硫磺回收裝置常見(jiàn)問(wèn)題與解決對(duì)策

夏曉濤(中國(guó)石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司，廣東 揭陽(yáng) 515200)

0 引言

石油化工企業(yè)中硫磺回收的工藝主要為氧基硫硫磺回收工藝以及亞露點(diǎn)硫磺回收工藝。氧基硫硫磺回收工藝技術(shù)中回收主要是通過(guò)酸性氣體處理冰冷低溫的甲醛來(lái)回收二氧化硫中的硫元素以及作為單獨(dú)質(zhì)子的硫元素，氧基硫硫磺回收技術(shù)主要分為分流法、燃硫法和部分燃燒法三大類。氧基硫硫磺回收的基本過(guò)程表現(xiàn)為，首先使二氧化氫與氧氣相互作用產(chǎn)生二氧化硫，然后對(duì)硫化氫與二氧化硫進(jìn)行催化，使他們相互作用產(chǎn)生克勞斯反應(yīng)，最終達(dá)到回收硫磺的目的。亞露點(diǎn)硫磺回收工藝技術(shù)也是目前市場(chǎng)上應(yīng)用較為廣泛的回收技術(shù)之一，其應(yīng)用率僅次于氧基硫硫磺回收工藝，主要適用于天然氣及尾氣中的硫磺回收。當(dāng)氣溫低于硫磺露點(diǎn)時(shí)，各種元素在催化劑的作用下發(fā)生克勞斯化學(xué)反應(yīng)而作用于酸性氣體，此即為露點(diǎn)硫磺回收工藝技術(shù)的關(guān)鍵所在，因此此種技術(shù)又被成為低溫克勞斯工藝。石油企業(yè)的硫磺回收裝置通常由CLAUS系統(tǒng)、液硫脫氣系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)和公用系統(tǒng)構(gòu)成，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中會(huì)因各種原因造成硫磺回收裝置出現(xiàn)一些常見(jiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致其符合降低到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的30%，這種低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)對(duì)于石油企業(yè)的生產(chǎn)效率有著十分不利的影響。為此針對(duì)硫磺回收裝置低負(fù)荷運(yùn)行的問(wèn)題進(jìn)行分析和研究是十分必要且十分重要的。[1]

1 制硫燃燒爐后溫度偏高的問(wèn)題與解決對(duì)策

在硫磺回收裝置中，引發(fā)制硫燃燒爐后溫度偏高的因素是非常多的，第一，制硫爐的如果運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，那么又非常大的可能會(huì)使?fàn)t后管線出現(xiàn)積硫問(wèn)題；第二，燃燒爐汽包對(duì)于污染物的排放不及時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間如此導(dǎo)致汽包出現(xiàn)結(jié)垢問(wèn)題，繼而引發(fā)汽包熱效率出現(xiàn)下降，最終致使其發(fā)生溫度偏高問(wèn)題，且汽包的產(chǎn)氣量會(huì)緩慢下降。[2]第三，原油含硫量的不斷上升以及汽包壓力變大都會(huì)引發(fā)制硫燃燒爐后溫度偏高問(wèn)題的出現(xiàn)。

制硫燃燒爐運(yùn)行中，一旦發(fā)生溫度偏高問(wèn)題，那么將會(huì)對(duì)硫磺單元的負(fù)荷直接造成影響，所以實(shí)際生產(chǎn)匯總制硫燃燒爐的蒸汽在進(jìn)入硫冷器時(shí)，其溫度應(yīng)該保持在合適的范圍內(nèi)。某煉油廠的硫磺回收裝置，由于其運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于進(jìn)入硫冷器的蒸汽溫度控制出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致其制硫燃燒爐后溫度發(fā)生偏高現(xiàn)象，最終引發(fā)了硫冷器的內(nèi)漏，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的正常運(yùn)行造成了較大的影響。

