硫回收裝置危險因素分析及應用

繆云陽

【摘要】用事故樹的分析方法分析了硫回收裝置安全生產中的危險因素。危險因素包括火災或爆炸?；馂闹饕蒀laus反應器內起火、SUPERCLAUS反應器溫度失控、SUPERCLAUS冷凝冷卻器內起火、SUPERCLAUS冷凝冷卻器內起火和液硫池中起火引起。爆炸主要是氫氣濃度達到爆炸極限范圍，發生在燃燒爐的點火過程中，由吹掃不徹底或燃料氣和空氣的配比不當造成。

【關鍵詞】硫回收裝置 危險因素 火災 爆炸

一、背景

某煤制甲醇公司的硫回收裝置是從荷蘭荷豐公司引進的技術，硫磺回收裝置的設計旨在對甲醇生產中來自脫硫脫碳裝置產生的酸氣中的硫進行回收。硫回收單元的設計能力30t/d，硫回收率≥99.1%。其工藝設計基于EUROCLAUS 和SUPERCLAUS工藝，從含H2S的氣流中回收元素硫。此工藝是傳統Claus工藝與JNL工藝的結合，通過選擇性地氧化硫化氫來得到，及減少SO2生成 H2S及硫蒸汽的產生。

二、工藝流程簡述

硫回收裝置的上游有一個甲醇洗滌塔，用來去除進料酸性氣中大部分的甲醇。硫回收裝置超優克勞斯工藝包括一個高溫燃燒反應段，以及隨后的兩個克勞斯催化反應段、一個超優克勞斯反應段和一個超級克勞斯反應段。最后階段的尾氣被輸送到焚燒爐。配有液態硫脫氣設備和存儲3天硫產品的設備。

三、火災及爆炸性數據

H2S與空氣混合物的可燃性的上下限分別為45.5容積%和4.3容積%。當達到與氧的化學計算比時，一旦點燃就會猛烈爆炸。因此當H2S與空氣混合時，有必要對其進行處理，使所有火源，明火，火花以及發熱設備遠離H2S。在空氣中自燃的溫度約為260°C。

液態硫當溫度接近230℃時，液態硫與空氣接觸會發生自燃。必須注意確保液態硫的溫度維持在上述溫度以下。當硫暴露在明火區時也會發生燃燒從而生成SO2。

含硫粉塵如上所述，液態硫的燃點相對較低，為230℃。然而硫塵霧在溫度接近190℃時就會燃燒。

硫化鐵干燥的硫化鐵是腐蝕產物，能產生火花，在環境溫度下就會與空氣發生劇烈反應，是火源。

四、裝置危險因素分析

1.燃燒爐點火的危險性

通過啟動按鈕啟動點火程序。確定氮氣氣流（125 kg/h）的聯鎖跳車設定值以上。5分鐘后，完成吹掃。吹掃完成后，下一步自動開始。插入點火器。檢測到完全插入的點火槍時，點火槍通電，燃料氣氣閥打開。5秒鐘內應實現點火，否則裝置脫扣。

2.燃燒反應的危險性

本裝置采用非滲透氣、酸性氣與氧氣三者混燒，生成單質硫、二氧化硫、二氧化碳和水。燃燒反應的最大特點就是反應劇烈，反應溫度高達1200 ℃，生成大量的液態硫在硫除霧器前聚集，導致反應系統的壓力急劇飆升，硫捕集器硫封破壞，導致液硫從硫捕集器泄露發生著火。

3.Claus 反應器內起火

停車和熱備運轉時，如果向主燃燒器供應太多空氣，就會引起催化劑床層的溫度驟然升高。然后，被吸收到催化劑中的硫會與空氣中的氧氣劇烈反應，引起火災。

4.SUPERCLAUS 反應器溫度失控

SUPERCLAUS反應器如果持續暴露在高H2S濃度（>1.7容積百分比）下幾分鐘甚至更長時間，就會產生溫度失控著火燒毀催化劑。

5.SUPERCLAUS冷凝冷卻器內起火

由于管線堵塞或硫接受管線堵塞，在SUPERCLAUS冷凝冷卻器中會形成液態硫。

6.液硫池中起火

液硫池中的火災通常是由火花或靜電引起，可由液硫池蒸汽空間里的溫度警報進行探測，應通過注入滅火蒸汽撲滅。

五、事故樹的分析與編制

根據硫回收裝置的危險性分析，將火災或爆炸作為頂端事件，按照可能的著火點和氫氣濃度在爆炸極限范圍引起，兩者用"與門連接"與頂端事件連接。著火點主要發生在CLAUS反應器、SUPERCLAUS反應器、SUPERCLAUS反應冷卻器和液流池。氫氣濃度在爆炸極限范圍主要是因為吹掃不徹底、燃燒爐壓力過高和燃料氣空氣配比不當造成。事故樹詳見如圖1.1。

六、結論

由于硫回收裝置具有生產工藝復雜多變，原材料及產品易燃易爆、有毒有害和腐蝕性、生產裝置大型化、過程連續化、自動化等特點，因此在生產過程中存在著潛在的危險因素。這些危險因素在一定條件下會轉變為事故，從而破壞生產并危及人們的生命安全，甚至給環境造成嚴重的污染。所以必須探討和研究各種災害發生的原因，采取相應的措施以防止事故的發生，力求生產過程安全化、高效率化。停車和熱備運轉時，嚴格控制燃燒空氣流量，讓燃料氣稍過量，密切監控Claus 反應器床層溫度。為防止SUPERCLAUS 反應器溫度失控，應增加主燃燒器的氣流，從而減少H2S含量，如果H2S的含量超過了1.7 vol.%應及時作出調整，并密切注意工況。為防止SUPERCLAUS冷凝冷卻器內起火，應經常檢查管道蒸汽伴熱管線，管道溫度低于硫磺的凝固點119℃時，應更換疏水器。

參考文獻：

[1]顧祥柏 編著.石油化工安全分析及應用[C].化學工業出版社工業出版社.2001.9（1）：259～260

[2]《硫回收裝置操作規程》.荷蘭荷豐公司