硫磺回收裝置生產(chǎn)過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)控制實(shí)踐

＊陳周 王朝廷

（貴州紅星發(fā)展股份有限公司 貴州 561201）

硫磺回收設(shè)備具有降低硫磺的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，有效地回收了硫磺，擴(kuò)大了石化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的作用。但是，硫磺回收裝置的制造當(dāng)中存在腐蝕、中毒、爆炸等風(fēng)險(xiǎn)因素，極大地危害了硫磺回收裝置的制造當(dāng)中設(shè)備以及人員的安全性。為此，需要基于硫磺回收裝置的生產(chǎn)，探究其風(fēng)險(xiǎn)因素，采取針對(duì)性的預(yù)防措施來(lái)確保生產(chǎn)的安全性。

1.硫磺回收裝置的工藝生產(chǎn)狀況

硫磺的回收工藝裝置中，克勞斯的脫硫回收工藝與亞露點(diǎn)以及氧基硫磺處理等工藝相比，具有綜合的技術(shù)水平、靈活的操作、高純度的硫磺產(chǎn)品以及較高的生產(chǎn)可靠性。石化公司正進(jìn)入對(duì)克勞斯的硫磺回收設(shè)備的生產(chǎn)工藝以及運(yùn)營(yíng)研究的成熟階段。該工藝還從根本上完成了克勞方法的回收裝置中硫磺生產(chǎn)、硫磺成型以及尾氣焚燒等工藝的創(chuàng)新，以滿(mǎn)足下游公司環(huán)保排放的標(biāo)準(zhǔn)以及對(duì)硫磺原料的需求。

2.硫磺的特性以及制造工藝

(1)硫磺的特性

硫磺的成分主要是硫磺，其含量為99.50%或更高，是呈黃色的顆粒狀外觀，為塊狀或者片狀的固體。硫磺有特殊的氣味，不能與水相溶。硫磺水溶液為弱酸性。硫磺有幾種同分異構(gòu)體，包括無(wú)定形硫磺、單斜硫磺、液硫硫磺。無(wú)定形硫磺的密度是2.06kg/m3，單斜硫磺的密度是1.96kg/m3，液硫磺的密度是1.803kg/m3。它的爆炸的極限為35-1400g/m3，沸點(diǎn)高達(dá)444.6℃，熔點(diǎn)高達(dá)119℃，自燃點(diǎn)為232.2℃，閃點(diǎn)為207.2℃（密封型）。硫磺可以通過(guò)食入、吸入以及皮膚的吸收等方式進(jìn)入人體。大劑量口服會(huì)導(dǎo)致硫化氫中毒，而硫磺可以部分轉(zhuǎn)化成硫化氫并在腸道吸收。

(2)硫磺的生產(chǎn)工藝

過(guò)程氣體、兩級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化以及部分燃燒可以間接使用蒸汽的加熱工藝。一般，克勞斯硫磺回收工藝中，包括一個(gè)熱反應(yīng)段以及一個(gè)兩步催化的反應(yīng)段。在酸性氣體的燃燒爐當(dāng)中，在920℃到1300℃的反應(yīng)溫度下發(fā)生熱反應(yīng)。包含硫化氫的酸性氣體在燃燒爐中通過(guò)空氣發(fā)生了不完全的燃燒反應(yīng)。燃燒硫化氫后，會(huì)生成二氧化硫，硫化氫和二氧化硫分子的比例在接近2:1左右，在高溫下硫化氫以及二氧化硫發(fā)生反應(yīng)形成硫磺。這時(shí)反應(yīng)的速率很快，然而反應(yīng)的平衡常數(shù)卻很小，維持在65%到75%之間，硫化氫可以在這種情況下轉(zhuǎn)化為硫磺。

(3)尾氣的處理工藝

當(dāng)硫磺的尾氣被加熱到220℃到300℃之間時(shí)，氫氣進(jìn)入氫化反應(yīng)器。通過(guò)低溫催化劑的作用，將硫以及硫化物在尾氣中還原為硫化氫，將硫化氫氣體驟冷，然后通過(guò)高效脫硫吸收其中的硫化氫，同時(shí)吸收一些二氧化碳，吸收二氧化碳以及硫化氫的富溶劑經(jīng)過(guò)加熱實(shí)現(xiàn)再生，再生的酸性氣體返回克勞斯的酸性氣體燃燒器當(dāng)中。吸收后，用堿液洗滌凈化的尾氣，以除去殘留在尾氣中的硫化氫，并將凈化的尾氣進(jìn)行熱燃燒，將燃燒后的硫磺化合物轉(zhuǎn)化為二氧化硫，然后將其從煙囪中釋放到大氣中。

