超优克劳斯硫回收工艺装置的设备布置及管道设计

王巧巧 赵叶访

(东华工程科技股份有限公司安徽合肥230024)

超优克劳斯硫回收工艺装置的设备布置及管道设计

王巧巧 赵叶访

(东华工程科技股份有限公司安徽合肥230024)

在传统克劳斯硫回收工艺基础上开发出的超优克劳斯工艺在尾气环保达标、硫磺回收率、装置投资费用等方面具有更多的优势，根据酸性气体进料量和催化反应器的数量，硫回收率可达99.4%以上，排放尾气完全可以达到国家现有的规定指标，同时降低了装置投资费用。硫回收装置的操作介质特殊，液硫凝固点较高，易造成管道及设备的堵塞。设计时，要求设备布置紧凑，管道采取夹套伴热和保持一定的斜度，因此，合理的设备布置及正确的配管设计是硫回收装置设计中应首要考虑的问题之一。

1 硫回收装置的设备布置

根据工艺流程确定各单元的相对位置，按照《石油化工企业设计防火规范》的要求确定设备间距，同时应留有操作、检修、吊装所需的场地和通道;采用流程式布置，为防止堵塞、控制温降和压降，要求设备相对集中布置，采用多层构架立体布置，充分利用空间。超优克劳斯硫回收装置与传统克劳斯硫回收的设备布置基本相同，除硫黄造粒包装厂房为混凝土楼面，其余部分采用全敞开式钢结构框架形式，框架一般分3层。

1.1地面上的设备布置

地面上布置硫冷凝器、硫封罐以及用来储存液硫的地下液硫池，主燃烧炉和焚烧炉分别布置在装置两侧，烟囱正对焚烧炉布置。通常是1台风机同时为主燃烧炉和焚烧炉供风，尽量将风机布置在2台炉子的中间。硫黄造粒包装厂房布置在液硫池旁边，一楼放置硫黄包装机，二楼放置硫黄成型机(图1)。

图1 地面上的设备布置

1.2 第2层平台设备布置

超优克劳斯反应器布置在第2层平台上(图2)，架高布置反应器可方便反应后的含硫过程气自流到一楼的硫冷凝器中。各级过程气再热器布置在反应器的一侧，经再热后的过程气从上部进入反应器。

图2 第2层平台设备布置

反应器所在的第2层平台高度宜在7m左右，保证反应器底部出口去硫冷凝器的过程气管道的竖直方向上有足够的空间安装膨胀节。

1.3第3层平台设备布置

由于酸气预热器的进料来自于甲醇洗涤塔的塔顶出料口，物料出口去往超级克劳斯反应器，故将其布置在最高一层平台上(图3)。

图3 第3层平台设备布置

2 硫回收装置的管道设计要点

为了达到排放标准，超优克劳斯工艺通常由高温热反应段、两级普通克劳斯反应段、超优克劳斯反应段和超级克劳斯反应段组成。

2.1高温热反应段

(1)酸性气管道中可能含水甚至液硫，所以应保证充分伴热;同时，应保证管道的斜度，不得有U形。

(2)可燃气体的安全阀出口管线一旦低于火炬总管，会造成管线积液，由于硫回收装置可燃气体的积液含有毒有害物质，不可随意排放，在布置时应综合考虑主管廊上火炬总管的标高，将安全阀放置在第2或第3层平台上，保证安全阀出口管线“步步低”流向管廊上的火炬总管。另外，酸性气具有一定的腐蚀性，且为高度危害介质，管道材质具有一定的特殊性，不宜与燃料气放空管线混合。

(3)风机进口的方向如果是水平方向，且离地面太近，容易吸入地面上的沙尘，沙尘与管道内部的硫雾容易形成硫黄混凝土，堵塞管道及阀门;附近若有人经过，衣服被风机吸入，会有生命危险，故风机进口管线若为水平放置，应高出地面2.5m以上。

2.2超优克劳斯反应器和超级克劳斯反应段

(1)超级克劳斯反应器出口去往硫冷凝器的过程气管道直径较大，且管道需要设计斜度及膨胀节，膨胀节不宜安装在水平管道上。因为，在生产过程中，硫黄可能会积聚在水平安装的膨胀节内，一旦生成硫化铁，易堵塞，且遇空气会着火，故膨胀节应安装在竖直管道上。

(2)硫冷凝器末端的除沫器需要经常拆下检修，而该处的伴热蒸汽管线较多，故在管道设计时应注意伴热蒸汽管线的配管，不得妨碍除沫器拆卸与安装。

(3)尾气在线分析仪与过程气主管的连接管道长度应尽量短，而且应设置夹套伴热，否则管道中的硫雾可能会冷凝下来，影响尾气在线分析仪的测量精度。

2.3液硫存储及成型段

(1)液硫管线上不得使用弯头，在需要改变管线方向的位置，应使用四通，四通的末端用法兰盖盲上;水平液硫管线如果需要用到异径管，应使用底平的偏心异径管。

(2)若液硫管沟设计成敞开式，一旦下雨积水，伴热蒸汽温度的降低会导致液硫黏度增大甚至凝固，故液硫管沟应设计成封闭式，并设置集水坑排水，及时排空管沟内的积水;管沟在改变方向的地方应局部扩大空间，保证液硫管线上四通法兰和管沟内壁的空间足够大，方便操作人员下去疏堵作业。

(3)液硫池上的窒息蒸汽用于灭火，一旦液硫池着火，操作人员需要在安全的地方打开窒息蒸汽，应将窒息蒸汽的手阀放置在可观察到液硫池的安全位置。

2.4 夹套伴热设计要点

(1)液硫管线采用全夹套伴热，包括法兰、阀门;部分需要夹套伴热的酸性气管线采用内管焊缝外漏型夹套伴热，在弯头等处用伴热管应做强伴热。

(2)受内外管热胀量差的限制，每节夹套管的长度不宜超过6m。

(3)夹套管的轴测图上宜注明夹套蒸汽进、出口的位置，以指导施工，施工图说明中应注明安装夹套跨接管时遵循“下出上进”的原则，避免错误施工。

(4)硫回收工段的大部分管线都需要伴热或者夹套，很多仪表也需要伴热。因此，在设计伴热站时，应预留充裕的伴热接头，以便在施工时现场就近接管。

2.5硫回收采样分析

(1)酸性气管道中的H2S为高度危害介质，需密闭取样;取样后的尾气不得随意排放，应汇入酸性气火炬总管。

(2)过程气管道上使用柱塞式取样阀，安装时注意事项:取样阀应安装在便于操作的位置;取样阀前不加装根部阀，尽量靠近工艺管线或设备外壁，保证在阀门关闭时阀柱能够完全进入工艺管线或设备;安装取样阀时应保证以大于10°的坡度斜向下坡向过程气管道，防止液硫冷凝后堵塞取样阀。

3 结语

超优克劳斯硫回收工艺与传统克劳斯硫回收工艺相比，硫黄回收率明显提高，且尾气符合环保排放要求，具有很高的推广价值。由于该装置中酸性气腐蚀性强，同时液硫凝固点高易堵塞，且仪表自动化程度很高，设计时应全面考虑，对设备平面布置进行优化，合理布置管道走向，满足正常生产需要，并做到安全可靠、经济美观，提高装置的使用寿命。

2015－03－08)