長壽分廠CPS硫磺回收系統(tǒng)回壓升高對回收率的影響及處理措施

夏林羅強胡平芳(.西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠長壽分廠，重慶404300；.西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠忠縣分廠，重慶404300）

長壽分廠CPS硫磺回收系統(tǒng)回壓升高對回收率的影響及處理措施

夏林1羅強1胡平芳2(1.西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠長壽分廠，重慶404300；2.西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠忠縣分廠，重慶404300）

隨著新《環(huán)境保護法》的實施，以及上游氣礦為保產(chǎn)而添加一些化學試劑造成原料天然氣氣質(zhì)變差等因素，為降低尾氣中SO2排放量，減少環(huán)境污染，達到工業(yè)排放標準，從而要求我們?nèi)粘２僮髟絹碓骄?，管理也更加科學規(guī)范。本文介紹了長壽分廠CPS硫磺回收裝置系統(tǒng)回壓升高的原因分析及相應的處理措施，最后有針對性的提出了預防CPS硫磺回收系統(tǒng)回壓升高的措施。

CPS硫磺回收；系統(tǒng)回壓；原因分析；預防措施

長壽分廠CPS硫磺回收裝置與設計處理原料氣天然氣400×104m3/d脫硫裝置相匹配。設計原料氣中H2S含量為4～6g/ m3，CO2含量為53.80～59.49g/m3；設計酸氣量為1225～1581m3/ h，酸氣中H2S濃度為35.87～41.68%；設計硫回收率 99.25%，SO2排放量 14.2kg/h，最大硫磺產(chǎn)量為24t/d。[1]

1 CPS裝置概況及工藝流簡程介

長壽分廠CPS硫磺回收裝置于2010年11月22日建成并一次性投產(chǎn)成功。該裝置于2011年計劃停產(chǎn)檢修中進行了優(yōu)化改造，增加了主燃燒爐酸氣分流管線。CPS硫磺回收工藝由一個熱反應段、一個常規(guī)克勞斯反應段和三個后續(xù)的低溫克勞斯反應段組成。其流程簡圖見圖1。

2 系統(tǒng)回壓升高的原因分析

長壽分廠CPS硫磺回收裝置自投產(chǎn)以來，長期處于低負荷運行狀態(tài)，曾遇到主燃燒爐燃燒不穩(wěn)定，部分蒸汽管線周期性水擊，硫磺回收系統(tǒng)回壓偏高等問題。而硫磺回收裝置系統(tǒng)回壓是判斷系統(tǒng)設備是否堵塞的重要依據(jù)，并且直接影響著硫磺回收率，通過觀察系統(tǒng)回壓的變化和處理量的關系，可以分析裝置運行是否正常。

2.1 液硫管線堵塞

液硫管線堵塞，導致系統(tǒng)回壓升高，硫磺回收率下降。如果裝置液硫管線不暢通，生成的液硫不能進人液硫池內(nèi)，當裝置系統(tǒng)內(nèi)液硫達到一定量時，一方面會減小液硫管線流通面積，阻擋過程氣通過，造成系統(tǒng)回壓升高；另一方面通過液硫封采樣包觀察不到液硫，造成沖液硫封，將導致硫收率下降、環(huán)境污染，還可能導致人員中毒事故的發(fā)生。造成液硫管線不暢通的原因有：某一級硫磺冷凝器至液硫封的夾套管線保溫失效，液硫在對應的硫冷器內(nèi)逐漸積累，堵塞了此硫冷器內(nèi)過程氣通道；尾氣管線的保溫效果差，尾氣中殘余的硫蒸汽在尾氣管線上積累凝結造成尾氣管線的堵塞；由于處理量小造成各級硫冷器蒸汽蒸發(fā)量小，液硫流動性降低而導致液硫冷凝堵塞。

2.2 反應器床層溫度過低，發(fā)生硫沉積

反應器床層溫度過低，床層積硫，導致系統(tǒng)回壓升高，硫磺回收率下降。反應器床層積硫嚴重，增加了過程氣通過床層的阻力；床層積硫主要是由于反應器內(nèi)溫度較低，在低于硫露點的情況下形成液態(tài)硫在催化劑表面和縫隙中積聚；另外也可能是反應器負荷過大，單質(zhì)硫緩慢積累造成的。