(4)硫磺的成型工藝

液硫泵將液態(tài)的硫磺連續(xù)且均勻地供應(yīng)到轉(zhuǎn)鼓式硫磺制粒機(jī)的噴霧管，噴霧管的噴嘴形成細(xì)微的液態(tài)硫磺滴以及在板上吸附的粉末。粉料簾與粉末進(jìn)行混合生產(chǎn)顆粒。硫磺在重力作用下發(fā)生下落，通過(guò)硫磺管下面的噴霧冷卻水進(jìn)行噴霧，冷卻并固化為球狀的顆粒，最后掉落到圓筒的底部，然后由抄板再一次抄起。之后，再用液態(tài)硫磺進(jìn)行包裹，用噴霧冷卻水冷卻。這樣，顆粒不斷增加。伴隨物料的增多，物料逐漸越過(guò)圓柱堰，并從圓柱體中彈出。硫磺冷卻當(dāng)中形成的尾氣被送到水膜的集塵器中進(jìn)行洗滌，然后從風(fēng)機(jī)中抽出并釋放到大氣中，廢氣中的水分含量小于6%。水膜集塵器的功能是將硫磺冷卻當(dāng)中產(chǎn)生的尾氣送至水膜的集塵器，清洗后釋放到大氣中，同時(shí)過(guò)濾洗滌后的粉塵，過(guò)濾后的水可重復(fù)使用以及過(guò)濾，然后再填充硫磺粉，用制粒機(jī)進(jìn)行制粒。

3.硫磺的回收裝置生產(chǎn)當(dāng)中的風(fēng)險(xiǎn)因素

(1)中毒

在硫磺回收設(shè)備的制造當(dāng)中，有許多有毒的物質(zhì)，例如二氧化硫以及硫化氫。尤其是，供應(yīng)氣體中硫化氫的最大濃度可以達(dá)到70%或更高。作為高含量的物質(zhì)，硫化氫的最大允許濃度為每單位10mg，直接的有害濃度為每平方米430mg。生產(chǎn)時(shí)候的泄漏直接危害現(xiàn)場(chǎng)工人的健康以及生命。從表1中可以看出，裝置中存在的氨氣以及硫化氫氣體是高毒的物質(zhì)。

表1 裝置毒物的毒性（單位：mg/m3）

(2)硫化物的腐蝕

二氧化硫、硫化氫以及其他物質(zhì)在回收設(shè)備中的廣泛存在造成了硫磺回收工藝設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕。更嚴(yán)重的是整個(gè)制造當(dāng)中存在的硫化物腐蝕。熱解后，硫化物附著在催化劑上并釋放出二氧化硫以及三氧化硫。這些液體以及氣體與水接觸生成了硫磺酸以及亞硫酸鹽，這直接增加了工藝管道中的泄漏以及腐蝕。

(3)爆炸

在硫磺回收設(shè)備的制造當(dāng)中，不可忽視的易燃?xì)怏w（如硫化氫以及氫氣）在設(shè)備區(qū)域具有有害的影響。這些易燃?xì)怏w是易燃易爆的。如果大量氫氣以及硫化氫積聚在工作區(qū)域中并遇到明火，則硫磺回收裝置很容易爆炸。

(4)噪聲

噪聲對(duì)于人體而言，會(huì)使得交感神經(jīng)變得緊張，導(dǎo)致心跳開(kāi)始加快，心律失衡，血壓發(fā)生波動(dòng)，甚至導(dǎo)致心血管疾病、神經(jīng)衰弱、耳聾以及胃腸道疾病。在嘈雜的環(huán)境中長(zhǎng)期工作會(huì)損壞聽(tīng)力器官，內(nèi)耳產(chǎn)生器發(fā)生質(zhì)的變化，噪聲引起的聽(tīng)力的損失。另外，噪聲會(huì)阻礙工作人員交換信息，增加其失誤操作的概率，并造成生產(chǎn)上的安全事故。

(5)火災(zāi)以及爆炸危險(xiǎn)

