硫黄回收装置的平面布置及管道设计

2012-10-26洛阳瑞泽石化工程有限公司杨庆丽

河南科技 2012年9期

洛阳瑞泽石化工程有限公司杨庆丽

硫黄回收装置的平面布置及管道设计

洛阳瑞泽石化工程有限公司杨庆丽

随着国内炼厂原油加工量的扩大及加工进口含硫原油比例的增加，硫黄回收装置在逐步大型化。为了满足环保的要求，一旦硫黄回收装置因事故停车，其他的上游装置也会被迫停工或减产，造成工厂不应有的损失。同时，鉴于硫黄回收装置规模大，原料来源多，组分复杂，波动范围大，而且又是全厂性配套装置，这就要求硫黄回收必须安全可靠。因此，提高硫黄回收装置的运行可靠性和延长装置的开工周期是非常重要的。本文，笔者对硫黄回收装置平面布置的原则、要点进行了简要描述，分析了管道设计时需要注意的问题，着重探讨了夹套伴热在装置内的应用。

一、平面布置

首先要根据工艺流程确定各单元的相对位置。按《石油化工企业设计防火规范》的要求确定设备间距，同时要留有操作、检修、吊装所需的场地和通道。采用流程式布置，为防止堵塞、控制温降、压降等问题，工艺要求设备相对集中。采用多层构架立体布置，充分利用空间。

Claus法硫黄回收装置的主要工艺设备有：酸性气燃烧炉，一级反应器，二级反应器，加氢反应器，一、二、三级冷凝冷却器，硫池，尾气焚烧炉和烟囱。

根据工艺流程，构架设3层，反应器放在构架最上层，一、二、三级冷凝冷却器放在构架二层，酸性气燃烧炉放在构架地面上。依据《石油化工企业设计防火规范》（2008）中的规定，尾气焚烧炉（明火设备）宜布置在装置边缘、靠近消防通道，且位于可燃气体、液化烃、甲B类液体设备的全年最小频率风向的下风侧，同时与控制室、压缩机厂房等其他工艺设备保持严格的防火间距，炉子所需的风机可就近布置在管桥下方。燃料气分液罐与炉体的防火间距不少于6 m，通常分液罐放在装置的管桥一侧，可跟其他罐成组布置。

该装置的主要废气污染源为从烟囱排放的烟气，烟气的主要有害成分为SO2，经过焚烧后的烟气中SO2含量很低，但为了安全起见，烟囱还是要布置在人员集中场所、明火或散发火花地点的全年最小频率风向的上风侧，要根据装置所在区域风向来确定具体方位。

硫黄仓库间是液硫成型、包装、存放的场所，属于丙类仓库，其与其他建筑、明火或散发火花地点等防火间距必须符合《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）第3.5条的规定，距明火设备至少15 m。仓库的大小要考虑硫黄日产量、存放时间和叉车运输等方面因素。

硫成型前装置内产生的所有的液硫都要流进硫池，再由泵将液硫抽出送至成型造粒机。由于液硫黏稠、易凝固的特性，要求硫池与所有产硫设备及成型造粒机之间连接的管道尽可能短一些，一般硫池设在构架边，且距仓库尽量近，以保证进硫池的管道长度短且少拐弯（液硫靠自流进硫池，压力小、易凝固）。

在硫黄仓库内、反应构架下，硫、硫化物等有害介质设备附近，要设置组合式事故喷淋/洗眼器服务站。这样，一旦出现对人体产生轻度危害的意外事故，可就近应急使用，确保操作人员的人身安全。图1为硫黄装置的一种平面布置方式。

图 1 硫黄装置平面布置

二、管道设计

管道不仅用来连接各类工艺设备，使装置成为一个有机的整体，同时也是各类流体输送的安全屏障。在硫黄回收装置中原料为高H2S浓度的酸性气，反应产生的介质分别是H2S，SO2等有毒气体，产品为固体硫黄，有潜在的自燃危险，设备、管道均是在高温、高腐蚀介质的条件下运行。

根据《石油化工管道设计器材选用通则》（SH3059-2001）的要求，由于一、二、三级冷凝冷却器生产的液硫温度在170°C左右，不存在高温硫腐蚀（常温下干燥的H2S对碳钢无腐蚀作用，当温度达到250℃时，H2S容易分解产生活性硫，与铁化合生成FeS，且温度越高，腐蚀的速率越快）及低温硫化氢腐蚀环境，所有的管道器材均选用碳钢。

含硫化氢介质的管道器材按最新版“柯柏曲线”进行选材。管道的腐蚀主要是由于高温硫化物的腐蚀造成，所以在设计含硫管道壁厚时，可以通过增加厚度来抵消管道腐蚀实际的减薄量。所有的管线（特别是过程气、尾气、液硫）布置时要尽可能短，利用自然热补偿解决高温管道热补偿问题。对于高温大管线，要进行应力计算，分析管道柔性，必要时可设弹簧支架。液硫管线要有I≮2%的倾斜度，尽量做到“步步低”，以利于液硫畅通。在所有的改变方向和分支处，采用四通加法兰，法兰盖的形式，并且在四通的开口、法兰部位要留有足够的空间，一旦发生堵塞，可以打开法兰从两个方向解决管道疏通问题。所有的液硫管线，阀门均要求采用夹套保温伴热措施。

三、夹套伴热

装置的伴热形式主要有电伴热、蒸汽夹套伴热、蒸汽伴管伴热及热水伴热。硫黄具有凝点高的特性，当温度低于121°C时，会发生液态变成固态的相变；当温度在130～160°C时，黏度最小，便于输送；硫黄尾气处理的过程气，其露点温度在130°C左右。根据《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》（SH/T3040）规定，为防止液硫管道由于温度下降而凝固，并保持较好的流动性；或避免过程气有硫结晶析出，装置内液硫管道及过程气管道均应采用蒸汽夹套伴热的方式。电伴热装置具有安全可靠、施工简便、日常维护简单等特点，但一次性投资较高，而且为了充分利用硫黄装置自产的0.3 MPa饱和蒸汽，一般采用蒸汽夹套伴热，夹套管内管及外管采用碳钢即可满足要求。

夹套管伴热有内管焊缝隐蔽型和内管焊缝外露型2种。根据《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》（SH/T3040）要求，当介质凝固点大于100°C时，除输送有毒介质外，夹套管应采用内管焊缝隐蔽型，液硫管道正好符合此项要求。对于过程气，由于含有H2S，SO2，CO等有毒气体，而且温度一般在170～270°C，即使有局部热损失也不至于低于硫蒸气露点温度，不会产生结露；并且过程气的管径较大，温度较高，管系特别是在弯头和分支处应力较大，外露型的管系柔性好，不仅易于管道热补偿，还便于施工，因此过程气夹套伴热管应采用内管焊缝外露型。夹套管敷设，供气，排凝应符合下列要求：一是夹套管应有I≮2%的坡向，且应与介质流向一致。二是夹套管应高点供汽，低点疏水。所有的蒸汽应由夹套上部引入，凝结水由套管底部引出，供汽管和排凝管分设切断阀。液硫夹套管若采用四通形式竖直安装时，需要在每个低点设排凝，如图2所示。三是夹套管管段间连接的水平跨线宜用法兰连接，在夹套管底部切线方向进出，夹套阀门也要用跨线串接。四是为防止内外管的偏心，在内管侧安装导向定位板，定位板材质与内管材质相同。在安装定位板时，应根据夹套管组合的不同尺寸确定其间距，同时定位板的安装方位不可影响内管热位移。定位板间距按表1取值。