制。

（3）在對各級硫磺冷凝器、反應器等內部設備進行搶修時，盡可能在較徹底地完成系統(tǒng)除硫后再實施。

（4）加強公用工程系統(tǒng)生產運行管理，確?；厥赵O備管線的伴熱、保溫及保護。如：確保蒸汽壓力、氮氣壓力的穩(wěn)定。

（5）在日常生產過程中，加強對各級液硫采樣包出硫情況的巡檢。

（6）定期對各級硫磺冷凝器進行在線壓力試驗，提前發(fā)現(xiàn)硫磺冷凝器管、殼程介質是否出現(xiàn)錯流，以減少非計劃停工頻率。

［1］關昌倫.MCRC硫磺回收工藝初探［J］.天然氣工業(yè)，1991，11（4）：86－92.

［2］諸林.天然氣加工工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［3］王開岳.天然氣凈化工藝——脫硫脫碳、脫水、硫磺回收及尾氣處理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2005.

［4］朱國強，王志雄，武軍山，等.神華寧煤甲醇廠克勞斯硫回收系統(tǒng)硫堵原因分析［J］.石油與天然氣化工，2011，40（3）：250－253.

Analysis and preventive measures of blockage in MCRC sulfur recovery unit

Xiong Junjie1，Li Tao1，Wang Xiaoqiang2，Tang Hongying1，Qu Yang2
（1.Moxi No.1 Natural Gas Purification Plant，Central Sichuan Oil and Gas District，PetroChina Southwest Oil &Gasfield Company，Suining610000，China；2.Chongqing Natural Gas Purification Plant General，PetroChina Southwest Oil &Gasfield Company，Dazhu635100，China）

Aiming at the blocking problem of the MCRC sulfur recovery unit，the blocking reasons of MCRC sulfur recovery unit in Moxi Natural Gas Purification Plant of PetroChina Southwest Oil ＆Gasfield Company were analyzed.The parts are likely to be blocked and corresponding prevention measures were proposed.The analysis result showed that the control of operating steps and control nodes should be strengthened during the startup and shutdown processes in order to ensure the operating rate of the unit.The control of recovery equipment operating parameters should be guaranteed during the production operation；the removal effect of the slag in system and the pressure detection quality of the equipments should be ensured during maintenance process.

MCRC，sulfur recovery，blocking，preventive measures

TE64

B

10.3969／j.issn.1007－3426.2015.05.007

熊俊杰（1985－），男，工程師，2007年畢業(yè)于西南石油大學，化學工程與工藝專業(yè)，大學學歷（工學學士），現(xiàn)任職于中國石油西南油氣田公司川中油氣礦磨溪天然氣凈化一廠，從事天然氣處理與加工工作。E－mail：52340735＠qq.com

2014－08－21；

2015－01－08；編輯：溫冬云