硫回收裝置常見(jiàn)問(wèn)題分析及解決措施

李明明，王 輝,滿昌龍

(新能鳳凰(滕州)能源有限公司， 山東滕州 277527)

新能鳳凰(滕州)能源有限公司2006年開(kāi)始建設(shè)年產(chǎn)720 kt煤制甲醇項(xiàng)目，硫回收裝置于2009年建成。硫回收裝置采用三級(jí)克勞斯串聯(lián)一級(jí)超級(jí)克勞斯的荷蘭Jacobs(JNL)公司的工藝技術(shù)，裝置能力可年產(chǎn)20 kt硫黃。

酸性氣體在酸性氣燃燒爐內(nèi)和O2進(jìn)行不完全燃燒，使酸性氣體中略小于三分之一(體積分?jǐn)?shù))的H2S燃燒生成SO2，未燃燒的H2S和燃燒生成的SO2在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)生成S和H2O，剩余的H2S和SO2在催化劑的作用下發(fā)生克勞斯反應(yīng)進(jìn)一步生成S和H2O，生成的S經(jīng)冷凝和捕集得到回收，H2S體積分?jǐn)?shù)約0.77%的尾氣進(jìn)入超級(jí)克勞斯反應(yīng)器，在超級(jí)克勞斯催化劑的作用下將H2S選擇性地氧化為單質(zhì)S，生成的S經(jīng)冷凝和捕集得到回收，尾氣經(jīng)尾氣焚燒爐焚燒后，達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求后進(jìn)行排放。

硫回收裝置在近幾年運(yùn)行中常遇到設(shè)備腐蝕、嚴(yán)重泄漏、硫黃堵塞等問(wèn)題，影響著硫回收裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可造成系統(tǒng)停車。

1 工藝流程

低溫甲醇洗工段來(lái)的酸性氣，經(jīng)酸性氣預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入酸性氣燃燒爐與O2進(jìn)行不完全燃燒，產(chǎn)生部分單質(zhì)S，經(jīng)硫冷凝器冷卻后液硫送至液硫池；氣相經(jīng)再熱器加熱后送至一級(jí)克勞斯反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)氣再經(jīng)硫冷凝器冷卻分離液硫后，經(jīng)再熱器加熱送至二級(jí)克勞斯反應(yīng)器；反應(yīng)氣再經(jīng)硫冷凝器冷卻分離液硫后，經(jīng)再熱器加熱送至三級(jí)克勞斯反應(yīng)器；硫冷凝器冷卻分離液硫后，工藝氣經(jīng)超級(jí)克勞斯氧化反應(yīng)后去尾氣焚燒爐，也可直接送至尾氣焚燒爐[1]。

2 常見(jiàn)問(wèn)題的原因分析及解決措施

2.1 設(shè)備腐蝕

2.1.1 原因分析

設(shè)備腐蝕分為兩類，一是工藝氣系統(tǒng)設(shè)備腐蝕，二是硫回收蒸汽及伴熱系統(tǒng)腐蝕泄漏。

工藝氣系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，系統(tǒng)溫度變化劇烈，設(shè)備管道腐蝕問(wèn)題較為突出。腐蝕原因主要有：高溫硫化腐蝕、低溫濕硫化氫腐蝕、酸露點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕等[2]。在高溫下H2S與元素S會(huì)與材質(zhì)中的Fe發(fā)生反應(yīng)生成FeS，從而腐蝕設(shè)備管道；高溫硫化腐蝕主要存在于酸性氣燃燒爐與廢熱鍋爐連接處、廢熱鍋爐及廢熱鍋爐出口管道等。在低溫下冷凝的水與H2S生成氫硫酸，與金屬發(fā)生氫電化學(xué)腐蝕。低溫濕硫化氫腐蝕主要發(fā)生在酸性氣及工藝氣管道，以及硫冷凝器內(nèi)壁、管板、封頭等部位。當(dāng)介質(zhì)溫度降低時(shí),工藝介質(zhì)中SO2和SO3會(huì)溶解于冷凝下來(lái)的水中，從而形成酸露點(diǎn)腐蝕;酸露點(diǎn)腐蝕主要發(fā)生在尾氣焚燒爐、二級(jí)廢熱鍋爐及后續(xù)尾氣管道中。熱應(yīng)力及焊接殘余應(yīng)力在腐蝕性介質(zhì)(H2S、SO2、SO3)下的腐蝕現(xiàn)象主要發(fā)生在硫冷凝器及廢熱鍋爐的管板與管束的焊區(qū)。

