液硫槽區(qū)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張晶

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

二硫化碳作為一種重要的化工原料，天然氣法合成二硫化碳的工藝主要有低壓催化、低壓非催化和高壓非催化工藝[1]。其中天然氣低壓非催化法[2]具有投資低，操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)連續(xù)，清潔環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，鶴壁化工有限責(zé)任公司5 萬t/a 制二硫化碳裝置便采用該工藝，以天然氣與液硫?yàn)樵贤ㄟ^加熱爐反應(yīng)生產(chǎn)二硫化碳，隨著二硫化碳裝置和設(shè)備的規(guī)模越做越大，液體硫磺的儲(chǔ)存就顯得非常重要。本文以此裝置設(shè)計(jì)為例，簡(jiǎn)述液硫槽區(qū)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 液硫的性質(zhì)及對(duì)保溫的要求

硫磺,易燃固體,在《危險(xiǎn)貨物品名表》中屬第4.1 類危險(xiǎn)品。在常溫下為淡黃色固體，在不同的溫度下,將形成不同的同素異形體和三態(tài)。硫磺在常溫下為固體,隨著溫度的升高，液硫的流動(dòng)性逐漸增強(qiáng)，112.8℃以下硫磺為黃色固體；112.8℃～250℃液硫?yàn)辄S色液體；250℃～300℃為暗棕色粘稠液體?？梢姡瑴囟冗^高或過低時(shí)液硫的粘度都會(huì)急劇增加,在液硫儲(chǔ)存及輸送中要密切關(guān)注溫度。本項(xiàng)目要保證液硫卸車時(shí)的溫度為140℃，此時(shí)液硫的粘度最低，流動(dòng)性最好。

2 液硫卸車

液體裝卸臂廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，由于液體品種較多，化工物料特性各異，合理選用裝卸臂對(duì)安全生產(chǎn)很重要。根據(jù)《液體裝卸臂工程技術(shù)要求》（HG/T21608-2012），對(duì)于有腐蝕性的物料，為防止物料噴濺或確保人身安全，應(yīng)采用密閉式裝卸。本項(xiàng)目液硫槽區(qū)，采用密閉式蒸汽夾套卸車臂，采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼材質(zhì)，將液硫槽車中的液硫送入液硫儲(chǔ)槽，為了保證液硫在裝車后，鶴管中的液硫能夠自流進(jìn)槽車，所選鶴管入口接口法蘭端面應(yīng)向上。按照1 h 左右卸一車及現(xiàn)有液硫輸送泵的輸送能力，選用接管口徑為DN80 的鶴管。所選用的鶴管為步步低的形式，鶴管中的液硫在卸車完成后，可自流進(jìn)入液硫儲(chǔ)槽，鶴管出口管段上設(shè)置氮?dú)獯祾呓宇^，卸車完成后及時(shí)吹掃管道殘液。

3 液硫輸送及儲(chǔ)存

3.1 液硫管道伴熱設(shè)計(jì)

石油化工裝置的伴熱形式主要有電伴熱、蒸汽夾套伴熱、蒸汽伴熱管伴熱及熱水伴熱四種。根據(jù)硫磺的物理特性，液硫儲(chǔ)存方式一般采用蒸汽夾套伴熱和電伴熱兩種形式。通常，管線距離較短時(shí)采用蒸汽夾套伴熱，長(zhǎng)距離輸送管線一般采用電伴熱。本裝置的液硫管線均采用0.45MPa 飽和蒸汽夾套伴熱加保溫，夾套管僅在內(nèi)管與法蘭連接處采用焊縫外露型，其余為焊縫全隱蔽型，夾套管內(nèi)管套管均采用無縫碳鋼管，液硫閥門均采用蒸汽夾套保溫球閥。夾套管熱應(yīng)力按SH3401 進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)管道拐彎進(jìn)入液硫儲(chǔ)存設(shè)備時(shí)，應(yīng)設(shè)置四通或法蘭接口作為清掃口；管道應(yīng)采用分段設(shè)計(jì)，每段夾套管的套管長(zhǎng)度取決于管道布置，并受內(nèi)管與外管內(nèi)的伴熱介質(zhì)之間溫度差的限制。每節(jié)套管長(zhǎng)度不宜超過6m。夾套管的內(nèi)管和外管之間由于溫差過大或材質(zhì)不同時(shí)應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力校核，內(nèi)管所產(chǎn)生的熱脹量需要補(bǔ)償時(shí)，盡量采用自然補(bǔ)償或設(shè)∏型補(bǔ)償器，管段間采用蒸汽夾套法蘭連接便于檢修；跨接管的設(shè)計(jì)應(yīng)使排放流暢，防止積液和堵塞。配管時(shí)應(yīng)考慮跨接管的安裝空間，管道間距應(yīng)適當(dāng)加大。夾套管中的蒸汽由套管上部引入，冷凝水由套管下部排出，且在坡向的低點(diǎn)處設(shè)置疏水閥，供氣管線與排液凝管分別設(shè)置切斷閥。