解決對(duì)策如下：在硫磺回收裝置制硫燃燒爐實(shí)際運(yùn)行中，為了避免其發(fā)生溫度偏高問(wèn)題，可以選擇使用下面一些措施：第一，對(duì)爐后容易發(fā)生積硫問(wèn)題的管線部位，在日常維護(hù)掛歷中要加強(qiáng)對(duì)其進(jìn)行檢修，保證其排硫通暢。另外，需要注意的是，如果發(fā)生停工，那么不斷停工時(shí)間多久，停工之后都需要把制硫燃燒爐的后排污打開(kāi)，以便于將管線內(nèi)的積硫全部排空；第二，要重視對(duì)汽包排污的重視程度，如果發(fā)生汽包發(fā)生堵塞或者結(jié)構(gòu)，要及時(shí)進(jìn)行處理；第三，工作人員要對(duì)原油中的硫含量進(jìn)行較好的控制，盡可能的避免原油中硫含量過(guò)高，確保原油硫含量處于設(shè)備的處理范圍之內(nèi)；第四，在確保汽包壓力能夠滿足化工生產(chǎn)實(shí)際需求的前提下，應(yīng)該盡可能的使汽包壓力降低，從而避免設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 酸性氣含烴超標(biāo)問(wèn)題與解決對(duì)策

硫磺回收裝置中硫化氫和二氧化硫的比值滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)才能確保Claus反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)。而硫化氫和二氧化硫的比值需要通過(guò)配風(fēng)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果硫磺回收裝置在低負(fù)荷工況下運(yùn)行，酸性氣體量較少，助燃空氣的量也隨之減少，當(dāng)酸性氣體量發(fā)生較大的波動(dòng)時(shí)，風(fēng)量的波動(dòng)性也會(huì)加劇，這樣就給配風(fēng)調(diào)節(jié)加大了難度。配風(fēng)調(diào)節(jié)難度的增大不僅會(huì)造成硫的回收效率降低，而且還會(huì)造成反應(yīng)器內(nèi)的催化劑極易因積硫自燃而失效。此外，硫磺回收裝置低負(fù)荷運(yùn)行還會(huì)引起反應(yīng)器入口溫度波動(dòng)性大，由于溫度難以控制造成系統(tǒng)裝置內(nèi)部反應(yīng)效率降低，硫磺冷凝大量堵塞裝置管路，造成內(nèi)部積硫的問(wèn)題。

解決的對(duì)策如下：在硫磺回收裝置低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，工作人員可根據(jù)原料中酸性氣體的組分來(lái)對(duì)配風(fēng)量進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。對(duì)于催化劑因積硫自燃失效的問(wèn)題，可以從控制和調(diào)整副風(fēng)量來(lái)改善，同時(shí)結(jié)合尾氣分析裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，確保硫化氫和二氧化硫的氣量比值維持在合理的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)2倍的硫化氫氣量與1倍的二氧化硫氣量比值在0～0.5范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)防止催化劑積硫自燃具有較好的效果，在這一參數(shù)范圍運(yùn)行狀態(tài)下，硫的回收率較高。對(duì)于原料酸性氣體波動(dòng)頻率較大，造成配風(fēng)流量調(diào)節(jié)困難的情況，工作人員可以在裝置低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)檢查風(fēng)量控制的閥門(mén)啟閉形式，將風(fēng)量控制閥門(mén)由自動(dòng)控制轉(zhuǎn)為手動(dòng)控制形式，通過(guò)主風(fēng)流量閥門(mén)固定再微調(diào)副風(fēng)控制閥門(mén)，這樣可以有效提高配風(fēng)量的調(diào)節(jié)控制效率。針對(duì)反應(yīng)器入口溫度低的問(wèn)題，工作人員可以調(diào)整中壓設(shè)備的蒸氣壓力，通過(guò)中壓壓力提高來(lái)促使中壓蒸氣溫度上升，以此來(lái)改變反應(yīng)器入口溫度，使溫度提升到設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。針對(duì)催化劑容易積硫自燃的問(wèn)題，工作人員可以通過(guò)反應(yīng)器入口溫度以及催化劑床層底部溫度二者之間的差值來(lái)間接判斷催化劑的反應(yīng)效率，如果上述二者之間的溫度差值較小，可以適當(dāng)提高反應(yīng)器入口溫度，盡可能避免催化劑發(fā)生嚴(yán)重的積硫現(xiàn)象，減少對(duì)反應(yīng)效率的不利影響。

