淺談硫磺回收裝置的平面布置和管道設(shè)計(jì)

王懷廷

摘要：經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，隨著國(guó)內(nèi)煉廠原油加工量的擴(kuò)大及加工進(jìn)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(huán)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(huì)被迫停工或減產(chǎn)，造成工廠不應(yīng)有的損失。同時(shí)，鑒于硫黃回收裝置規(guī)模大，原料來(lái)源多，組分復(fù)雜，波動(dòng)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(yùn)行可靠性和延長(zhǎng)裝置的開(kāi)工周期是非常重要的。

關(guān)鍵詞：硫磺回收;平面布置;夾套管伴熱

引言

近年來(lái)，隨著世界石油資源趨于重質(zhì)化和劣質(zhì)化，原油中硫含量不斷增加，高含硫原油中的硫化物在加工過(guò)程中轉(zhuǎn)化為H2S和SO2等有害物質(zhì)，而H2S對(duì)設(shè)備、管線腐蝕嚴(yán)重，同時(shí)會(huì)污染環(huán)境，因此，硫磺回收工藝越來(lái)越受到重視。硫磺回收裝置的原料主要是來(lái)自上游生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的酸性氣，經(jīng)克勞斯（Claus）硫磺回收工藝生成液硫，由于其凝點(diǎn)較高容易因溫度下降而凝結(jié)，會(huì)造成設(shè)備及管道堵塞。

1 平面布置

目前，我國(guó)的綜合國(guó)力在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，首先要根據(jù)工藝流程確定各單元的相對(duì)位置。按《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求確定設(shè)備間距，同時(shí)要留有操作、檢修、吊裝所需的場(chǎng)地和通道。采用流程式布置，為防止堵塞、控制溫降、壓降等問(wèn)題，工藝要求設(shè)備相對(duì)集中。采用多層構(gòu)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(shè)備有：酸性氣燃燒爐，一級(jí)反應(yīng)器，二級(jí)反應(yīng)器，加氫反應(yīng)器，一、二、三級(jí)冷凝冷卻器，硫池，尾氣焚燒爐和煙囪。根據(jù)工藝流程，構(gòu)架設(shè)3層，反應(yīng)器放在構(gòu)架最上層，一、二、三級(jí)冷凝冷卻器放在構(gòu)架二層，酸性氣燃燒爐放在構(gòu)架地面上。依據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2008）中的規(guī)定，尾氣焚燒爐（明火設(shè)備）宜布置在裝置邊緣、靠近消防通道，且位于可燃?xì)怏w、液化烴、甲B類液體設(shè)備的全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)，同時(shí)與控制室、壓縮機(jī)廠房等其他工藝設(shè)備保持嚴(yán)格的防火間距，爐子所需的風(fēng)機(jī)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6m，通常分液罐放在裝置的管橋一側(cè)，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(jīng)過(guò)焚燒后的煙氣中SO2含量很低，但為了安全起見(jiàn)，煙囪還是要布置在人員集中場(chǎng)所、明火或散發(fā)火花地點(diǎn)的全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，要根據(jù)裝置所在區(qū)域風(fēng)向來(lái)確定具體方位。硫黃倉(cāng)庫(kù)間是液硫成型、包裝、存放的場(chǎng)所，屬于丙類倉(cāng)庫(kù)，其與其他建筑、明火或散發(fā)火花地點(diǎn)等防火間距必須符合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2006）第3.5條的規(guī)定，距明火設(shè)備至少15m。倉(cāng)庫(kù)的大小要考慮硫黃日產(chǎn)量、存放時(shí)間和叉車運(yùn)輸?shù)确矫嬉蛩亍Ａ虺尚颓把b置內(nèi)產(chǎn)生的所有的液硫都要流進(jìn)硫池，再由泵將液硫抽出送至成型造粒機(jī)。由于液硫黏稠、易凝固的特性，要求硫池與所有產(chǎn)硫設(shè)備及成型造粒機(jī)之間連接的管道盡可能短一些，一般硫池設(shè)在構(gòu)架邊，且距倉(cāng)庫(kù)盡量近，以保證進(jìn)硫池的管道長(zhǎng)度短且少拐彎（液硫靠自流進(jìn)硫池，壓力小、易凝固）。

2 管道設(shè)計(jì)

