天然氣凈化廠液硫脫氣罐改造

王禮梅，宋 駿，鄭 鑫，唐忠渝，王 歡

（中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠，重慶 401120）

0 引言

為了滿足環(huán)保和安全的要求，從天然氣、油田伴生氣、煉油廠干氣、化工廠尾氣中分離出硫化氫，應(yīng)盡可能地進(jìn)行回收?？藙谒狗ǖ瘸Ｒ?guī)方法是將硫化氫轉(zhuǎn)化為液體硫磺進(jìn)行回收，但由于硫化氫在液硫中的特殊溶解性，液硫中常含有較多的硫化氫。由于硫化氫氣體具有較大的毒性和腐蝕性，溶解在液硫中的硫化氫會(huì)在后續(xù)的硫磺貯存、成型和運(yùn)輸過程中釋放出來(lái)，給環(huán)境和生命財(cái)產(chǎn)造成各種危害。

液硫脫氣罐是凈化裝置硫磺回收單元專門設(shè)計(jì)來(lái)有效脫除硫化氫的重要設(shè)備，其用壓縮空氣攪動(dòng)罐內(nèi)的液硫，使溶解在液硫里的H2S從液硫中解析出來(lái)氧化生產(chǎn)元素硫，有利于將多硫化物分解成H2S和硫。尾氣連通尾氣捕集器，在捕集網(wǎng)分離作用下，廢氣進(jìn)入焚燒爐，殘余液硫回流至液硫脫氣罐。罐體內(nèi)殘余H2S及硫化物在蒸汽引射器作用下進(jìn)入焚燒爐，在焚燒爐內(nèi)燃料氣高溫?zé)煔猓瑢2S和硫的化合物在灼燒爐燃燒室中加熱轉(zhuǎn)化成SO2。通過控制氧含量保證煙氣中H2S含量小于10 ppm（10-6）。同時(shí)，在液硫池狀況及維修情況下，可直接將系統(tǒng)液硫引入脫氣罐曝氣處理后通過液硫泵送至成型元，保證系統(tǒng)完整性，工藝流程如圖1所示。

圖1 液硫罐脫氣工藝流程

1 存在的問題

原脫氣罐結(jié)構(gòu)如圖2所示，經(jīng)過多年的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)存在以下4個(gè)方面的問題：①液硫罐投產(chǎn)后在常規(guī)檢修時(shí)，存留液硫無(wú)法排出從而形成與隔板等高固體硫磺，開車時(shí)需大量時(shí)間液化，同時(shí)系統(tǒng)帶來(lái)雜質(zhì)及罐壁硫化鐵、硫化亞鐵沉淀，堵塞曝氣口造成曝氣量不夠或不能曝氣；②蒸汽引射器位置不合理造成引射量不夠，無(wú)法形成微負(fù)壓，H2S從大氣連通口溢出影響環(huán)境，存留安全隱患；③曝氣管線流量無(wú)法微量控制，配入量過大影響引射器效果，過小則無(wú)法完全曝氣；④液硫泵啟停為手動(dòng)控制，無(wú)法保證高、低液位設(shè)備自動(dòng)啟停。

圖2 原脫氣罐結(jié)構(gòu)

2 改進(jìn)措施

（1）在液硫進(jìn)口段低位至液硫泵吸入口前增設(shè)保溫管線，配備夾套球閥。生產(chǎn)過程中球閥關(guān)閉，從而分割成獨(dú)立空間。停車時(shí)打開球閥，使液硫進(jìn)口端液硫自?shī)A套管線全部流至液硫泵吸入口端，從而低于曝氣孔高度，再關(guān)閉保溫蒸汽，保證曝氣孔無(wú)堵塞物，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)結(jié)構(gòu)1

（2）將引射器布置于盡量靠近尾氣排放口，減小引射距離及高度，同時(shí)在大氣連通口安裝呼吸閥，在調(diào)節(jié)曝氣量時(shí)保證罐體內(nèi)微負(fù)壓，杜絕氣體外溢。將原本曝氣箱均布孔堵塞覆蓋，只保留頂部一個(gè)開孔連接引氣管線至與蒸汽引射器連通的尾氣排放口下方。蒸汽引射器連通管線保證5‰倒坡以便凝結(jié)水回流，提高管線使用壽命，如圖4所示。