裝置的現(xiàn)場(chǎng)存在易燃?xì)怏w、硫化氫以及氫氣均為易燃易爆的物質(zhì)。甲類(lèi)火災(zāi)有3種危險(xiǎn)物質(zhì)，乙類(lèi)火災(zāi)有一種危險(xiǎn)物質(zhì)，每種爆炸性危險(xiǎn)物質(zhì)發(fā)生爆炸的下限都很低，容易爆炸。

(6)硫磺的粉塵

形成硫磺后，工作人員可能會(huì)接觸灰塵，這會(huì)刺激人體的肺部以及上呼吸道。尤其在滾筒的成型機(jī)內(nèi)壁上的粘性材料清潔時(shí)，硫磺粉塵可為39g/m3，超過(guò)了硫磺粉塵發(fā)生爆炸的下限（35g/m3），這需要引起極大的關(guān)注。在包裝以及造粒這兩種工作中，包裝機(jī)以及造粒機(jī)的兩個(gè)工作場(chǎng)所中8小時(shí)接觸粉塵的加權(quán)平均濃度以及粉塵的短期濃度均滿(mǎn)足職業(yè)的接觸限值。

4.硫磺回收裝置的生產(chǎn)當(dāng)中進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制的措施

(1)中毒的風(fēng)險(xiǎn)控制措施

①引入報(bào)警以及聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

所有重要的設(shè)備參數(shù)均設(shè)置有超限報(bào)警以及聯(lián)鎖保護(hù)。信號(hào)警告系統(tǒng)由音響設(shè)備、信號(hào)設(shè)備、光學(xué)顯示設(shè)備、邏輯設(shè)備、電源設(shè)備以及按鈕組成。警報(bào)信號(hào)顯示在DCS上，以通知操作員及時(shí)對(duì)操作進(jìn)行調(diào)整。安全聯(lián)鎖系統(tǒng)包括最終執(zhí)行器、邏輯單元以及傳感器。當(dāng)過(guò)程達(dá)到某些條件時(shí)，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)將立即運(yùn)行以使過(guò)程處于安全的狀態(tài)。基于過(guò)程的安全要求、保護(hù)要求以及風(fēng)險(xiǎn)分析，確定安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)備以及工藝的關(guān)鍵功能。

②使用DCS控制

控制系統(tǒng)DCS是一個(gè)多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由過(guò)程的監(jiān)視級(jí)以及過(guò)程控制級(jí)組成，并以通信網(wǎng)絡(luò)為中介。集成了用于控制、通信、計(jì)算機(jī)以及顯示的4C技術(shù)。主要思想是組態(tài)方便、配置靈活、分級(jí)管理、集中操作以及分散控制。DCS系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程的控制制造過(guò)程，并減少操作員與有毒、有害介質(zhì)的接觸可能性。

③密封進(jìn)行生產(chǎn)

該設(shè)備設(shè)計(jì)為封閉系統(tǒng)，由操作員在控制室中進(jìn)行操作。在正常生產(chǎn)中，所有有毒物質(zhì)都裝在密封的容器中，并且每次連接均采用可靠的密封措施。在異常操作條件下從通風(fēng)系統(tǒng)以及安全閥排放的氣體以密封方式排放到火炬系統(tǒng)。硫磺回收系統(tǒng)配有硫化氫/二氧化硫比率分析儀，可最大程度地提高克勞斯反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，這些措施可減少硫磺的損失以及泄漏，并降低工作場(chǎng)所中有害物質(zhì)具有的濃度。在正常的工作條件下，硫磺池將硫化氫以及硫蒸氣以及直接排入大氣，并通過(guò)脫氣的工藝實(shí)現(xiàn)回收。由于高質(zhì)量的車(chē)間以及施工管理的不斷加強(qiáng)，裝置中基本上無(wú)味。

④有毒以及可燃?xì)怏w檢測(cè)以及報(bào)警系統(tǒng)

配置可燃?xì)怏w、有毒氣體的檢測(cè)警告系統(tǒng)，在有毒物質(zhì)可能泄漏的地方設(shè)置了氣體的檢測(cè)報(bào)警裝置，并輸出4到20mA的信號(hào)，將其連接到獨(dú)立的DCS上。將狀態(tài)顯示在DCS上。由于設(shè)備介質(zhì)的特殊性，嚴(yán)格按照規(guī)范來(lái)安裝有毒以及易燃?xì)怏w的檢測(cè)、報(bào)警設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)使用聲光警報(bào)裝置，并將信號(hào)發(fā)送到主操室。此外，該設(shè)備還附有四個(gè)便攜式的報(bào)警裝置，以方便操作員在維護(hù)設(shè)備以及安全檢查時(shí)佩戴使用。