2.3 催化劑粉化或積炭

圖1 長壽分廠CPS硫磺回收工藝流程簡圖

催化劑粉化或積炭，造成反應器床層阻力增大，導致系統(tǒng)回壓升高，硫磺回收率下降。長壽分廠CPS工藝采用的催化劑為Porocel Maxcel 727，預計使用壽命為5年。2015年4月裝置停產(chǎn)檢修時，打開反應器頂部入口管線對催化劑取樣分析發(fā)現(xiàn)，大部分催化劑變黑（重烴會在催化劑的表面上形成一層黑色、光亮的焦油狀沉積物），一部分催化劑破裂、粉化。在隨后的更換催化劑作業(yè)中發(fā)現(xiàn)，CPS一級反應器床層金屬絲網(wǎng)孔中存有催化劑破損粒，CPS一級硫磺冷凝器管程沉積有過程氣帶出的催化劑粉塵（輕烴不完全燃燒而生成的粉末狀炭會在催化劑床層形成炭沉積）。

2.4 設備故障

設備故障，導致系統(tǒng)回壓升高，硫磺回收率下降。如果廢熱鍋爐、硫磺冷凝器管殼程串漏，那么會造成液硫冷凝，導致系統(tǒng)回壓升高。另外，硫磺冷凝器、尾氣捕集器捕霧網(wǎng)損壞、脫落、積灰嚴重也會造成液硫冷凝，導致系統(tǒng)回壓升高。

3 系統(tǒng)回壓升高的處理措施

3.1 液硫管線堵塞的處理

當液硫系統(tǒng)堵塞時首先檢查液硫管線流程是否通暢，觀察各級液硫封采樣包出液硫情況來確定是哪一段流程堵塞；然后檢查液硫管線伴熱是否良好，一般根據(jù)液硫管線外壁是否化硫來判斷液硫管線伴熱是否良好，如果不化硫說明液硫管線伴熱效果不好，那么就要將液硫管線伴熱、保溫恢復正常。當恢復了保溫后，某一級液硫封采樣包仍觀察不到液硫時，很有可能就是硫磺冷凝器至液硫封的夾套管線被催化劑粉末、設備腐蝕物等雜質(zhì)淤積造成堵塞，這時就要打開不暢通的液硫夾套管線盲法蘭現(xiàn)場排硫，甚至需要用鋼筋疏通堵塞的液硫管線。

3.2 硫沉積處理

硫沉積是在冷凝和吸附兩種作用下發(fā)生的。冷凝指轉(zhuǎn)化器溫度低于硫露點時，過程氣中的硫蒸汽冷凝在催化劑表面的孔結構中；吸附指硫蒸汽由于吸附作用和隨之發(fā)生的毛細管冷凝作用，硫蒸汽沉積在催化劑的孔結構中。由硫沉積而造成的催化劑失活一般是可逆的，可采取適當提高床層溫度的辦法將沉積的硫帶出。2015年1月14日降低分流的酸氣量后，常規(guī)克勞斯反應器入口溫度由180℃逐漸升高至190℃左右，常規(guī)克勞斯反應器床層溫度也逐漸升至276℃左右，吸附在催化劑表面的COS、CS2逐漸開始水解，系統(tǒng)回壓也在波動，大約維持在23kPa。2015年2月1日，可能是吸附在催化劑表面的COS、CS2水解完畢，系統(tǒng)回壓降至13kPa左右。2015年2月27日以后，酸氣量為1200m3/h左右，酸氣中H2S濃度為35.8%左右，常規(guī)克勞斯反應器床層溫度穩(wěn)定在295℃,系統(tǒng)回壓也穩(wěn)定在16 kPa左右。其具體數(shù)據(jù)見表1.

