液硫输送和液位测量技改实践

2021-12-26郭荣福沈粹卿

硫酸工业 2021年5期

郭荣福，沈粹卿

（1.唐山宝顺化工有限公司，河北唐山063300；2.江苏中建致远工程技术有限公司，江苏扬州225115）

硫磺制酸生产中，输送液硫通常采用蒸汽夹套伴热方式，通过控制蒸汽压力控制液硫温度，从而保证液硫良好的流动性。运行过程中液硫夹套管会出现穿孔现象，处理液硫输送管线需停止蒸汽伴热，液硫凝固不能流动，尤其在北方冬季还会导致蒸汽管线冻住，使再次开工难度更大。另外，测量液硫液位时经常采用磁翻板或雷达液位计，但测量值波动较大。上述问题短则几个月，长则数年才会暴露，给生产的长周期稳定运行带来困扰。为此，北方某公司对液硫输送管线及液硫测量进行一系列改造。

1 液硫输送系统改造

1.1 蒸汽夹套管与液硫管串通

液硫输送蒸汽夹套管与液硫管发生串通，通常因液硫压力大于蒸汽压力，液硫进入蒸汽夹套管内，在蒸汽夹套管疏水口夹带出硫磺，若泄漏量较大会直接堵死疏水器甚至堵死部分蒸汽管线。若发生在液硫输送停止的情况下，则蒸汽会串入液硫管线并沿管线输送路线进入槽罐，表现为槽罐冒蒸汽。检查串通点一般采用分段排除的方法，该方法工作量大，耗时长。一旦串通点发生在进焚硫炉的液硫管道上，会导致长时间停车。造成液硫输送蒸汽夹套管与液硫管串通通常有2种情况。

1.1.1 内管焊缝焊接存在缺陷

原液硫管道在分段连接处采用异径法兰连接，法兰连接处的内管焊口被外管包裹，因输送管线较长，分段较多，内部焊口数量就多，且在制作时，各分段最后一道焊口是在法兰内部焊接完成，无法保证焊接质量。经液硫长期冲刷，个别焊接薄弱部位会增加泄漏几率。

为保证各道焊口的焊接质量，即使泄漏也不发生蒸汽与液硫互串，该公司将各直管段连接处改为与内管配套的标准法兰，让所有直管段焊口外露。外管与内管的连接采用缩径处理。但弯头处仍采用全夹套方式，夹套弯头处的内部焊口在焊接时进行坡口处理并采用氩电联焊的焊接工艺来保证焊接质量，夹套弯头内管弯头采用R=1.5D规格，外管弯头采用R=1.0D规格以保证同心度。

为缩短施工周期、保证夹套管缩径处的施工质量，该公司直接采购与内外管相配套的碟形封头与内外管焊接，而不采取以前的现场制作缩径方法。

1.1.2 夹套内管穿孔

原液硫夹套内管采用碳钢管，抗冲刷性能较差，并且在实际操作中由于蒸汽压力控制不稳，特别是在蒸汽压力较高时冲刷程度会增加，长期冲刷造成夹套内管穿孔，蒸汽夹套管与液硫管出现串通。该现象不仅出现在液硫输送管线中，液硫输送泵的夹套管也存在被冲刷穿孔的情况。

该公司首先加装机械式蒸汽减压阀使蒸汽压力自动平稳控制，正常生产过程中蒸汽压力控制在0.35~0.40 MPa，其次在液硫输送夹套管和液硫输送泵夹套管进汽口位置的内管外壁加装不锈钢防冲刷板，不锈钢防冲刷板30 mm×30 mm×4 mm，液硫地下槽输送至焚硫炉的关键管道内管直接采用不锈钢材料制作。

1.2 蒸汽夹套跨接管弯头处变薄穿孔

蒸汽夹套跨接管长期使用会出现弯头处变薄穿孔，有以下2种情况。

1.2.1 液硫输送管道蒸汽夹套跨接管蒸汽泄漏

若蒸汽泄漏发生在可间断生产的熔硫工序，可把夹套内的蒸汽泄压后直接焊补或更换部件，但是如果发生在液硫地下槽至焚硫炉的夹套管道上，尤其在北方冬季天气寒冷时，关闭伴热管检修液硫管道，不但管内液硫温度下降影响输送，而且关闭蒸汽管线会使蒸汽很快凝结成水并结冰，以至于影响生产。针对此种情况，该公司把蒸汽跨接管规格由原来的DN20更换为DN25，防止因管径较小使流速较快而导致冲刷增强，并且弯头不可直接折弯，折弯处管壁减薄及因变型造成管径缩小，都会降低抗冲刷能力。采用壁厚不小于3 mm的无缝钢管和弯头制作，可有效延长使用寿命。液硫地下槽至焚硫炉的液硫输送管道的蒸汽跨接管直接采用不锈钢管材管件制作。

