大型液硫脱气装置改造

马崇彦

中国石化达州天然气有限公司

普光天然气净化厂硫磺回收装置设计规模240×104t/a，属于大型硫磺回收装置。联合装置设有12个液硫池，液硫池内为微正压，温度138℃。采用Black&Veatch的专利技术MAG○R工艺进行液硫脱气，脱气尾气量为1287 kg/h，通过蒸汽抽空器(EJ-301A/B)引出后，进入尾气焚烧炉进行燃烧处理，抽空器采用表压为0.35 MPa的低压蒸汽作为动力，蒸汽消耗量为790～1000 kg/h。液硫池尾气中含有少量硫蒸气，为避免硫蒸气因低温发生凝固，尾气管线采用蒸汽夹套伴热。

净化厂自开工以来，当硫磺回收装置运行负荷在80%～100%时，多次出现液硫产品质量不合格的现象，硫化氢质量分数远高于液硫运输所允许的安全上限15×10-6。为确保高含硫天然气净化装置的液硫品质，降低因硫化氢挥发造成安全事故的可能性，需采用新工艺技术对液硫池脱气进行改造，减少液硫中的硫化氢含量，确保硫磺运输过程中的安全环保[1]。

1 原液硫池脱气工艺流程

来自各级硫冷凝器的液硫随重力自流至液硫池(S-301)，在液硫池中通过Black&Veatch的专利技术MAG○R脱气工艺可将液硫中的硫化氢质量分数脱除至15×10-6以下[2]。MAG○R液硫脱气工艺无需采用任何化学添加剂，其工艺原理为:液硫在液硫池的不同分区中循环流动，并通过一、二级喷射器(EJ-302/303)进行机械搅动，溶解在液硫中的硫化氢释放到气相中并由蒸汽抽空器(EJ-301A/B)送入尾气焚烧炉焚烧[3]。

脱气后的液硫自液硫池脱气区溢流至存储区，一部分脱气液硫经液硫循环泵(P-301A/B)升压后进入硫磺冷却器，冷却至138℃后再循环回脱气区。脱气后的产品液硫用液硫外输泵(P-303A/B)送至液硫成型单元生产粒状固体硫磺，或送至液硫罐区[4]，如图1所示。

2 液硫脱气装置改造技术思路

在原有液硫脱气工艺的基础上增设液硫鼓泡装置，从克劳斯风机(K-301)出口引出DN150 mm的空气管线，经蒸汽夹套升温至138℃后分为两路DN100 mm的管道，其中一路经流量控制调节阀FV-31201进入液硫池一区底部，另一路经流量调节阀FV-31301进入液硫池二区底部，分别通过3条底部、两侧共14组6 mm孔洞的DN80 mm鼓泡管线引入池中。如图2所示。

3 改造后操作参数测定

3.1 测定步骤

操作参数的具体测定步骤如下[5]:

(1)全开鼓泡线第1道闸阀与入池前的两个夹套球阀。

(2)分别缓慢打开流量调节阀FV-31201、FV-31301，逐步将鼓泡气体流量控制为190 m3/h(20℃、101.325 k Pa下，下同)，引空气进入液硫池鼓泡。

(3)调节蒸汽阀门开度，保证鼓泡空气入池温度不低于130℃。

(4)稳定运行8 h后，对液硫外输泵(P-303)出口的液硫和气相分别取样，分析液硫中硫化氢含量、酸度以及气相中硫化氢含量;若液硫中硫化氢质量分数仍大于15×10-6，则逐渐加大流量调节阀FV-31201、FV-31301开度，将流量增至680 m3/h。

(5)稳定运行8 h后，对液硫外输泵(P-303)出口的液硫和气相分别取样，分析液硫中硫化氢含量、酸度以及气相中硫化氢含量;若液硫中硫化氢质量分数仍大于15×10-6，提高流量调节阀FV-31201、FV-31301开度，将流量增至850 m3/h。

(6)稳定运行8 h后，对液硫外输泵(P-303)出口的液硫和气相分别取样，分析液硫中硫化氢含量、酸度以及气相中硫化氢含量。

值得注意的是，在操作期间，应随时观察液硫池空气入口的流通情况，若液硫池空气入口处有气体冒出，应首先降低鼓泡空气量，确保现场处于安全状态，然后调整抽空器蒸汽量，或加开备用抽空器，再逐步增加鼓泡空气量。

