硫磺回收裝置常見問題與解決對策

夏曉濤(中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司，廣東 揭陽 515200)

0 引言

石油化工企業(yè)中硫磺回收的工藝主要為氧基硫硫磺回收工藝以及亞露點硫磺回收工藝。氧基硫硫磺回收工藝技術(shù)中回收主要是通過酸性氣體處理冰冷低溫的甲醛來回收二氧化硫中的硫元素以及作為單獨質(zhì)子的硫元素，氧基硫硫磺回收技術(shù)主要分為分流法、燃硫法和部分燃燒法三大類。氧基硫硫磺回收的基本過程表現(xiàn)為，首先使二氧化氫與氧氣相互作用產(chǎn)生二氧化硫，然后對硫化氫與二氧化硫進(jìn)行催化，使他們相互作用產(chǎn)生克勞斯反應(yīng)，最終達(dá)到回收硫磺的目的。亞露點硫磺回收工藝技術(shù)也是目前市場上應(yīng)用較為廣泛的回收技術(shù)之一，其應(yīng)用率僅次于氧基硫硫磺回收工藝，主要適用于天然氣及尾氣中的硫磺回收。當(dāng)氣溫低于硫磺露點時，各種元素在催化劑的作用下發(fā)生克勞斯化學(xué)反應(yīng)而作用于酸性氣體，此即為露點硫磺回收工藝技術(shù)的關(guān)鍵所在，因此此種技術(shù)又被成為低溫克勞斯工藝。石油企業(yè)的硫磺回收裝置通常由CLAUS系統(tǒng)、液硫脫氣系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)和公用系統(tǒng)構(gòu)成，在長期的使用過程中會因各種原因造成硫磺回收裝置出現(xiàn)一些常見問題，嚴(yán)重時會導(dǎo)致其符合降低到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的30%，這種低負(fù)荷運行狀態(tài)對于石油企業(yè)的生產(chǎn)效率有著十分不利的影響。為此針對硫磺回收裝置低負(fù)荷運行的問題進(jìn)行分析和研究是十分必要且十分重要的。[1]

1 制硫燃燒爐后溫度偏高的問題與解決對策

在硫磺回收裝置中，引發(fā)制硫燃燒爐后溫度偏高的因素是非常多的，第一，制硫爐的如果運行時間過長，那么又非常大的可能會使?fàn)t后管線出現(xiàn)積硫問題；第二，燃燒爐汽包對于污染物的排放不及時，長時間如此導(dǎo)致汽包出現(xiàn)結(jié)垢問題，繼而引發(fā)汽包熱效率出現(xiàn)下降，最終致使其發(fā)生溫度偏高問題，且汽包的產(chǎn)氣量會緩慢下降。[2]第三，原油含硫量的不斷上升以及汽包壓力變大都會引發(fā)制硫燃燒爐后溫度偏高問題的出現(xiàn)。

制硫燃燒爐運行中，一旦發(fā)生溫度偏高問題，那么將會對硫磺單元的負(fù)荷直接造成影響，所以實際生產(chǎn)匯總制硫燃燒爐的蒸汽在進(jìn)入硫冷器時，其溫度應(yīng)該保持在合適的范圍內(nèi)。某煉油廠的硫磺回收裝置，由于其運行過程中對于進(jìn)入硫冷器的蒸汽溫度控制出現(xiàn)問題，導(dǎo)致其制硫燃燒爐后溫度發(fā)生偏高現(xiàn)象，最終引發(fā)了硫冷器的內(nèi)漏，對整個生產(chǎn)線的正常運行造成了較大的影響。

