硫黃回收裝置的平面布置及管道設計

洛陽瑞澤石化工程有限公司 楊慶麗

硫黃回收裝置的平面布置及管道設計

洛陽瑞澤石化工程有限公司 楊慶麗

隨著國內煉廠原油加工量的擴大及加工進口含硫原油比例的增加，硫黃回收裝置在逐步大型化。為了滿足環保的要求，一旦硫黃回收裝置因事故停車，其他的上游裝置也會被迫停工或減產，造成工廠不應有的損失。同時，鑒于硫黃回收裝置規模大，原料來源多，組分復雜，波動范圍大，而且又是全廠性配套裝置，這就要求硫黃回收必須安全可靠。因此，提高硫黃回收裝置的運行可靠性和延長裝置的開工周期是非常重要的。本文，筆者對硫黃回收裝置平面布置的原則、要點進行了簡要描述，分析了管道設計時需要注意的問題，著重探討了夾套伴熱在裝置內的應用。

一、平面布置

首先要根據工藝流程確定各單元的相對位置。按《石油化工企業設計防火規范》的要求確定設備間距，同時要留有操作、檢修、吊裝所需的場地和通道。采用流程式布置，為防止堵塞、控制溫降、壓降等問題，工藝要求設備相對集中。采用多層構架立體布置，充分利用空間。

Claus法硫黃回收裝置的主要工藝設備有：酸性氣燃燒爐，一級反應器，二級反應器，加氫反應器，一、二、三級冷凝冷卻器，硫池，尾氣焚燒爐和煙囪。

根據工藝流程，構架設3層，反應器放在構架最上層，一、二、三級冷凝冷卻器放在構架二層，酸性氣燃燒爐放在構架地面上。依據《石油化工企業設計防火規范》（2008）中的規定，尾氣焚燒爐（明火設備）宜布置在裝置邊緣、靠近消防通道，且位于可燃氣體、液化烴、甲B類液體設備的全年最小頻率風向的下風側，同時與控制室、壓縮機廠房等其他工藝設備保持嚴格的防火間距，爐子所需的風機可就近布置在管橋下方。燃料氣分液罐與爐體的防火間距不少于6 m，通常分液罐放在裝置的管橋一側，可跟其他罐成組布置。

該裝置的主要廢氣污染源為從煙囪排放的煙氣，煙氣的主要有害成分為SO2，經過焚燒后的煙氣中SO2含量很低，但為了安全起見，煙囪還是要布置在人員集中場所、明火或散發火花地點的全年最小頻率風向的上風側，要根據裝置所在區域風向來確定具體方位。

硫黃倉庫間是液硫成型、包裝、存放的場所，屬于丙類倉庫，其與其他建筑、明火或散發火花地點等防火間距必須符合《建筑設計防火規范》（GB50016-2006）第3.5條的規定，距明火設備至少15 m。倉庫的大小要考慮硫黃日產量、存放時間和叉車運輸等方面因素。

硫成型前裝置內產生的所有的液硫都要流進硫池，再由泵將液硫抽出送至成型造粒機。由于液硫黏稠、易凝固的特性，要求硫池與所有產硫設備及成型造粒機之間連接的管道盡可能短一些，一般硫池設在構架邊，且距倉庫盡量近，以保證進硫池的管道長度短且少拐彎（液硫靠自流進硫池，壓力小、易凝固）。

在硫黃倉庫內、反應構架下，硫、硫化物等有害介質設備附近，要設置組合式事故噴淋/洗眼器服務站。這樣，一旦出現對人體產生輕度危害的意外事故，可就近應急使用，確保操作人員的人身安全。圖1為硫黃裝置的一種平面布置方式。

圖 1 硫黃裝置平面布置

二、管道設計

管道不僅用來連接各類工藝設備，使裝置成為一個有機的整體，同時也是各類流體輸送的安全屏障。在硫黃回收裝置中原料為高H2S濃度的酸性氣，反應產生的介質分別是H2S，SO2等有毒氣體，產品為固體硫黃，有潛在的自燃危險，設備、管道均是在高溫、高腐蝕介質的條件下運行。

