浅谈硫磺回收装置的平面布置和管道设计

王怀廷

摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，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。

关键词：硫磺回收;平面布置;夹套管伴热

引言

近年来，随着世界石油资源趋于重质化和劣质化，原油中硫含量不断增加，高含硫原油中的硫化物在加工过程中转化为H2S和SO2等有害物质，而H2S对设备、管线腐蚀严重，同时会污染环境，因此，硫磺回收工艺越来越受到重视。硫磺回收装置的原料主要是来自上游生产装置产生的酸性气，经克劳斯（Claus）硫磺回收工艺生成液硫，由于其凝点较高容易因温度下降而凝结，会造成设备及管道堵塞。

1 平面布置

目前，我国的综合国力在快速的发展，社会在不断的进步，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側，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6m，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15m。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）。

2 管道设计

根据硫磺的性质，为了防止液硫凝固，保持液硫管道具有良好的流动性，因此需要采用伴热较为均匀的蒸汽夹套管伴热的方式伴热，可以充分利用硫磺回收装置自产的170℃左右、0.35MPa低压蒸汽。对于过程气，温度一般在170～400℃，即使有局部热损失也不会低于硫蒸汽露点温度（130℃）而结晶堵塞管道，过程气管道不再采用夹套和蒸汽伴热。此外，为了防止尾气管道中硫结晶，设计中采用1.0MPa蒸汽伴管伴热。1）夹套管的组合尺寸和连接形式夹套管管道、阀门、管件应根据设计压力、设计温度和介质性质等设计条件确定，一般夹套内管选择用无缝钢管，外管可采用无缝钢管或焊接钢管，除非有特殊规定外，外管尺寸一般比内管大一级或两级。内管和套管的连接型式有内管焊缝隐蔽型（全夹套）和内管焊缝外露型（半夹套）两种，根据《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》SH/T3040-2012规范要求，当介质凝固点高于100℃时，应选用内管焊缝隐蔽型夹套管，管道上的阀门、法兰、过滤器等应为夹套型。法兰式夹套管用于内管焊接隐蔽型时，有以下三种连接类型。（1）对焊式法兰外管焊接为环焊缝，可以进行射线探伤检测，焊缝强度较好;（2）不锈钢衬垫承插式法兰制造简单，施工方便，但由于其与管道焊接为角焊缝，无法进行射线探伤检测，而且无法保证焊接强度，不适于温度压力高，口径大的管道;（3）平焊式法兰传热效果好，而且受热均匀。2）夹套管伴热系统管道设计根据SH/T3040-2012规范，夹套管伴热系统管道设计有以下几点要求。（1）在硫磺装置中夹套管水平敷设有2%的坡度要求，且套管内介质流向应与坡度保持一致;（2）夹套管的布置应避免死角或“U”形弯，当不可避免时，宜在其低点处设排凝口;（3）每节夹套管的长度取决于管道布置方案，并受内管与套管热膨胀量差的影响，为了减小分节式夹套管应力可以选用伴热介质温度与被伴热介质温度接近，内外管温差一般取10℃。同时缩短夹套管段长度，每节夹套管的长度6m内;每节夹套管之间的蒸汽管宜采用跨接管串接，跨接管宜法兰连接并应防止积液和堵塞，同时考虑其安装和检修空间，跨接管低点是否设排凝口可酌情确定。（4）在硫磺装置中阀门也采用夹套伴热，夹套阀门包括：夹套球阀、蝶阀、闸阀和旋塞阀，目前装置中多采用夹套球阀并采用全通经设计。（5）为了便于安装、检修，一般用夹套四通代替夹套三通、夹套弯头。（6）除管道布置结构限制外，夹套管焊缝位置应满足一下四点要求：①夹套管直管段焊缝间距应满足内管不小于200mm，外管不小于100mm;②环向焊缝距管架不应小于100mm，且不得留在过墙或楼板处;③内管焊缝上不得开孔或连接支管段;④水平管道套管剖切的纵向焊缝，应置于易检修的部位。（7）夹套管的内管和套管之间应采用定位板定位，定位板与内管材质一致，并焊接在内管外壁上，定位板与套管内壁间隙为1～1.5mm，定位板的安装方位不能影响环隙介质的流动和内管热位移。

3 结语

综上，硫黄回收装置因其介质腐蚀性强，易堵塞的特性，要求设计人员在设计时要考虑全面，优化设备平面布置，合理布置管道走向，做到经济、美观、安全可靠，以满足正常生产需要，提高装置的使用寿命。

参考文献：

[1]张琦，康彪.加工含硫原油的设备腐蚀问题及讨论[J].石油炼制与化工，2001，32（12）：4-47.

[2]张林雁.某硫回收装置的平面布置和管道设计[J].石油技术与工程，2008，38（9）：42-44.

[3]刑军，刘凤臣.浅谈硫磺回收装置中蒸汽夹套管的应用[J].化工设计，2005，15（2）：26-31.