解決對策如下：在硫磺回收裝置制硫燃燒爐實際運行中，為了避免其發(fā)生溫度偏高問題，可以選擇使用下面一些措施：第一，對爐后容易發(fā)生積硫問題的管線部位，在日常維護(hù)掛歷中要加強(qiáng)對其進(jìn)行檢修，保證其排硫通暢。另外，需要注意的是，如果發(fā)生停工，那么不斷停工時間多久，停工之后都需要把制硫燃燒爐的后排污打開，以便于將管線內(nèi)的積硫全部排空；第二，要重視對汽包排污的重視程度，如果發(fā)生汽包發(fā)生堵塞或者結(jié)構(gòu)，要及時進(jìn)行處理；第三，工作人員要對原油中的硫含量進(jìn)行較好的控制，盡可能的避免原油中硫含量過高，確保原油硫含量處于設(shè)備的處理范圍之內(nèi)；第四，在確保汽包壓力能夠滿足化工生產(chǎn)實際需求的前提下，應(yīng)該盡可能的使汽包壓力降低，從而避免設(shè)備長時間發(fā)生超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。

2 酸性氣含烴超標(biāo)問題與解決對策

硫磺回收裝置中硫化氫和二氧化硫的比值滿足設(shè)計要求時才能確保Claus反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)。而硫化氫和二氧化硫的比值需要通過配風(fēng)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。如果硫磺回收裝置在低負(fù)荷工況下運行，酸性氣體量較少，助燃空氣的量也隨之減少，當(dāng)酸性氣體量發(fā)生較大的波動時，風(fēng)量的波動性也會加劇，這樣就給配風(fēng)調(diào)節(jié)加大了難度。配風(fēng)調(diào)節(jié)難度的增大不僅會造成硫的回收效率降低，而且還會造成反應(yīng)器內(nèi)的催化劑極易因積硫自燃而失效。此外，硫磺回收裝置低負(fù)荷運行還會引起反應(yīng)器入口溫度波動性大，由于溫度難以控制造成系統(tǒng)裝置內(nèi)部反應(yīng)效率降低，硫磺冷凝大量堵塞裝置管路，造成內(nèi)部積硫的問題。

解決的對策如下：在硫磺回收裝置低負(fù)荷運行時，工作人員可根據(jù)原料中酸性氣體的組分來對配風(fēng)量進(jìn)行及時調(diào)整。對于催化劑因積硫自燃失效的問題，可以從控制和調(diào)整副風(fēng)量來改善，同時結(jié)合尾氣分析裝置進(jìn)行實時檢測，確保硫化氫和二氧化硫的氣量比值維持在合理的設(shè)計范圍內(nèi)，結(jié)合實際經(jīng)驗，當(dāng)2倍的硫化氫氣量與1倍的二氧化硫氣量比值在0～0.5范圍內(nèi)時，對防止催化劑積硫自燃具有較好的效果，在這一參數(shù)范圍運行狀態(tài)下，硫的回收率較高。對于原料酸性氣體波動頻率較大，造成配風(fēng)流量調(diào)節(jié)困難的情況，工作人員可以在裝置低負(fù)荷運行時檢查風(fēng)量控制的閥門啟閉形式，將風(fēng)量控制閥門由自動控制轉(zhuǎn)為手動控制形式，通過主風(fēng)流量閥門固定再微調(diào)副風(fēng)控制閥門，這樣可以有效提高配風(fēng)量的調(diào)節(jié)控制效率。針對反應(yīng)器入口溫度低的問題，工作人員可以調(diào)整中壓設(shè)備的蒸氣壓力，通過中壓壓力提高來促使中壓蒸氣溫度上升，以此來改變反應(yīng)器入口溫度，使溫度提升到設(shè)計范圍內(nèi)。針對催化劑容易積硫自燃的問題，工作人員可以通過反應(yīng)器入口溫度以及催化劑床層底部溫度二者之間的差值來間接判斷催化劑的反應(yīng)效率，如果上述二者之間的溫度差值較小，可以適當(dāng)提高反應(yīng)器入口溫度，盡可能避免催化劑發(fā)生嚴(yán)重的積硫現(xiàn)象，減少對反應(yīng)效率的不利影響。