根據《石油化工管道設計器材選用通則》（SH3059-2001）的要求，由于一、二、三級冷凝冷卻器生產的液硫溫度在170°C左右，不存在高溫硫腐蝕（常溫下干燥的H2S對碳鋼無腐蝕作用，當溫度達到250℃時，H2S容易分解產生活性硫，與鐵化合生成FeS，且溫度越高，腐蝕的速率越快）及低溫硫化氫腐蝕環境，所有的管道器材均選用碳鋼。

含硫化氫介質的管道器材按最新版“柯柏曲線”進行選材。管道的腐蝕主要是由于高溫硫化物的腐蝕造成，所以在設計含硫管道壁厚時，可以通過增加厚度來抵消管道腐蝕實際的減薄量。所有的管線（特別是過程氣、尾氣、液硫）布置時要盡可能短，利用自然熱補償解決高溫管道熱補償問題。對于高溫大管線，要進行應力計算，分析管道柔性，必要時可設彈簧支架。液硫管線要有I≮2%的傾斜度，盡量做到“步步低”，以利于液硫暢通。在所有的改變方向和分支處，采用四通加法蘭，法蘭蓋的形式，并且在四通的開口、法蘭部位要留有足夠的空間，一旦發生堵塞，可以打開法蘭從兩個方向解決管道疏通問題。所有的液硫管線，閥門均要求采用夾套保溫伴熱措施。

三、夾套伴熱

裝置的伴熱形式主要有電伴熱、蒸汽夾套伴熱、蒸汽伴管伴熱及熱水伴熱。硫黃具有凝點高的特性，當溫度低于121°C時，會發生液態變成固態的相變；當溫度在130～160°C時，黏度最小，便于輸送；硫黃尾氣處理的過程氣，其露點溫度在130°C左右。根據《石油化工管道伴管和夾套管設計規范》（SH/T3040）規定，為防止液硫管道由于溫度下降而凝固，并保持較好的流動性；或避免過程氣有硫結晶析出，裝置內液硫管道及過程氣管道均應采用蒸汽夾套伴熱的方式。電伴熱裝置具有安全可靠、施工簡便、日常維護簡單等特點，但一次性投資較高，而且為了充分利用硫黃裝置自產的0.3 MPa飽和蒸汽，一般采用蒸汽夾套伴熱，夾套管內管及外管采用碳鋼即可滿足要求。

夾套管伴熱有內管焊縫隱蔽型和內管焊縫外露型2種。根據《石油化工管道伴管和夾套管設計規范》（SH/T3040）要求，當介質凝固點大于100°C時，除輸送有毒介質外，夾套管應采用內管焊縫隱蔽型，液硫管道正好符合此項要求。對于過程氣，由于含有H2S，SO2，CO等有毒氣體，而且溫度一般在170～270°C，即使有局部熱損失也不至于低于硫蒸氣露點溫度，不會產生結露；并且過程氣的管徑較大，溫度較高，管系特別是在彎頭和分支處應力較大，外露型的管系柔性好，不僅易于管道熱補償，還便于施工，因此過程氣夾套伴熱管應采用內管焊縫外露型。夾套管敷設，供氣，排凝應符合下列要求：一是夾套管應有I≮2%的坡向，且應與介質流向一致。二是夾套管應高點供汽，低點疏水。所有的蒸汽應由夾套上部引入，凝結水由套管底部引出，供汽管和排凝管分設切斷閥。液硫夾套管若采用四通形式豎直安裝時，需要在每個低點設排凝，如圖2所示。三是夾套管管段間連接的水平跨線宜用法蘭連接，在夾套管底部切線方向進出，夾套閥門也要用跨線串接。四是為防止內外管的偏心，在內管側安裝導向定位板，定位板材質與內管材質相同。在安裝定位板時，應根據夾套管組合的不同尺寸確定其間距，同時定位板的安裝方位不可影響內管熱位移。定位板間距按表1取值。

圖 2 液硫夾套管安裝

表1 定位板間距

四、結論

綜上，硫黃回收裝置因其介質腐蝕性強，易堵塞的特性，要求設計人員在設計時要考慮全面，優化設備平面布置，合理布置管道走向，做到經濟、美觀、安全可靠，以滿足正常生產需要，提高裝置的使用壽命。