硫回收裝置危險因素分析及應(yīng)用

繆云陽

【摘要】用事故樹的分析方法分析了硫回收裝置安全生產(chǎn)中的危險因素。危險因素包括火災(zāi)或爆炸?；馂?zāi)主要由Claus反應(yīng)器內(nèi)起火、SUPERCLAUS反應(yīng)器溫度失控、SUPERCLAUS冷凝冷卻器內(nèi)起火、SUPERCLAUS冷凝冷卻器內(nèi)起火和液硫池中起火引起。爆炸主要是氫氣濃度達(dá)到爆炸極限范圍，發(fā)生在燃燒爐的點火過程中，由吹掃不徹底或燃料氣和空氣的配比不當(dāng)造成。

【關(guān)鍵詞】硫回收裝置 危險因素 火災(zāi) 爆炸

一、背景

某煤制甲醇公司的硫回收裝置是從荷蘭荷豐公司引進的技術(shù)，硫磺回收裝置的設(shè)計旨在對甲醇生產(chǎn)中來自脫硫脫碳裝置產(chǎn)生的酸氣中的硫進行回收。硫回收單元的設(shè)計能力30t/d，硫回收率≥99.1%。其工藝設(shè)計基于EUROCLAUS 和SUPERCLAUS工藝，從含H2S的氣流中回收元素硫。此工藝是傳統(tǒng)Claus工藝與JNL工藝的結(jié)合，通過選擇性地氧化硫化氫來得到，及減少SO2生成 H2S及硫蒸汽的產(chǎn)生。

二、工藝流程簡述

硫回收裝置的上游有一個甲醇洗滌塔，用來去除進料酸性氣中大部分的甲醇。硫回收裝置超優(yōu)克勞斯工藝包括一個高溫燃燒反應(yīng)段，以及隨后的兩個克勞斯催化反應(yīng)段、一個超優(yōu)克勞斯反應(yīng)段和一個超級克勞斯反應(yīng)段。最后階段的尾氣被輸送到焚燒爐。配有液態(tài)硫脫氣設(shè)備和存儲3天硫產(chǎn)品的設(shè)備。

三、火災(zāi)及爆炸性數(shù)據(jù)

H2S與空氣混合物的可燃性的上下限分別為45.5容積%和4.3容積%。當(dāng)達(dá)到與氧的化學(xué)計算比時，一旦點燃就會猛烈爆炸。因此當(dāng)H2S與空氣混合時，有必要對其進行處理，使所有火源，明火，火花以及發(fā)熱設(shè)備遠(yuǎn)離H2S。在空氣中自燃的溫度約為260°C。

液態(tài)硫當(dāng)溫度接近230℃時，液態(tài)硫與空氣接觸會發(fā)生自燃。必須注意確保液態(tài)硫的溫度維持在上述溫度以下。當(dāng)硫暴露在明火區(qū)時也會發(fā)生燃燒從而生成SO2。

含硫粉塵如上所述，液態(tài)硫的燃點相對較低，為230℃。然而硫塵霧在溫度接近190℃時就會燃燒。

硫化鐵干燥的硫化鐵是腐蝕產(chǎn)物，能產(chǎn)生火花，在環(huán)境溫度下就會與空氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，是火源。

四、裝置危險因素分析

1.燃燒爐點火的危險性

通過啟動按鈕啟動點火程序。確定氮氣氣流（125 kg/h）的聯(lián)鎖跳車設(shè)定值以上。5分鐘后，完成吹掃。吹掃完成后，下一步自動開始。插入點火器。檢測到完全插入的點火槍時，點火槍通電，燃料氣氣閥打開。5秒鐘內(nèi)應(yīng)實現(xiàn)點火，否則裝置脫扣。

2.燃燒反應(yīng)的危險性

本裝置采用非滲透氣、酸性氣與氧氣三者混燒，生成單質(zhì)硫、二氧化硫、二氧化碳和水。燃燒反應(yīng)的最大特點就是反應(yīng)劇烈，反應(yīng)溫度高達(dá)1200 ℃，生成大量的液態(tài)硫在硫除霧器前聚集，導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng)的壓力急劇飆升，硫捕集器硫封破壞，導(dǎo)致液硫從硫捕集器泄露發(fā)生著火。

3.Claus 反應(yīng)器內(nèi)起火

停車和熱備運轉(zhuǎn)時，如果向主燃燒器供應(yīng)太多空氣，就會引起催化劑床層的溫度驟然升高。然后，被吸收到催化劑中的硫會與空氣中的氧氣劇烈反應(yīng)，引起火災(zāi)。

4.SUPERCLAUS 反應(yīng)器溫度失控

SUPERCLAUS反應(yīng)器如果持續(xù)暴露在高H2S濃度（>1.7容積百分比）下幾分鐘甚至更長時間，就會產(chǎn)生溫度失控著火燒毀催化劑。

5.SUPERCLAUS冷凝冷卻器內(nèi)起火

由于管線堵塞或硫接受管線堵塞，在SUPERCLAUS冷凝冷卻器中會形成液態(tài)硫。

6.液硫池中起火

液硫池中的火災(zāi)通常是由火花或靜電引起，可由液硫池蒸汽空間里的溫度警報進行探測，應(yīng)通過注入滅火蒸汽撲滅。

五、事故樹的分析與編制

根據(jù)硫回收裝置的危險性分析，將火災(zāi)或爆炸作為頂端事件，按照可能的著火點和氫氣濃度在爆炸極限范圍引起，兩者用"與門連接"與頂端事件連接。著火點主要發(fā)生在CLAUS反應(yīng)器、SUPERCLAUS反應(yīng)器、SUPERCLAUS反應(yīng)冷卻器和液流池。氫氣濃度在爆炸極限范圍主要是因為吹掃不徹底、燃燒爐壓力過高和燃料氣空氣配比不當(dāng)造成。事故樹詳見如圖1.1。

六、結(jié)論

由于硫回收裝置具有生產(chǎn)工藝復(fù)雜多變，原材料及產(chǎn)品易燃易爆、有毒有害和腐蝕性、生產(chǎn)裝置大型化、過程連續(xù)化、自動化等特點，因此在生產(chǎn)過程中存在著潛在的危險因素。這些危險因素在一定條件下會轉(zhuǎn)變?yōu)槭鹿?，從而破壞生產(chǎn)并危及人們的生命安全，甚至給環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。所以必須探討和研究各種災(zāi)害發(fā)生的原因，采取相應(yīng)的措施以防止事故的發(fā)生，力求生產(chǎn)過程安全化、高效率化。停車和熱備運轉(zhuǎn)時，嚴(yán)格控制燃燒空氣流量，讓燃料氣稍過量，密切監(jiān)控Claus 反應(yīng)器床層溫度。為防止SUPERCLAUS 反應(yīng)器溫度失控，應(yīng)增加主燃燒器的氣流，從而減少H2S含量，如果H2S的含量超過了1.7 vol.%應(yīng)及時作出調(diào)整，并密切注意工況。為防止SUPERCLAUS冷凝冷卻器內(nèi)起火，應(yīng)經(jīng)常檢查管道蒸汽伴熱管線，管道溫度低于硫磺的凝固點119℃時，應(yīng)更換疏水器。

參考文獻：

[1]顧祥柏 編著.石油化工安全分析及應(yīng)用[C].化學(xué)工業(yè)出版社工業(yè)出版社.2001.9（1）：259～260

[2]《硫回收裝置操作規(guī)程》.荷蘭荷豐公司