硫回收装置出现的问题及解决措施

张文举

（潞安化工煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046200）

引言

本硫回收装置是由制硫和制酸两部分组成，制硫单元采用常规Claus 工艺制取硫磺，Claus 尾气处理部分采用SOP 制酸。酸性气进装置后，先经酸性气分液罐脱水后进入制硫燃烧炉烃类完全燃烧，在燃烧炉中三分之一的硫化氢完全燃烧成二氧化硫，为获得最大转化率，必须保证燃烧后的反应气流中硫化氢与二氧化硫的分子之比为2∶1，反应的结果制硫燃烧炉内约60%（体积分数）的H2S 反应转化为硫，余下的H2S中有1/3 转化为SO2，2/3H2S 保持不变，送入一二级转化器中进行催化反应进一步生产硫。Claus 尾气进入制酸单元焚烧炉，将Claus 尾气中的H2S 燃烧成SO2，经两级反应器和两级冷凝器产出浓硫酸，反应后的尾气通过烟囱排放。

1 氧气管线存在运行风险问题

在试车工作中经与国内行业专家及专业技术团队现场研究讨论，发现制硫单元氧气管线设置及燃烧炉顺控点火尽管满足设计规范，但是根据实际运行经验存在一定安全风险及隐患。

1）氧气界区压力是5.0 MPa，需要通过两台减压阀（PV20401 和PV20402）降压到0.3 MPa，两台减压阀之间气体缓冲容积小（约0.056 m3），氧气管网压力稍有波动，安全阀就会起跳。

2）氧气管线界区和氧气管线炉前无切断阀，紧急或着火情况无法做到立即隔断，存在安全风险。

解决措施：界区增设切断阀HV20451；炉前增设切断阀UV20451A/B，UV20451A/B 阀间增设放空阀UV20451C，并列入SIS 联锁触发后，关闭切断阀UV20451A/B。

3）氧气管线界区阀无均压旁路、也无均压氮气管线。

解决措施：增加8.6 MPa 氮气均匀管线。

4）氧气管线放空口朝向向下，下方有钢构件和管线，氧气放空时，下方钢结构和管线有着火风险。

解决措施：氧气管线放空口朝向改为斜向上45°。

氧气管线改造后流程简图，如图1 所示。

试验场地选定为临近河边的场地，地层为回填土，地下超过5 m为湿泥，黏性比较大。选用的钻具外径为60 mm，钻杆外径51 mm，实验深度为5 m时，通过液压绞车起拔钻杆顺利提出。实验深度超过8 m时，利用液压绞车难以起拔，绞车的支撑架发生变形。液压绞车额定拉力为10 kN，加装一个动滑轮，使得实际拉力达到20 kN，质量60 kg。实验深度达到15 m时，使用钢球夹紧起拔器起拔钻杆，顺利提出，起拔出来的钻杆裹满黏性湿泥。由于只带了17根钻杆，最终实验深度为17 m。利用钢球夹紧液压起拔器起拔钻杆时，一次可起拔多根钻杆，且省掉桅杆结构，进一步减轻钻机整体重量。

图1 氧气管线改造后流程简图

5）氧气管线导淋从管线底部引出，运行过程中导淋处易积聚焊渣、铁屑，有碰撞着火风险。

解决措施：氧气管线导淋改成从管线侧面引出，减少积聚焊渣、铁屑可能性。

6）制硫单元燃烧炉顺控点火系统为DCS 系统，而点火时需要控制SIS 系统中的阀门，根据规范要求，SIS 系统中的阀门不允许DCS 系统控制，故顺控点火无法运行。

解决措施：将DCS 顺控点火系统删除，在SIS 系统中制作成“顺控”逻辑，通过联锁条件触发，开关SIS阀门，达到“顺控”点火目的。

2 过程气取样器堵塞问题

制硫单元过程气取样器共有6 台，介质口接管都存在过长的情况（0.5 m 以上），且取样器出口都有循环水冷却器，运行过程中，出现介质口接管和取样器出口管严重硫磺堵塞情况，取样器改造前简图，如下页图2 所示。