1.2.2 液硫输送泵夹套跨接管蒸汽泄漏

液硫输送泵蒸汽跨接管位于液面之下，一般不容易发现蒸汽泄漏，一旦泄漏会造成液硫水分超标，液硫液面因水分增加导致酸度增加，从而对设备造成液面腐蚀，增加检修的工作量。蒸汽跨接管一般为碳钢材质，直接折弯且管径较小，抗冲刷性能较差，易发生穿孔，与泵管采用螺纹连接，管径小、密封面窄，使用一段时间后螺纹连接处易发生蒸汽泄漏。该公司把蒸汽跨接管管径规格由DN12改为DN20，材质改为不锈钢，与泵管之间的螺纹连接改为直接焊接，彻底消除蒸汽泄漏隐患。

1.3 硫磺熔化时间长

液硫输送管道及液硫输送泵熔化硫磺时间长，尤其是北方冬季天气寒冷时更为明显，该公司采取了以下几种措施：

1）制作液硫夹套管道时，夹套外管缩径处焊缝与法兰端面距离不超过10 mm，以便蒸汽热量尽快传递至法兰连接处。蒸汽跨接管径不小于DN20，保证蒸汽冷凝水快速流通排出。水平方向管道的跨接管宜布置在管道中间位置，以减少气阻，加快蒸汽流通速度。垂直方向管道的跨接管宜采用上进下出的布置，并且出汽口离外管缩径处焊缝的距离尽可能小于10 mm，否则此处易产生积水，造成液硫凝固，届时只能利用外部热源辅助加热才能熔化。泵出口回流管内管长度以不超出外管10 mm为宜，防止停止供硫后液硫在滴落过程中凝固逐渐将回流管堵死。

2）在蒸汽供汽的机械式减压阀处设置副线阀，在给液硫夹套管供汽的初始阶段开启副线阀，将蒸汽压力快速提高到0.5~0.6 MPa。蒸汽夹套的疏水点设置在分段夹套管法兰前端，疏水点间隔不超过15 m，在蒸汽疏水阀处并行设置手动旁路阀，以便快速排出初期冷凝水。通过提高伴热蒸汽的温度和提高冷凝水排出速度达到快速熔化硫磺的目的。这一改造使液硫管道硫磺熔化时间大大缩短，在冬季天气较为寒冷的情况下，只需15~20 min即可熔化硫磺并能向焚硫炉喷磺。

3）加大安装坡度，尤其是液硫地下槽至焚硫炉段，坡度由高及低至液硫泵处，坡度不小于0.5%。在停车并且蒸汽压力不足时，停止运行液硫地下槽泵，让管内大部分液硫迅速倒回到液硫地下槽内，在短时间停车后再次开车时，只需较低蒸汽压力集中熔化硫磺枪部分即可达到快速开车的目的。

2 液硫液位测量的技改措施

测量液硫液位时，一般液硫槽较多采用顶装磁翻板或雷达液位计，对于较高的液硫储罐一般使用雷达液位计。在使用过程中，磁翻板液位计浮子连杆与导向管容易被升华硫卡阻，液硫在浮子连杆上逐步凝固造成液位失真，甚至连杆一些壁厚较薄的部位会被液硫腐蚀断掉。雷达液位计的发射端面易积聚升华硫，若未及时清理发射端面会造成传输数据严重失真，或被测量液位有波动时雷达液位计测量数据严重偏离正常波动值。

针对液硫液位测量中存在的问题，该公司采用差压变送器方式进行测量。由于液硫黏度大、结晶点高，差压变送器宜采用法兰连接方式，法兰规格以DN80或DN100为宜，设备侧壁接管长度在具备螺栓连接条件下尽可能短，法兰端面与设备侧壁的距离不超过60 mm。膜片材质优选316L不锈钢，以达到抗腐蚀的目的。为保证差压变送器的膜片近距离地接近槽罐本体内部液硫，差压变送器与接管法兰之间不宜加装阀门，并且宜选用凸膜片传导方式，同时做好外部保温，以防膜片处液硫凝固影响测量。

安装液硫地下槽的差压变送器时，如是新建装置，可在需加装差压变器处预留安装空间。若是已建的液硫地下槽，可采用内置式安装，把差压变送器安装在自制筒体内，膜片向外，安装完成后，将筒体放置于液硫地下槽液面以下至槽底部位，将足够长的导线引至槽体上部。因筒体置于槽体液面以下，热量损失较小，液硫不易凝固，选用DN50平膜片的差压变送器即可。