3 系統(tǒng)壓降升高問題與解決對策

硫磺回收裝置通常由廢鍋、硫冷器、補(bǔ)集網(wǎng)、填料塔、轉(zhuǎn)化器、反應(yīng)器以及液硫系統(tǒng)等部位所共同組成。在其長時間運行中，假如某部位發(fā)生率積硫、積碳以及結(jié)鹽等問題，那么可能會引發(fā)硫磺回收裝置壓降升高，最終對裝置的正常生產(chǎn)造成不利影響。

硫磺回收裝置運行中，當(dāng)整個系統(tǒng)中的壓降升高到一定的程度后，就會對整個裝置的正常運行造成不利影響：第一，酸性氣體進(jìn)入系統(tǒng)出現(xiàn)困難后，整個裝置對于酸性氣體的處理量必然會降低，上游裝置會發(fā)生后路憋壓，對生產(chǎn)造成不利影響；第二，風(fēng)進(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)困難，風(fēng)機(jī)憋壓，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致硫磺回收裝置發(fā)生連鎖停機(jī)；第三，系統(tǒng)壓降升高，如果非常嚴(yán)重，那么可能會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)硫化氫氣體倒串事故，非常容易引發(fā)危險。如某煉油廠的硫磺回收裝置運行中，由于燃燒爐后管線積硫引發(fā)系統(tǒng)壓降升高，整個生產(chǎn)過程被迫中斷對其進(jìn)行處理，嚴(yán)重?fù)p害了企業(yè)既濟(jì)效益。

工作人員在對硫磺回收裝置是否存在壓降升高進(jìn)行判斷時，可以從以下幾方面進(jìn)行重點關(guān)注：第一，如果系統(tǒng)的進(jìn)料保持不變，那么系統(tǒng)的壓降也基本保持不變；假如進(jìn)料增加，那么系統(tǒng)的壓降也會隨之提升，但是這種壓降升高狀況屬于正常現(xiàn)象；假如在進(jìn)料不變的狀況下發(fā)生壓降逐漸升高現(xiàn)象，那么工作人員就需要查找發(fā)生這種現(xiàn)象的原因并采取有效措施進(jìn)行處理。

解決措施如下：

壓力降主要集中在可能存在液硫的部位。正常生產(chǎn)時，各個排污點應(yīng)視生產(chǎn)操作情況定期進(jìn)行排污，以防系統(tǒng)液硫雜物積聚過多造成系統(tǒng)堵塞。系統(tǒng)壓力升高時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)各部位壓力的指示和各排污點排污情況，分析堵塞部位，及時進(jìn)行處理。從根本上解決壓降升高的問題應(yīng)從以下幾方面入手：第一，廢鍋和硫冷器在設(shè)計時要合理選取管內(nèi)流速；第二，制硫供風(fēng)機(jī)選型應(yīng)選高揚程的風(fēng)機(jī)；第三，填料應(yīng)選不易腐蝕、不易聚集沉積物的類型；第四，優(yōu)化操作，嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，防止系統(tǒng)因硫、碳、鹽及泄漏造成的壓降升高；第五，精心操作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓降開始升高時，要認(rèn)真查找原因并及時采取措施；第六，加強(qiáng)夾套伴熱檢查，及時發(fā)現(xiàn)伴熱問題，防止因伴熱不佳引起液硫系統(tǒng)堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)壓降升高。[3]

