酸性氣火炬筒結(jié)晶堵塞的分析與改進(jìn)探討

張世東++牛闖++周世昌

摘 要：本文通過(guò)對(duì)某石化企業(yè)酸性氣火炬筒體結(jié)晶的原因進(jìn)行分析，闡明氨鹽結(jié)晶對(duì)酸性氣火炬運(yùn)行的危害，并對(duì)此提出改進(jìn)方法，以避免類似情況再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：酸性氣火炬筒；結(jié)晶；堵塞；原因；探討

中圖分類號(hào)：TQ519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.概述

某北方大型煉油廠冬季開(kāi)工投產(chǎn)，但由于硫磺回收裝置沒(méi)能同步開(kāi)工，上游聯(lián)合裝置塔頂產(chǎn)生的酸性氣體無(wú)法送至硫磺回收裝置進(jìn)行處理，只能全部排向酸性氣火炬系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)害化燃燒處理。

該酸性氣火炬選擇DN300，150m可拆卸火炬，距廠區(qū)3km，主要處理工廠開(kāi)車，停車以及緊急事故情況下排放的酸性氣。開(kāi)工初期，酸性氣火炬系統(tǒng)運(yùn)行正常，但3個(gè)月后發(fā)現(xiàn)酸性氣火炬排放不暢，管路有憋壓現(xiàn)象。盡管之后使用熱水，蒸汽對(duì)酸性氣火炬系統(tǒng)進(jìn)行加熱、沖洗處理，但最終被迫停用。后對(duì)酸性氣火炬拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)在該火炬筒3～4節(jié)（約21m～28m）之間，存在大量結(jié)晶物質(zhì)，如圖1所示，長(zhǎng)度在4m左右。

2.酸性氣火炬筒結(jié)晶堵塞的分析

酸性氣成分主要有：硫化氫（H2S）占體積的45%～52%；二氧化碳（CO2）占體積的40%～45%；氨氣（NH3）含量400mg/m3～2000mg/m3；其他的二氧化硫SO2、烴類等占體積的2%～4%。在酸性氣體到達(dá)酸性氣水封罐時(shí)，遇水發(fā)生如下反應(yīng)：

NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-；NH3+CO2+H2ONH4HCO3

而硫化氫和氨會(huì)直接生成硫氫化氨：NH3+H2SNH4HS

在以上反應(yīng)中，溫度的高低起著關(guān)鍵作用：溫度升高時(shí)，化學(xué)平衡向生成游離的氨、硫化氫方向移動(dòng)，氨和硫化氫的游離的分子增多，并從液相轉(zhuǎn)入氣相析出；而溫度降低時(shí)，化學(xué)平衡則向生成碳酸氫銨（NH4HCO3）和硫氫化銨（NH4HS）的方向移動(dòng)，溫度降低，碳酸氫銨和硫氫化銨的溶解度降低，達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，則以結(jié)晶形式從溶液中析出。

當(dāng)酸性氣體到達(dá)酸性氣水封罐時(shí)，盡管一部分溶于水，形成酸性水，但大部分沿酸性氣火炬筒上升，達(dá)到火炬頂部，由于酸性氣火炬筒體無(wú)伴熱，在酸性氣沿火炬筒上升的過(guò)程中，溫度降低，碳酸氫銨和硫氫化銨結(jié)晶析出，并附著在管道內(nèi)壁，由于沒(méi)有有效的增溫分解手段，結(jié)晶析出后不斷積聚，久而久之形成“栓塞”，影響管道正常使用。

3.酸性氣火炬系統(tǒng)改進(jìn)探討

3.1 酸性氣火炬筒增加伴熱及保溫

碳酸氫銨和硫氫化銨結(jié)晶熱穩(wěn)定性差，當(dāng)加熱到65℃～80℃以上時(shí)，便開(kāi)始分解，NH3、CO2和H2S。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，通常將提高酸性氣管道伴熱效果作為降低管道結(jié)晶影響的關(guān)鍵突破口，并取得了較好的效果。但對(duì)于沒(méi)有保溫和伴熱的酸性火炬筒而言，情況則發(fā)生了改變：65℃～80℃的酸性氣經(jīng)過(guò)管道到達(dá)酸性氣火炬分液罐、水封罐，盡管一部分酸性氣溶于水，變?yōu)樗嵝运渌麆t經(jīng)水封罐進(jìn)入酸性氣火炬，在此過(guò)程中，水封罐內(nèi)的水在高溫酸性氣的攜帶下進(jìn)入火炬筒，并發(fā)生如上述反應(yīng)。由于火炬筒無(wú)保溫伴熱，溫度降低時(shí)，生成碳酸氫銨（NH4HCO3）和硫氫化銨（NH4HS），并達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，析出結(jié)晶附著在管壁，并不斷積累，直至徹底堵死。

但使用恒溫電伴熱在火炬筒體泄漏時(shí)危險(xiǎn)性很大；而采用蒸汽夾套式伴熱或伴熱線，需要改變火炬的材質(zhì)或結(jié)構(gòu)，這需要大量的、甚至對(duì)火炬的本體進(jìn)行改造。而這種改造，對(duì)火炬筒體的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的影響是巨大的。如果在酸性氣火炬建設(shè)之初進(jìn)行充分考慮，無(wú)疑是最好的選擇。

3.2 堿液吸收法

3.2.1 化學(xué)機(jī)理

通常，硫化氫在水中的溶解度是48∶1，即一體積的水可以溶解48體積的硫化氫，如果在堿液里面，會(huì)溶解得更多。而氨氣極易溶于水，溶解度700∶1，即一體積的水可以溶解700體積的氨氣，H2S、硫氫化銨、碳酸氫銨與堿液，如NaOH溶液的反應(yīng)過(guò)程：

由以上的化學(xué)反應(yīng)不難看出，酸性氣中的硫化氫以及在排放過(guò)程中產(chǎn)生的銨鹽，在堿洗過(guò)程中可以得到較好的處置，進(jìn)而降低了在火炬筒體產(chǎn)生結(jié)晶的可能性。

3.2.2 酸性氣火炬分液罐、水封罐改造

考慮將在用的酸性氣火炬分液罐、水封罐進(jìn)行如下改造：

（1）將分液罐、水封罐容量增大，利于對(duì)酸性氣種成分的處理與吸收。

（2）將分液罐作為酸性氣堿洗罐，用以處置酸性氣中的硫化氫以及在排放過(guò)程中產(chǎn)生的銨鹽；而堿洗過(guò)程中溢出的氨氣，可由水封罐進(jìn)行進(jìn)一步地吸收處理。

（3）現(xiàn)場(chǎng)增加一臺(tái)臥式儲(chǔ)罐，用以配置堿液，定期向堿洗罐供給堿液。

（4）保留酸性水工藝，定期對(duì)分液罐內(nèi)NaHS含量進(jìn)行分析，確定堿洗罐堿液置換周期。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析酸性氣火炬筒體結(jié)晶的原因，提出酸性氣火炬分液罐、水封罐改造的設(shè)想，不足之處希望業(yè)內(nèi)同仁予以指正。

參考文獻(xiàn)

[1]韓大江，王金華，侯芬芬.淺談酸性氣火炬線在系統(tǒng)管廊中的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)題與質(zhì)量，2013（4）：28.