图2 取样器改造前简图

解决措施：介质口接管改到5 cm 以内，取消取样器出口冷却器，并给介质口接管和取样器整体增加蒸汽伴热，防止外伴热温度不能融硫可加导热胶泥。

3 转化器紧急降温管线问题

制硫单元转化器紧急降温氮气和蒸汽，管径均为DN25，氮气和蒸汽合并到一根DN25 管线后，进入转化器（即两种气体无法同时进入），降温效果较慢。

解决措施：紧急降温氮气和蒸汽管径增加至DN50，紧急降温氮气和蒸汽管线单独进入转化器。

4 硫封罐堵塞及检修问题

1）硫封罐基坑渗水，积水淹没硫封罐底部，使硫封罐底部温度低于119 ℃，液硫凝固堵塞，因硫封罐基坑位置和内部空间较小，进行传统的防渗工作困难较大。

解决措施：从经济性和实用性的角度，在硫封罐外部增加了套筒，用来隔绝积水，达到给硫封罐保温防凝的目的，改造后简图，如图3 所示。

图3 硫封罐基坑防水改造后简图

2）制硫单元停车后，用氮气“破硫封”的方式对硫封罐检查是否堵塞，检查后开车，硫封罐蒸汽凝液出口温度在119 ℃（融硫温度）以上，但硫封罐出口无硫磺流出；出现此现象的原因是硫封罐“破硫封”时吹出一部分液硫，使液硫未充满硫封罐，存在空腔，空气传热能力差，硫封罐夹套伴热热量无法传到硫封罐中间插入管，插入管温度低硫磺凝固堵塞。

解决措施：开大硫封罐伴热蒸汽，打开硫封罐蒸汽凝液出口法兰就地直排，增大硫封罐夹套蒸汽通过量，硫封罐蒸汽凝液出口温度提高至140 ℃以上，使硫封罐中间插入管达到融硫温度。

3）制硫单元开车过程中硫封罐堵塞，制硫装置硫封罐基坑无检修口，硫封罐无法检修，需将硫封罐吊出后检修，但硫封罐上方无合适吊点（设备阻挡吊车无法靠近），且硫封罐上方的管线和平台影响硫封罐吊出。

解决措施：在硫封罐构架上方增加横梁吊点，硫封罐上方的管线改成可拆卸管线，平台切除。

5 冷凝器排硫问题

三级硫冷凝器E103 出口无放硫阀门，停车期间无法正常排硫，只能通过强拆法兰的方法放硫，易出现烫伤风险。

解决措施：在三级硫冷凝器E103 出口增加隔离阀门，拆法兰放硫前先进行隔离，三级硫冷凝器E103出口增加隔离阀门简图，如图4 所示。

图4 三级硫冷凝器E103 出口增加隔离阀门简图

6 克劳斯尾气管线凝堵问题

克劳斯尾气管线至制酸单元的切断阀处形成U型弯，从尾气捕集器V104 出来的克劳斯尾气温度为132 ℃，气体中存在夹带液硫的情况，在U 型弯处出现积硫堵塞，切断阀UV41015（蝶阀）和UV41017（蝶阀）无法开关。

解决措施：两个切断阀（蝶阀）卡死是因为U 型弯处积聚的液硫凝固，采取的措施是在U 型弯处增加伴热防止液硫凝固，并通过导淋定期排硫，防止液硫积聚过多堵塞管道，克劳斯尾气U 型弯处增加伴热简图，如图5 所示。

图5 克劳斯尾气U 型弯处增加伴热简图

7 液硫产品发黑问题

制硫开车初期，酸性气中H2S 浓度低，炉膛提温困难，酸性气中的CH4、C2H4等烃类燃烧不完全，析碳使硫磺产品发黑。

解决措施：调整酸性气浓度在22%以上，确保炉膛中部温度900 ℃以上，酸性气中的烃类充分燃烧，硫磺颜色转为正常。

8 硫磺造粒成本高问题

硫磺造粒工艺流程长、操作复杂、安全隐患多、管理难度大、成本费用高，其中硫磺造粒成本费用包括硫磺包装袋费、电耗、脱模剂费、人工费、仪表空气消耗、造粒机折旧和检修费用等约111.27 元/（t 硫磺）；使得硫回收经营成本居高不下。

解决措施：技改增加液硫装车管线，直接外卖液硫；从液硫池到造粒机主管线上引液硫管线至液硫装车平台，通过阀门控制，实现液硫装车，液硫装车改造简图，如图6 所示。

图6 液硫装车改造简图

9 结语

硫回收装置3 年来在开车过程中遇到的主要问题有：氧气管线存在运行风险、取样器介质口接管过长且有冷却装置使取样管堵塞、转化器氮气降温管线管径小、硫封罐堵塞、三级硫冷凝器排硫困难、克劳斯尾气管线U 型弯积硫堵塞、硫磺产品发黑、硫磺造粒成本费用高等，通过有效的分析和采取正确的措施，使这些问题得到有效的解决，为装置运行消除了重大的安全生产隐患，为硫回收装置平稳运行打下良好基础。