4 在線儀表故障與解決對策

石油加工生產(chǎn)工藝系統(tǒng)上游裝置中的介質(zhì)發(fā)生流量、溫度、壓力等方面的波動，極容易導(dǎo)致硫磺回收裝置中的介質(zhì)發(fā)生適應(yīng)性波動，而這些波動極容易引發(fā)聯(lián)鎖系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況。在硫磺回收裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)中，絕大部分系統(tǒng)是單點聯(lián)鎖，因而對于裝置儀表運行工況的要求較高，一旦儀表運行狀態(tài)超出了設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，或儀表發(fā)生故障，則很容易引發(fā)聯(lián)鎖系統(tǒng)的誤動作。硫磺回收裝置低負(fù)荷運行更是加劇了聯(lián)鎖系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定性。硫磺回收裝置中的聯(lián)鎖系統(tǒng)很多，均存有生產(chǎn)隱患，其中最易出現(xiàn)問題的聯(lián)鎖系統(tǒng)集中在主燃燒爐停爐、尾氣加熱爐停工、蒸氣過熱器停工。當(dāng)Claus部分的運行負(fù)荷過低時，會導(dǎo)致主燃燒爐的聯(lián)鎖點運行負(fù)荷低于聯(lián)鎖系統(tǒng)的警報值，會引發(fā)聯(lián)鎖系統(tǒng)誤動作。尾氣加熱爐的聯(lián)鎖系統(tǒng)涉及到加氫系統(tǒng)停工聯(lián)鎖、尾氣加熱爐停工聯(lián)鎖以及蒸氣過熱器系統(tǒng)停工聯(lián)鎖。一旦蒸氣過熱器發(fā)生聯(lián)鎖動作，那么就會引發(fā)尾氣加熱爐發(fā)生停工聯(lián)鎖。當(dāng)尾氣處理裝置的運行負(fù)荷過低時，會導(dǎo)致各聯(lián)鎖裝置引發(fā)警報停工動作。

解決的對策如下：對于硫磺回收裝置來說，各子系統(tǒng)的運行負(fù)荷均設(shè)定了較優(yōu)的運行參數(shù)和指標(biāo)，但是當(dāng)硫磺回收裝置運行負(fù)荷較低時，雖然可能超出了設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)運行值，但是裝置仍然維持運行，卻引發(fā)回收裝置系統(tǒng)中的聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)生誤動作。采取的解決方案是盡量保證回收裝置的運行負(fù)荷滿足設(shè)計值或者盡量靠近設(shè)計值，使連鎖點運行負(fù)荷遠(yuǎn)離警報停工的運行負(fù)荷值，這樣就可以避免連鎖系統(tǒng)因硫磺回收裝置的低負(fù)荷運行而引發(fā)誤動作，確保較高的生產(chǎn)效率。

5 設(shè)備腐蝕問題與解決對策

在硫磺回收裝置低負(fù)荷運行中，最易發(fā)生的腐蝕是低溫露點腐蝕，在裝置系統(tǒng)連接管路處、硫冷凝器的出口處、尾氣捕集裝置以及尾氣管線處設(shè)備會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。腐蝕問題不僅會直接縮減設(shè)備或部件的使用壽命，而且會埋下很大的生產(chǎn)隱患，誘發(fā)生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。為了盡量避免露點腐蝕問題的出現(xiàn)，采取如下對策：針對容易發(fā)生露點腐蝕的位置或區(qū)域，采取提高溫度的辦法，通過調(diào)整局部溫度，避免溫度過低來減緩露點腐蝕的反應(yīng)速率。另外，在硫冷凝器內(nèi)部涂設(shè)防腐層，尤其是在冷凝器的出口處，采用耐腐蝕的材料并涂刷防腐涂層，提高設(shè)備的防腐性能，延長材料的使用壽命，延緩腐蝕的進(jìn)程。此外，工作人員還要做好設(shè)備的檢修工作，注意設(shè)備停工時的氮氣保護(hù)，使系統(tǒng)維持在一定正壓力，減少外部水汽或空氣的進(jìn)入，阻斷腐蝕發(fā)生的條件。

6 結(jié)語

總之，石油企業(yè)必須重視生產(chǎn)工序中硫磺回收裝置的運行工況，針對裝置運行的各種問題進(jìn)行分析，采取針對性的改善和解決措施，確保設(shè)備裝置運行狀態(tài)良好，提高生產(chǎn)效率，避免生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。