3 系統(tǒng)壓降升高問(wèn)題與解決對(duì)策

硫磺回收裝置通常由廢鍋、硫冷器、補(bǔ)集網(wǎng)、填料塔、轉(zhuǎn)化器、反應(yīng)器以及液硫系統(tǒng)等部位所共同組成。在其長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中，假如某部位發(fā)生率積硫、積碳以及結(jié)鹽等問(wèn)題，那么可能會(huì)引發(fā)硫磺回收裝置壓降升高，最終對(duì)裝置的正常生產(chǎn)造成不利影響。

硫磺回收裝置運(yùn)行中，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)中的壓降升高到一定的程度后，就會(huì)對(duì)整個(gè)裝置的正常運(yùn)行造成不利影響：第一，酸性氣體進(jìn)入系統(tǒng)出現(xiàn)困難后，整個(gè)裝置對(duì)于酸性氣體的處理量必然會(huì)降低，上游裝置會(huì)發(fā)生后路憋壓，對(duì)生產(chǎn)造成不利影響；第二，風(fēng)進(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)困難，風(fēng)機(jī)憋壓，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致硫磺回收裝置發(fā)生連鎖停機(jī)；第三，系統(tǒng)壓降升高，如果非常嚴(yán)重，那么可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)硫化氫氣體倒串事故，非常容易引發(fā)危險(xiǎn)。如某煉油廠的硫磺回收裝置運(yùn)行中，由于燃燒爐后管線積硫引發(fā)系統(tǒng)壓降升高，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程被迫中斷對(duì)其進(jìn)行處理，嚴(yán)重?fù)p害了企業(yè)既濟(jì)效益。

工作人員在對(duì)硫磺回收裝置是否存在壓降升高進(jìn)行判斷時(shí)，可以從以下幾方面進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注：第一，如果系統(tǒng)的進(jìn)料保持不變，那么系統(tǒng)的壓降也基本保持不變；假如進(jìn)料增加，那么系統(tǒng)的壓降也會(huì)隨之提升，但是這種壓降升高狀況屬于正常現(xiàn)象；假如在進(jìn)料不變的狀況下發(fā)生壓降逐漸升高現(xiàn)象，那么工作人員就需要查找發(fā)生這種現(xiàn)象的原因并采取有效措施進(jìn)行處理。

解決措施如下：

壓力降主要集中在可能存在液硫的部位。正常生產(chǎn)時(shí)，各個(gè)排污點(diǎn)應(yīng)視生產(chǎn)操作情況定期進(jìn)行排污，以防系統(tǒng)液硫雜物積聚過(guò)多造成系統(tǒng)堵塞。系統(tǒng)壓力升高時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)各部位壓力的指示和各排污點(diǎn)排污情況，分析堵塞部位，及時(shí)進(jìn)行處理。從根本上解決壓降升高的問(wèn)題應(yīng)從以下幾方面入手：第一，廢鍋和硫冷器在設(shè)計(jì)時(shí)要合理選取管內(nèi)流速；第二，制硫供風(fēng)機(jī)選型應(yīng)選高揚(yáng)程的風(fēng)機(jī)；第三，填料應(yīng)選不易腐蝕、不易聚集沉積物的類型；第四，優(yōu)化操作，嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，防止系統(tǒng)因硫、碳、鹽及泄漏造成的壓降升高；第五，精心操作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓降開(kāi)始升高時(shí)，要認(rèn)真查找原因并及時(shí)采取措施；第六，加強(qiáng)夾套伴熱檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)伴熱問(wèn)題，防止因伴熱不佳引起液硫系統(tǒng)堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)壓降升高。[3]