硫回收蒸汽及伴熱系統(tǒng)的腐蝕泄漏，主要為伴熱管道的腐蝕泄漏及法蘭的泄漏。硫回收裝置伴熱管線較多，且均為碳鋼管道，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中極易在焊縫及管道薄弱處發(fā)生泄漏。法蘭泄漏分為腐蝕泄漏與液擊造成的法蘭泄漏[3]。

2.1.2 解決措施

設(shè)備腐蝕較為嚴(yán)重的代表是酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐的泄漏。2019年4月20日發(fā)現(xiàn)酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐出現(xiàn)泄漏，停車查漏發(fā)現(xiàn)一處管板出現(xiàn)漏點(diǎn)，進(jìn)行補(bǔ)焊后恢復(fù)投用。2019年7月12日又發(fā)現(xiàn)酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐發(fā)生泄漏，停車查漏發(fā)現(xiàn)兩處新漏點(diǎn)，對(duì)漏點(diǎn)處列管及周圍列管進(jìn)行堵漏，共計(jì)堵漏14根列管。對(duì)管板進(jìn)行探傷未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，全部更換陶瓷套管及澆注料，檢修后投用。2019年8月6日又發(fā)現(xiàn)廢熱鍋爐出口溫度下降，一級(jí)克勞斯床層溫度下降，尾氣焚燒爐后尾氣中SO2含量增加等現(xiàn)象，經(jīng)研究判斷酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐又發(fā)生泄漏。該廢熱鍋爐處主要發(fā)生高溫硫化腐蝕和應(yīng)力腐蝕。酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐在硫回收裝置中有著非常重要的作用，若出現(xiàn)故障，整個(gè)硫回收裝置就需要停車，因此決定更換酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐。

系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備腐蝕無(wú)法根除，伴熱設(shè)備的腐蝕可以解決。伴熱管線多為DN20、DN25、DN40的低壓管道，漏點(diǎn)部位較多，長(zhǎng)期檢修費(fèi)用較多。伴熱管線的材質(zhì)由碳鋼材質(zhì)更換為不銹鋼材質(zhì)，由于管道細(xì)，更換成本較低。液硫池內(nèi)伴熱管道腐蝕較快，也更換為不銹鋼材質(zhì)管道。伴熱管道更換完畢后，現(xiàn)場(chǎng)蒸汽漏點(diǎn)數(shù)量降低了90%以上。節(jié)約了原每月帶壓堵漏或補(bǔ)焊產(chǎn)生的一部分檢修費(fèi)用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看節(jié)約了設(shè)備檢修成本和人工勞動(dòng)量。

在改造伴熱管線時(shí)將伴熱蒸汽由就地放空改為將伴熱管線集中至氣液分離罐，將未利用的蒸汽進(jìn)行回收。這樣既回收了部分蒸汽，又減少原來(lái)因疏水閥開(kāi)度過(guò)小，汽水混合態(tài)造成的蒸汽法蘭泄漏問(wèn)題。

2.2 硫黃堵塞

2.2.1 原因分析

堵塞部位較為常見(jiàn)的有硫冷凝器液硫出口球閥、液硫管、液硫封、液硫總管。對(duì)堵塞部位進(jìn)行拆檢清理時(shí)發(fā)現(xiàn)堵塞物為保溫不到位凝固的硫黃，除硫絲網(wǎng)脫落的絲網(wǎng)細(xì)絲，設(shè)備內(nèi)部腐蝕生成的FeS、FeSO3、FeSO4等腐蝕物與硫黃的混合物，銨鹽結(jié)晶物等。

根據(jù)對(duì)堵塞部位的檢查及分析，分析堵塞原因大致分為以下幾種：

(1) 硫黃管道伴熱存在死角。硫黃管道部分未采用夾套伴熱管，液硫管的法蘭未使用夾套法蘭，靠近法蘭處伴熱不充分，蒸汽壓力低或者生產(chǎn)波動(dòng)時(shí)極易造成伴熱不充分部位堵塞，以致整個(gè)液硫管堵塞。