圖4 改進(jìn)結(jié)構(gòu)2

（3）在曝氣管線設(shè)置孔板流量計(jì)，可實(shí)現(xiàn)流量遠(yuǎn)程控制，如圖5所示。

圖5 改進(jìn)結(jié)構(gòu)3

（4）將液硫泵啟停改為自控系統(tǒng)控制，如圖6所示。

圖6 液硫泵控制系統(tǒng)

（5）通過設(shè)置高、低液位觸發(fā)相應(yīng)觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停。

3 施工過程及質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 更換原曝氣管線

制作新曝氣管線，鑒于環(huán)境，使用耐酸性材料，如316L等。

計(jì)算開孔數(shù)量及孔徑：

式中 V——流速，m/s

S——截面積，m2

3.2 曝氣箱制作安裝

罐焊接位置除銹打磨干凈，罐壁內(nèi)附著有FeS和S單質(zhì)，需對(duì)罐壁進(jìn)行烘烤，溫度控制在650℃左右，冷卻后對(duì)焊口用丙酮清洗干凈后才能施焊，以保證焊接接頭質(zhì)量。焊接完成后，需對(duì)焊口進(jìn)行超聲波或者磁粉檢測(cè)，超聲波Ⅱ級(jí)為合格。焊接接頭外觀檢查按GB 150.4—2011《壓力容器 第4部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收》“6.5圓筒與殼體”中的表1執(zhí)行（圖7）。

表1 質(zhì)量控制點(diǎn)預(yù)控對(duì)策

圖7 A、B類焊接接頭對(duì)口錯(cuò)邊量

3.3 夾套開孔

首先確定夾套管線的安裝位置，在確保開孔周圍無(wú)可燃物質(zhì)后進(jìn)行開孔作業(yè)。

3.4 夾套管線制作安裝

按規(guī)范進(jìn)行夾套管線的安裝。內(nèi)管必須進(jìn)行100%射線檢測(cè)，Ⅱ級(jí)為合格。

3.5 夾套管線試壓

按照規(guī)范進(jìn)行壓力試驗(yàn)。管道試壓前應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行清洗，清洗干凈后方能進(jìn)行壓力試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.25倍。

3.6 引射器布置

選擇合適的蒸汽引射器，安裝按照上文2-（2）所述進(jìn)行。

3.7 孔板流量計(jì)安裝

按照規(guī)范選擇合適的流量計(jì)，并進(jìn)行安裝。確定安裝方式（安裝夾角≤2°），孔板方向要與流體流向一致，上、下游直管段合乎規(guī)范要求。

3.8 系統(tǒng)檢驗(yàn)試驗(yàn)

設(shè)備和工藝管道、儀表、電氣安裝完成后，需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理，整改完成后繼續(xù)進(jìn)行檢驗(yàn)試驗(yàn)，合格后方能進(jìn)行下一步工作，見表1。

4 施工步驟及安全措施

由于罐內(nèi)長(zhǎng)期儲(chǔ)存硫黃，施工作業(yè)屬于受限空間和含有有毒有害、易燃物質(zhì)的情況，作業(yè)前必須進(jìn)行危害識(shí)別，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析、評(píng)價(jià)和受限空間作業(yè)氣體檢測(cè)，見表2。檢測(cè)合格后，才能進(jìn)入罐內(nèi)對(duì)罐內(nèi)的S、FeS進(jìn)行徹底清理。

表2 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析及評(píng)價(jià)

5 結(jié)束語(yǔ)

通過以上結(jié)構(gòu)改造，解決了由于隔板設(shè)計(jì)不合理，造成的曝氣不足的問題，從而減少了設(shè)備的腐蝕和蒸汽浪費(fèi)；解決了引射器安裝不合理造成的環(huán)境污染，以及對(duì)人體的傷害；解決了泵的自動(dòng)啟停問題，節(jié)約了人力物力。本次改造，利用空氣鼓泡，將多硫化氫轉(zhuǎn)化為硫化氫，也將部分硫化氫氧化為單質(zhì)硫，從而改善產(chǎn)品質(zhì)量，使脫氣后的硫磺外觀規(guī)整、粉末少、無(wú)異味，改善后續(xù)成型生產(chǎn)環(huán)境的效果，同時(shí)減少金屬儲(chǔ)罐腐蝕量，提高使用壽命。