4 在線儀表故障與解決對(duì)策

石油加工生產(chǎn)工藝系統(tǒng)上游裝置中的介質(zhì)發(fā)生流量、溫度、壓力等方面的波動(dòng)，極容易導(dǎo)致硫磺回收裝置中的介質(zhì)發(fā)生適應(yīng)性波動(dòng)，而這些波動(dòng)極容易引發(fā)聯(lián)鎖系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況。在硫磺回收裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)中，絕大部分系統(tǒng)是單點(diǎn)聯(lián)鎖，因而對(duì)于裝置儀表運(yùn)行工況的要求較高，一旦儀表運(yùn)行狀態(tài)超出了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，或儀表發(fā)生故障，則很容易引發(fā)聯(lián)鎖系統(tǒng)的誤動(dòng)作。硫磺回收裝置低負(fù)荷運(yùn)行更是加劇了聯(lián)鎖系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性。硫磺回收裝置中的聯(lián)鎖系統(tǒng)很多，均存有生產(chǎn)隱患，其中最易出現(xiàn)問(wèn)題的聯(lián)鎖系統(tǒng)集中在主燃燒爐停爐、尾氣加熱爐停工、蒸氣過(guò)熱器停工。當(dāng)Claus部分的運(yùn)行負(fù)荷過(guò)低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致主燃燒爐的聯(lián)鎖點(diǎn)運(yùn)行負(fù)荷低于聯(lián)鎖系統(tǒng)的警報(bào)值，會(huì)引發(fā)聯(lián)鎖系統(tǒng)誤動(dòng)作。尾氣加熱爐的聯(lián)鎖系統(tǒng)涉及到加氫系統(tǒng)停工聯(lián)鎖、尾氣加熱爐停工聯(lián)鎖以及蒸氣過(guò)熱器系統(tǒng)停工聯(lián)鎖。一旦蒸氣過(guò)熱器發(fā)生聯(lián)鎖動(dòng)作，那么就會(huì)引發(fā)尾氣加熱爐發(fā)生停工聯(lián)鎖。當(dāng)尾氣處理裝置的運(yùn)行負(fù)荷過(guò)低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致各聯(lián)鎖裝置引發(fā)警報(bào)停工動(dòng)作。

解決的對(duì)策如下：對(duì)于硫磺回收裝置來(lái)說(shuō)，各子系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷均設(shè)定了較優(yōu)的運(yùn)行參數(shù)和指標(biāo)，但是當(dāng)硫磺回收裝置運(yùn)行負(fù)荷較低時(shí)，雖然可能超出了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行值，但是裝置仍然維持運(yùn)行，卻引發(fā)回收裝置系統(tǒng)中的聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。采取的解決方案是盡量保證回收裝置的運(yùn)行負(fù)荷滿足設(shè)計(jì)值或者盡量靠近設(shè)計(jì)值，使連鎖點(diǎn)運(yùn)行負(fù)荷遠(yuǎn)離警報(bào)停工的運(yùn)行負(fù)荷值，這樣就可以避免連鎖系統(tǒng)因硫磺回收裝置的低負(fù)荷運(yùn)行而引發(fā)誤動(dòng)作，確保較高的生產(chǎn)效率。

5 設(shè)備腐蝕問(wèn)題與解決對(duì)策

在硫磺回收裝置低負(fù)荷運(yùn)行中，最易發(fā)生的腐蝕是低溫露點(diǎn)腐蝕，在裝置系統(tǒng)連接管路處、硫冷凝器的出口處、尾氣捕集裝置以及尾氣管線處設(shè)備會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。腐蝕問(wèn)題不僅會(huì)直接縮減設(shè)備或部件的使用壽命，而且會(huì)埋下很大的生產(chǎn)隱患，誘發(fā)生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。為了盡量避免露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題的出現(xiàn)，采取如下對(duì)策：針對(duì)容易發(fā)生露點(diǎn)腐蝕的位置或區(qū)域，采取提高溫度的辦法，通過(guò)調(diào)整局部溫度，避免溫度過(guò)低來(lái)減緩露點(diǎn)腐蝕的反應(yīng)速率。另外，在硫冷凝器內(nèi)部涂設(shè)防腐層，尤其是在冷凝器的出口處，采用耐腐蝕的材料并涂刷防腐涂層，提高設(shè)備的防腐性能，延長(zhǎng)材料的使用壽命，延緩腐蝕的進(jìn)程。此外，工作人員還要做好設(shè)備的檢修工作，注意設(shè)備停工時(shí)的氮?dú)獗Ｗo(hù)，使系統(tǒng)維持在一定正壓力，減少外部水汽或空氣的進(jìn)入，阻斷腐蝕發(fā)生的條件。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，石油企業(yè)必須重視生產(chǎn)工序中硫磺回收裝置的運(yùn)行工況，針對(duì)裝置運(yùn)行的各種問(wèn)題進(jìn)行分析，采取針對(duì)性的改善和解決措施，確保設(shè)備裝置運(yùn)行狀態(tài)良好，提高生產(chǎn)效率，避免生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。