3.2 液硫儲(chǔ)槽設(shè)計(jì)

液硫一般儲(chǔ)存于液硫池或液硫儲(chǔ)罐中，鑒于液硫儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式，液硫儲(chǔ)罐一般置于地平面以上，而液硫池多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)壁設(shè)置防腐層，池子的主體部分可以置于地平面以下，這樣方便卸車。本項(xiàng)目中液硫槽區(qū)內(nèi)設(shè)置四個(gè)液硫儲(chǔ)槽，主體材料是Q345R，置于混凝土槽池，槽外壁與槽池縫隙充滿珍珠巖，以減少散熱損失。液硫儲(chǔ)槽工藝參數(shù)：常壓儲(chǔ)存，工作溫度140℃，長(zhǎng)9100mm，寬 3000mm，高度 2400mm，全容積 60m3。為補(bǔ)償液硫儲(chǔ)槽環(huán)境熱量損失在儲(chǔ)槽內(nèi)設(shè)置加熱盤管，根據(jù)熱負(fù)荷計(jì)算[3]，儲(chǔ)槽內(nèi)設(shè)置七組單螺旋蒸汽加熱盤管，盤管材料是304，加熱盤管經(jīng)人孔插入儲(chǔ)槽內(nèi)部距底200mm 處，盤管段浸沒于液硫液面以下。這樣保溫和加熱措施共同作用，能夠彌補(bǔ)從設(shè)備和外部熱交換損失的熱量，確保了溫度在可控制的范圍內(nèi)[4]。槽區(qū)東側(cè)第四個(gè)液硫儲(chǔ)槽設(shè)置活動(dòng)蓋板，作為固體硫磺倒料口，當(dāng)槽區(qū)液硫供應(yīng)不足時(shí)兼做熔硫槽使用。

3.3 液硫泵的選型

在國(guó)內(nèi)，90%的硫磺回收以及制硫酸裝置中，液硫泵均采用的是符合API610 標(biāo)準(zhǔn)的VS4 型長(zhǎng)軸液下泵[5]。本項(xiàng)目液硫槽區(qū)中每個(gè)液硫槽配置兩臺(tái)液硫泵，一開一備。硫磺液下泵是在普通液下泵的基礎(chǔ)上，根據(jù)液硫輸送特性，開發(fā)的輸高溫液態(tài)硫磺的專用液下泵。該泵是一種保溫型立式液下泵，泵的出液管、泵體、泵蓋均設(shè)有保溫夾套，起到蒸汽循環(huán)確保液體不結(jié)晶。轉(zhuǎn)速為2900rpm，功率為22KW，流量為12.5m3/h，揚(yáng)程為80m，液下深度2m，泵的底部安裝閉式葉輪及過濾網(wǎng)。泵軸采用多點(diǎn)支撐，滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑采用介質(zhì)液硫自動(dòng)潤(rùn)滑，潤(rùn)滑完成后，在重力作用下回流至液硫儲(chǔ)槽中。根據(jù)API610 附錄表格G.1 中的“離心泵用材料選用指南”[5]，對(duì)于介質(zhì)為液態(tài)硫磺的泵選用S-1 材質(zhì)（壓力泵殼為碳鋼，其他主要過流部件采用鑄鐵）即可，本項(xiàng)目液下泵材質(zhì)為碳鋼。

4 結(jié)論

液硫儲(chǔ)槽作為二硫化碳生產(chǎn)中的原料儲(chǔ)存設(shè)備，關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行。危險(xiǎn)性較高，設(shè)計(jì)階段應(yīng)該全面考慮，以介質(zhì)物性為依據(jù)，正確選用設(shè)備及管道材質(zhì)、保溫方式，從源頭上做到精細(xì)設(shè)計(jì)，注重每一個(gè)細(xì)節(jié)，規(guī)范合理的設(shè)計(jì)液硫槽區(qū)是保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵和源頭。