3.2 装置操作参数

根据测定结果，得出装置操作参数如下:

(1)鼓泡空气压力(表压):60～95 k Pa。

(2)鼓泡空气温度:不低于130℃。

(3)空气流量:最小为316 kg/h或190 m3/h;正常为1011 kg/h或680 m3/h;最大为1264 kg/h或851 m3/h。

4 改造效果

目前，MAG○R+液硫鼓泡脱气技术已经成功应用于普光天然气净化厂的实际生产，即使在出现了各种不利条件的工况下，液硫产品质量仍然合格，具有巨大的经济效益和社会效益[6]。

由于普光天然气净化厂属于甲级要害单位，其生产介质为高压、高含硫天然气，对设备及人员造成的危害较大;MAG○R+液硫鼓泡脱气技术的应用，成功解决了大型硫磺回收装置液硫脱气的难题，为硫磺成型单元提供了优质、合格的液硫产品，减少了环境污染，确保生产的硫磺产品质量符合GB/T 2449.2-2015《工业硫磺 第2部分:液体产品》中一级品的标准。

4.1 联合装置液硫脱气达标

普光天然气净化厂第1套空气鼓泡液硫脱气装置建成投运，进行脱气效果数据录取和分析。在单独运行液硫冷却和MAG○R机械搅动脱气的工况下，液硫中硫化氢质量分数最高为60.90×10-6，最低为31.66×10-6，平均值达到49.78×10-6。在空气鼓泡工艺运行的工况下，液硫中硫化氢质量分数最高为9.10×10-6，最低为1.59×10-6，平均为5.66×10-6。液硫中硫化氢质量分数的变化情况如表1所示。从表1可以看出，空气鼓泡工艺的脱气效果远远优于Black&Veach公司的MAG○R+工艺。

表1 MAG○R机械搅动及MAG○R+液硫鼓泡工艺脱气效果Table 1 Degassing effect of MAG○R mechanical stirring and MAG○R+liquid sulfur bubble process

按照设计液硫产量为240×104t进行计算，则液硫中硫化氢质量分数由49.80×10-6降至5.68×10-6后，带入下游并排放至大气中硫化氢减少共计:240×104t×(49.80-5.68)×10-6=105.89 t。

4.2 液硫储罐排入大气的硫化氢含量降低

MAG○R+液硫鼓泡脱气技术应用前，硫磺成型单元液硫储罐中硫化氢质量分数平均达到4221.8×10-6，技术应用后，硫化氢质量分数平均降至285.61×10-6，减少了近3936.2×10-6。硫磺储罐顶部硫化氢含量降低，排放入大气中硫化氢大大减少，大气环境质量得到明显改善。

由于液硫中硫化氢含量降低，成型后固体硫磺在储存过程中释放的硫化氢量明显减少，散装料仓内大气环境质量得到明显改善，安全隐患大大削减，运行人员的安全得到保障[7]。

4.3 液硫生产及储运系统腐蚀减缓，运行故障率降低

液硫脱气效果达标后，联合装置硫磺回收单元涉及液硫脱气的设备如硫磺冷却器(E-309)、液硫输送管线等腐蚀现象大大减缓，腐蚀泄漏事件的发生率明显降低，联合装置连续运行周期增长，为装置的平稳运行提供了有效保障[8]。

由于自联合装置输至硫磺成型装置的液硫中硫化氢含量降低，释放至大气中的硫化氢量减少，大气腐蚀现象得到明显减缓，暴露在大气中的电子设备、管线、仪表元件等腐蚀问题减少，因腐蚀导致的停机故障率大大降低，见表2。

表2 硫磺储运单元监测挂片腐蚀分析对比Table 2 Corrosion analysis comparison of monitoring coupon in sulfur storage and transportation unit

5 结论

普光天然气净化厂大型硫磺回收装置应用MAG○R+液硫鼓泡脱气工艺可将液硫中的硫化氢质量分数脱除至15×10-6以下。MAG○R+液硫鼓泡脱气工艺完全包含在液硫池内，不需采用任何化学添加剂，大大降低了生产运行成本，同时节约了后续的人工运行成本，降低了操作难度和液硫脱气工艺的危险系数，可为国内同类装置的液硫脱气工艺提供参考[9]。