根據(jù)硫磺的性質(zhì)，為了防止液硫凝固，保持液硫管道具有良好的流動(dòng)性，因此需要采用伴熱較為均勻的蒸汽夾套管伴熱的方式伴熱，可以充分利用硫磺回收裝置自產(chǎn)的170℃左右、0.35MPa低壓蒸汽。對(duì)于過(guò)程氣，溫度一般在170～400℃，即使有局部熱損失也不會(huì)低于硫蒸汽露點(diǎn)溫度（130℃）而結(jié)晶堵塞管道，過(guò)程氣管道不再采用夾套和蒸汽伴熱。此外，為了防止尾氣管道中硫結(jié)晶，設(shè)計(jì)中采用1.0MPa蒸汽伴管伴熱。1）夾套管的組合尺寸和連接形式夾套管管道、閥門、管件應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度和介質(zhì)性質(zhì)等設(shè)計(jì)條件確定，一般夾套內(nèi)管選擇用無(wú)縫鋼管，外管可采用無(wú)縫鋼管或焊接鋼管，除非有特殊規(guī)定外，外管尺寸一般比內(nèi)管大一級(jí)或兩級(jí)。內(nèi)管和套管的連接型式有內(nèi)管焊縫隱蔽型（全夾套）和內(nèi)管焊縫外露型（半夾套）兩種，根據(jù)《石油化工管道伴管和夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T3040-2012規(guī)范要求，當(dāng)介質(zhì)凝固點(diǎn)高于100℃時(shí)，應(yīng)選用內(nèi)管焊縫隱蔽型夾套管，管道上的閥門、法蘭、過(guò)濾器等應(yīng)為夾套型。法蘭式夾套管用于內(nèi)管焊接隱蔽型時(shí)，有以下三種連接類型。（1）對(duì)焊式法蘭外管焊接為環(huán)焊縫，可以進(jìn)行射線探傷檢測(cè)，焊縫強(qiáng)度較好;（2）不銹鋼襯墊承插式法蘭制造簡(jiǎn)單，施工方便，但由于其與管道焊接為角焊縫，無(wú)法進(jìn)行射線探傷檢測(cè)，而且無(wú)法保證焊接強(qiáng)度，不適于溫度壓力高，口徑大的管道;（3）平焊式法蘭傳熱效果好，而且受熱均勻。2）夾套管伴熱系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)根據(jù)SH/T3040-2012規(guī)范，夾套管伴熱系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)要求。（1）在硫磺裝置中夾套管水平敷設(shè)有2%的坡度要求，且套管內(nèi)介質(zhì)流向應(yīng)與坡度保持一致;（2）夾套管的布置應(yīng)避免死角或“U”形彎，當(dāng)不可避免時(shí)，宜在其低點(diǎn)處設(shè)排凝口;（3）每節(jié)夾套管的長(zhǎng)度取決于管道布置方案，并受內(nèi)管與套管熱膨脹量差的影響，為了減小分節(jié)式夾套管應(yīng)力可以選用伴熱介質(zhì)溫度與被伴熱介質(zhì)溫度接近，內(nèi)外管溫差一般取10℃。同時(shí)縮短夾套管段長(zhǎng)度，每節(jié)夾套管的長(zhǎng)度6m內(nèi);每節(jié)夾套管之間的蒸汽管宜采用跨接管串接，跨接管宜法蘭連接并應(yīng)防止積液和堵塞，同時(shí)考慮其安裝和檢修空間，跨接管低點(diǎn)是否設(shè)排凝口可酌情確定。（4）在硫磺裝置中閥門也采用夾套伴熱，夾套閥門包括：夾套球閥、蝶閥、閘閥和旋塞閥，目前裝置中多采用夾套球閥并采用全通經(jīng)設(shè)計(jì)。（5）為了便于安裝、檢修，一般用夾套四通代替夾套三通、夾套彎頭。（6）除管道布置結(jié)構(gòu)限制外，夾套管焊縫位置應(yīng)滿足一下四點(diǎn)要求：①夾套管直管段焊縫間距應(yīng)滿足內(nèi)管不小于200mm，外管不小于100mm;②環(huán)向焊縫距管架不應(yīng)小于100mm，且不得留在過(guò)墻或樓板處;③內(nèi)管焊縫上不得開(kāi)孔或連接支管段;④水平管道套管剖切的縱向焊縫，應(yīng)置于易檢修的部位。（7）夾套管的內(nèi)管和套管之間應(yīng)采用定位板定位，定位板與內(nèi)管材質(zhì)一致，并焊接在內(nèi)管外壁上，定位板與套管內(nèi)壁間隙為1～1.5mm，定位板的安裝方位不能影響環(huán)隙介質(zhì)的流動(dòng)和內(nèi)管熱位移。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，硫黃回收裝置因其介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，易堵塞的特性，要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮全面，優(yōu)化設(shè)備平面布置，合理布置管道走向，做到經(jīng)濟(jì)、美觀、安全可靠，以滿足正常生產(chǎn)需要，提高裝置的使用壽命。

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