表1.常規(guī)克勞斯反應器入口溫度、床層溫度與系統(tǒng)回壓統(tǒng)計表

3.3 積碳處理

催化劑積碳是由于酸氣中含有的烴類因不能在燃燒爐內(nèi)完全燃燒而生成粉末狀碳或焦油狀物質(zhì)沉積在催化劑表面。因此，在酸氣量、酸氣濃度偏低時不僅要加入適量燃料氣，而且要控制好主燃燒爐的配風量，保證烴類完全燃燒。另外，必須控制好脫硫單元閃蒸罐的液位和壓力，保持良好的閃蒸效果；必須控制好脫硫單元貧液循環(huán)量和貧液入塔層數(shù)，在滿足凈化度的前提下，盡可能采用高氣液比，降低貧液入塔層數(shù)，提高溶液的選吸能力，減少酸氣中烴、CO2含量，提高酸氣濃度，降低CO2共吸率；必須控制好分流的酸氣量，根據(jù)尾氣在線分析儀（H2S：SO2=2:1）的情況控制好主燃燒爐和尾氣灼燒爐的配風。

3.4 更換設備

如果確定是設備故障，那只能停產(chǎn)檢修。捕霧網(wǎng)損壞、脫落、積灰嚴重，則進行清理修復后恢復即可。一旦確定是廢熱鍋爐或某一級硫磺冷凝器管殼程串漏，則進行試壓、查找出串漏管程并進行封堵或更換設備。

4 預防系統(tǒng)回壓增大的措施

由于系統(tǒng)回壓超高造成液硫封被沖現(xiàn)象應該被避免，進而導致硫磺回收率降低更應該被避免，因此，可以采取措施提前預防系統(tǒng)回壓增大。首先，主燃燒爐的爐頭以及尾氣管線上都應該安裝壓力測量裝置，裝置運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓力的升高，就有充足的時間檢查出原因并加以解決。然后，液硫封流出液硫的情況每天都應該進行觀察，包括顏色和流量等，若無液硫流出，就立即檢查保溫。另外，硫磺回收裝置無法避免因上游氣質(zhì)氣量變化波動，造成酸氣量的波動，從而導致系統(tǒng)積碳而引起的系統(tǒng)回壓增大。但是可以根據(jù)尾氣在線分析儀，加強主燃燒爐和尾氣灼燒爐的配風控制，防止催化劑積碳的發(fā)生。最后，在停產(chǎn)檢修過程中，疏通完各級硫磺冷凝器管程后，硫磺冷凝器尾端端蓋復位前啟動主燃燒爐風機，對過程氣管線進行吹掃，將一些碎硫磺渣、設備腐蝕物、催化劑粉塵等雜物逐級從硫冷器尾端吹出。但是有少數(shù)雜物被吹積到硫冷器至液硫封夾套管線（DN25）中沉積，因此要將夾套管線一端的盲法蘭拆除進行疏通夾套管線，并且待保溫蒸汽管線投用正常后再復位夾套管線盲法蘭。

5 結語

長壽分廠CPS硫磺回收裝置在總結原常規(guī)克勞斯硫磺回收裝置的經(jīng)驗基礎上，設計上更加優(yōu)化、合理，管理和運行上更加科學、規(guī)范；安全、平穩(wěn)地運行了5年，沒有因系統(tǒng)回壓超高造成裝置聯(lián)鎖或停產(chǎn)。通過以上總結分析，我們將繼續(xù)加強源頭控制，精心操作等一切可靠措施來減少裝置系統(tǒng)積硫、積碳、液硫系統(tǒng)管線堵塞等造成裝置系統(tǒng)回壓增大的因素，確保裝置硫磺回收率，減少大氣污染。

[1]長壽分廠硫磺回收裝置適應性改造工程初步設計（加-1636）第三冊，安全專篇[M]。8-9.

[2]長壽分廠硫磺回收裝置適應性改造工程初步設計（加-1636）第二冊，環(huán)保專篇[M]。14-15.

夏林（1988-），男，甘肅酒泉人，助理工程師，現(xiàn)任職于西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠忠縣分廠，從事天然氣凈化技術管理工作。