⑤巡檢外操

在巡檢外操時(shí)，應(yīng)佩戴便攜式的硫化氫警報(bào)器?？紤]到設(shè)備的特殊性，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“三同時(shí)”，以確保便攜式的警報(bào)器正確配備，以滿(mǎn)足員工相似日常檢查上的需求。檢查員應(yīng)始終處于最上的風(fēng)向，以減少潛在的毒物暴露。

⑥設(shè)置風(fēng)向標(biāo)

如果將風(fēng)標(biāo)放置在設(shè)裝置的內(nèi)部并且有毒物質(zhì)發(fā)生泄漏，操作員將佩戴正壓自給式的空氣呼吸器，該設(shè)備配備了八個(gè)正壓空氣呼吸器。當(dāng)泄漏變得嚴(yán)重時(shí)，人員迅速?gòu)纳巷L(fēng)以及側(cè)風(fēng)的方向從現(xiàn)場(chǎng)撤離。

(2)腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)控制措施

設(shè)備以及管道的防腐需要注意裝配、焊接技術(shù)以及材料的選擇。同時(shí)，必須從制造、加工、設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的角度進(jìn)行嚴(yán)格控制。在潮濕的硫化氫腐蝕環(huán)境中，將Q245R材料用于容器筒，在容器內(nèi)部使用不銹鋼的復(fù)合層。該設(shè)備采用復(fù)合型的材料后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)穿孔以及腐蝕問(wèn)題。Q245R有必要規(guī)范鋼板的使用條件。如果用于外殼的鋼板的厚度超過(guò)12mm，則應(yīng)按照GB/T4730.3的規(guī)定一張一張地采取100%的超聲檢查，并且認(rèn)證等級(jí)必須為II級(jí)或更高。

在潮濕硫化氫的腐蝕環(huán)境當(dāng)中，碳鋼壓力管道以及容器需要進(jìn)行焊后熱處理。焊接后，碳鋼以及碳錳鋼的焊接接頭、熱影響區(qū)的硬度不應(yīng)超過(guò)HBW200。進(jìn)行合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采取合理的裝配以及焊接工藝措施，合理地調(diào)整焊接的位置，選擇焊縫的形狀以及尺寸，減少焊縫的次數(shù)，縮短焊縫的長(zhǎng)度。選擇合理的組裝程序，并使用剛性固定方法、變形防止方法以及預(yù)留的收縮余量方法來(lái)防止焊接的變形。對(duì)于小型的設(shè)備，回火溫度通常維持在600℃到650℃，可以完全地消除結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力。然而，此方法可用于小型的設(shè)備。

(3)火災(zāi)以及爆炸風(fēng)險(xiǎn)的控制措施

①防止可燃物泄漏

每天執(zhí)行“3+1”輪換檢查，最好防止設(shè)備的滴落。在脫硫區(qū)，應(yīng)盡早對(duì)排出的液態(tài)硫進(jìn)行處理，以免發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)的堆放。在設(shè)備的檢修期間，有必要在井眼中添加黃沙以密封工業(yè)污水井。需要清理動(dòng)火的易燃物質(zhì)周?chē)约跋路?。如果在硫磺池上?dòng)火，先向硫磺池中注滿(mǎn)5cm到10cm的水，然后再進(jìn)行高溫的工作。對(duì)可能含有硫磺的管道，通常不使用切割方法，首先從法蘭上卸下螺栓。然后將整個(gè)部分抬起。如果沒(méi)有法蘭，需在動(dòng)火處準(zhǔn)備一根消防水帶并排干水。硫磺叉車(chē)需防爆，可防止產(chǎn)生火花。