(2) 由于系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備腐蝕、設(shè)備內(nèi)件的損壞，以及系統(tǒng)內(nèi)雜物帶入液硫管、液硫閥和液硫封等通道較小處產(chǎn)生積聚，造成液硫閥、液硫封、液硫管道堵塞。硫回收酸性介質(zhì)貫穿整個(gè)裝置，在該環(huán)境下設(shè)備易發(fā)生腐蝕，生成FeS、FeSO3、FeSO4等腐蝕物；設(shè)備在輕微過(guò)氧時(shí)會(huì)與硫黃反應(yīng)生成SO2釋放大量的熱，極易燒壞除硫絲網(wǎng)等設(shè)備內(nèi)件；設(shè)備檢修時(shí)產(chǎn)生的少量的澆注料粉帶入后系統(tǒng)；催化劑老化、粉化產(chǎn)生的催化劑粉也容易混入液硫內(nèi)。

(3) 酸性氣中帶有部分微量的氨類物質(zhì)，在酸性氣燃燒爐中溫度低于1 250 ℃未燃燒成N2，銨鹽在后續(xù)管道中結(jié)晶，堵塞管道。通常認(rèn)為，在酸性氣燃燒爐后工藝氣中NH3體積分?jǐn)?shù)小于150×10-6時(shí)，不會(huì)造成銨鹽堵塞問(wèn)題；NH3體積分?jǐn)?shù)大于300×10-6時(shí)，銨鹽堵塞風(fēng)險(xiǎn)很大；NH3體積分?jǐn)?shù)達(dá)到或超過(guò)1 000×10-6的裝置幾乎全部出現(xiàn)銨鹽堵塞。該硫回收裝置設(shè)計(jì)處理汽提氣與酸性氣，但實(shí)際運(yùn)行未處理汽提氣，只處理酸性氣。低溫甲醇洗裝置前變換氣脫氨塔運(yùn)行效果差，造成酸性氣中帶有少量的氨類物質(zhì)。利用一股配氣管線直接將酸性氣送入主燃燒室后部，使過(guò)多的酸性氣在酸性氣燃燒爐內(nèi)的停留時(shí)間低于1 s。酸性氣燃燒爐爐溫控制在1 000～1 100 ℃，低于使NH3分解的1 250 ℃以上爐溫的要求。

硫黃堵塞的后果較為嚴(yán)重，硫冷凝器后的管道設(shè)備堵塞后易造成硫冷凝器內(nèi)積硫，當(dāng)液硫累積到一定程度后將會(huì)阻礙系統(tǒng)氣體向后流動(dòng)，酸性氣燃燒爐壓力出現(xiàn)波動(dòng)性升高，嚴(yán)重時(shí)造成系統(tǒng)停車。

2.2.2 解決措施

解決硫黃堵塞的措施是根據(jù)硫黃堵塞的原因進(jìn)行分析來(lái)分類解決。

(1) 液硫管線的法蘭全部更換為夾套法蘭，保證液硫管伴熱無(wú)死角。液硫總管末端進(jìn)入液硫池的半米長(zhǎng)的非夾套伴熱管更換為夾套伴熱管，避免總管末端液硫凝固造成整個(gè)管道液硫堵塞。

(2) 系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)和設(shè)備腐蝕的鐵銹等物質(zhì)首先會(huì)積存在硫靴內(nèi),然后會(huì)積存在液硫內(nèi)，因此每次檢修都應(yīng)清理硫冷凝器后的硫靴及液硫封。同時(shí)，在開(kāi)車前先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行吹掃，盡量減少系統(tǒng)各類細(xì)小顆粒的殘存。在正常生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)格控制酸性氣燃燒爐的供氧量，調(diào)配去燃燒室與后燃燒室的酸性氣量，保證O2在燃燒室內(nèi)全部反應(yīng)。

(3) 檢修酸性氣燃燒爐去后燃燒室的酸性氣閥門，減少去后燃燒室的酸性氣量，使酸性氣中NH3更多地在燃燒室反應(yīng)，減少帶入后系統(tǒng)的NH3?？刂扑嵝詺庵蠬2S體積分?jǐn)?shù)不低于30%，進(jìn)入燃燒室的酸性氣越多則火焰區(qū)的溫度越高。酸性氣燃燒爐的溫度控制在1 250～1 300 ℃，確保達(dá)到NH3完全燃燒的火焰溫度。同時(shí)，聯(lián)系低溫甲醇洗工段解決其變換脫氨塔問(wèn)題，從根源上減少或者杜絕酸性氣中帶NH3的情況。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)克勞斯工藝常見(jiàn)的兩個(gè)問(wèn)題，即硫黃堵塞和伴熱管線蒸汽泄漏問(wèn)題，提出相應(yīng)的改造措施，減少了以上兩個(gè)問(wèn)題發(fā)生的概率。既保證了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，又降低了運(yùn)行成本和員工的勞動(dòng)量。