②強(qiáng)化消防管理

嚴(yán)格地實(shí)施動(dòng)火的許可制度，認(rèn)真執(zhí)行消防措施，實(shí)行定期的火災(zāi)日制度，嚴(yán)格地對(duì)建設(shè)項(xiàng)目申報(bào)，嚴(yán)格對(duì)各級(jí)機(jī)關(guān)的檢查進(jìn)行落實(shí)。其中，將對(duì)車(chē)間進(jìn)行100%的檢查，對(duì)50%的分支機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽查，安全監(jiān)控中心對(duì)25%的車(chē)間進(jìn)行抽查。在維護(hù)的階段，將嚴(yán)格地執(zhí)行分析系統(tǒng)，以每2h分析無(wú)限的空間可燃?xì)怏w濃度，并每2h對(duì)封閉的硫化氫、可燃?xì)怏w濃度以及氧氣含量進(jìn)行分析。

(4)粉塵風(fēng)險(xiǎn)的控制措施

自動(dòng)操作設(shè)備，以避免在正常生產(chǎn)當(dāng)中直接與催化劑發(fā)生接觸。操作人員必須佩戴防塵的口罩以及其他類(lèi)型的防塵措施，并嚴(yán)格地按照操作程序進(jìn)行操作，避免對(duì)操作人員造成揚(yáng)塵的危險(xiǎn)。硫磺成型的包裝通過(guò)全自動(dòng)包裝碼垛機(jī)、造粒機(jī)、成型機(jī)、獨(dú)立倉(cāng)庫(kù)采用密閉型的結(jié)構(gòu)，以降低操作員接觸灰塵的可能性。硫磺生產(chǎn)線(xiàn)配有氣罩，以收集硫磺的粉塵并將其從工作場(chǎng)所中排出。成型機(jī)配備特殊的除塵系統(tǒng)，硫磺倉(cāng)庫(kù)配有12個(gè)軸流的風(fēng)機(jī)，用于將廠(chǎng)房中的灰塵釋放到大氣中。硫磺包裝以及裝卸催化劑過(guò)程中，操作人員必須穿戴個(gè)人的防護(hù)設(shè)備，例如防塵的面罩。定期地清潔鼓式成型機(jī)以及尾氣管道，并每天清潔以及噴涂包裝室以及硫磺成型室。

(5)噪聲風(fēng)險(xiǎn)的控制措施

①遠(yuǎn)程的操作以及集中的布置

操作區(qū)域與設(shè)備區(qū)域分開(kāi)放置，制造過(guò)程采用自動(dòng)化以及機(jī)械化的控制，DCS用于集中管理、控制以及監(jiān)視。在大多數(shù)的情況下，操作員會(huì)在控制室中操作設(shè)備以進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制。減少操作員暴露于噪音中的機(jī)會(huì)。機(jī)械泵集中地放置在機(jī)械泵的區(qū)域，各種鼓風(fēng)機(jī)集中放置在硫磺裝置區(qū)域的下層。

②在排氣口中設(shè)置消音器

風(fēng)扇的進(jìn)氣以及排氣管上設(shè)置消音器，聲音衰減量超過(guò)25dB（A）。在設(shè)備以及底座間使用減振的措施。在出氣口中設(shè)置消聲器，以減少排氣的噪音。將休息室設(shè)置在遠(yuǎn)離手術(shù)室噪音源的位置，可以盡可能地降低休息室中工作人員面臨的噪音強(qiáng)度。

③閥門(mén)以及管道的噪音

科學(xué)地對(duì)管道進(jìn)行設(shè)置，控制介質(zhì)的流動(dòng)速度，避免介質(zhì)的流向突然改變，并在管道的直徑發(fā)生變化的區(qū)域設(shè)置平滑的過(guò)渡段。將振動(dòng)裝置和管道之間的連接從固定連接更改為彈性的連接，以防止機(jī)械裝置對(duì)管道產(chǎn)生振動(dòng)激發(fā)。安裝消聲器或?qū)⒐艿栏魺釋咏M合起來(lái)以進(jìn)行管道的隔音。

5.結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，在硫磺回收裝置制造過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)管理當(dāng)中，基于設(shè)備制造工藝對(duì)爆炸、腐蝕、中毒以及粉塵等風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行綜合性的分析，可以顯著地控制以及提高安全風(fēng)險(xiǎn)的控制水平。同時(shí)，科學(xué)的人員配備以及高效的后期管理將不斷改善系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理。這些多樣化的策略聯(lián)合實(shí)施，將在系統(tǒng)以及技術(shù)的安全性中發(fā)揮全面的作用，同時(shí)促進(jìn)該裝置制造當(dāng)中改進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)管理能力的指標(biāo)。