液硫壓力測(cè)量的分析及改進(jìn)

周明星

（江蘇金路化工有限公司，江蘇徐州 221400）

液硫作為原料，在投料管線上的壓力是非常重要的參數(shù)，系統(tǒng)中配比的物料、進(jìn)反應(yīng)器的阻力的聯(lián)鎖保護(hù)條件均與之直接關(guān)聯(lián)，因此液硫壓力測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性決定投硫系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行，也影響著企業(yè)的安全生產(chǎn)，同時(shí)可以為企業(yè)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。為有效避免這一問(wèn)題的發(fā)生，本文就壓力測(cè)量失效的原因進(jìn)行分析：

目前，大多數(shù)投硫系統(tǒng)采用的是硫磺—天然氣高溫反應(yīng)技術(shù)，其中反應(yīng)爐是進(jìn)行反應(yīng)的主要設(shè)備，反應(yīng)爐的硫磺進(jìn)爐阻力對(duì)投硫系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行有著極其重要的作用，但由于液體硫磺的特殊性，無(wú)法穩(wěn)定長(zhǎng)周期的使用當(dāng)前主流的壓力表進(jìn)行測(cè)量。目前我國(guó)采用的遠(yuǎn)傳膜盒壓力表價(jià)格近5000元，現(xiàn)場(chǎng)的膜盒壓力表價(jià)格也超出1000元，價(jià)格較高，若是從國(guó)外進(jìn)口，則價(jià)格更高，所以對(duì)液硫壓力的測(cè)量研究就顯得很有必要。

1 液體硫磺工況的概況

硫磺不溶于水，微溶于乙醇、醚，易溶于二硫化碳，是一種物理性質(zhì)隨溫度而顯著變化的元素。硫磺在常溫下是固體，密度在2.1g/cm3，熔點(diǎn)在119℃，沸點(diǎn)在444.6℃，我們使用的硫磺種類(lèi)是單斜硫又稱(chēng)β-硫。斜方硫和單斜硫都是由S8環(huán)狀分子組成，液態(tài)時(shí)為鏈狀分子組成，一般液硫的溫度在119～155℃時(shí)，其流動(dòng)性隨著溫度的升高而增強(qiáng)，當(dāng)溫度達(dá)到155～180℃時(shí)。此時(shí)液硫會(huì)通過(guò)八原子硫環(huán)的互連而形成長(zhǎng)鏈硫分子，黏度隨之急劇增加，考慮到最優(yōu)的能耗平衡，在132～158℃時(shí)黏度最小，利于液硫的輸送。根據(jù)液體硫磺的這一特性為了使之保持較好的流動(dòng)性，以利于生產(chǎn)過(guò)程液硫的輸送，同時(shí)為了降低輸送的功率消耗，這些控制的依據(jù)根據(jù)圖1的硫磺黏度與溫度的關(guān)系而制定。

圖1 硫磺黏度與溫度的關(guān)系

液體硫磺通常在145～155℃下由管道輸送。管道伴熱系統(tǒng)將整個(gè)管長(zhǎng)內(nèi)的液硫平均溫度保持在140～155℃。硫磺的最低輸送溫度要求為122～125℃，因此在正常操作期間有18～30℃的安全裕量。

2 測(cè)量液硫壓力表的故障原因

1）目前國(guó)內(nèi)采用最多的測(cè)量?jī)x表是膜盒壓力表，因?yàn)檩斔凸芫€上的壓力計(jì)屬于伴熱末端，若工藝伴熱蒸汽壓力下降，溫度降低到硫磺的融化點(diǎn)以下，液硫?qū)⒗淠龤埩粼谀ず猩希瑢?dǎo)致膜盒永久變形失去彈性甚至導(dǎo)致膜盒漏油。

2）膜片的厚度只有0.2～0.5mm，液硫泵的出口壓力表在的脈動(dòng)作用下以及液硫，亞硫酸等物質(zhì)具有很強(qiáng)的腐蝕性，液硫及亞硫酸，碳粉等會(huì)慢慢附著在膜盒表面，從而導(dǎo)致膜盒點(diǎn)狀腐蝕，緩沖液流失，使測(cè)量數(shù)據(jù)失真。

3）泵出口憋壓，導(dǎo)致出口壓力過(guò)高，擊穿隔膜的膜盒導(dǎo)致膜盒漏油損壞。

4）泵的啟停、開(kāi)停工也會(huì)導(dǎo)致硫磺的冷凝以至于損壞膜盒壓力表。因此，膜盒壓力表也無(wú)法適應(yīng)系統(tǒng)開(kāi)停工的影響。

3 解決的方案

因?yàn)橐毫虻奶匦裕约盀闈M足輸送液硫壓力在2.5～3.3MPa，溫度135～150℃的寬尺度工況情況下使用，首先想到的是利用非接觸式測(cè)量。

3.1 液硫管道設(shè)計(jì)的壓力測(cè)量方案

液體硫的密度見(jiàn)表1。

表1 液體硫的密度

液硫溫度135～150℃，查表1得出液體硫磺的密度一般在1792.3～1779.7kg/m3。因?yàn)橐毫蛟?19℃就會(huì)凝固，輸送液硫壓力在2.5～3.3MPa，溫度在135～150℃，所以在壓力表選型設(shè)計(jì)安裝時(shí)，應(yīng)考慮到液硫的密度較大，黏度較高，壓力高，容易與儀表部件粘連，所以首先排除了吹氣式壓力表的選型安裝方案。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)常用的液硫泵出口及管線的壓力測(cè)量?jī)x表大多選用隔離液測(cè)量法和隔膜壓力表測(cè)量法，目前只有隔膜壓力表測(cè)量法能用時(shí)間在3個(gè)月以上。所以本次實(shí)驗(yàn)是隔離傳壓測(cè)量的改進(jìn)與應(yīng)用。

3.2 設(shè)計(jì)考慮因素

隔離測(cè)量的要素有三點(diǎn)：①保證液硫不凝固②液硫不接觸壓力表；③隔離介質(zhì)和液硫不反應(yīng)，且具有耐高溫、較好的安定性、黏度高以及密度區(qū)別于液硫。

3.3 隔離液的選定

有鑒于正常隔離液會(huì)冷卻液硫?qū)е聼o(wú)法測(cè)量，現(xiàn)經(jīng)多次長(zhǎng)久實(shí)驗(yàn)利用潤(rùn)滑脂固有的特性作為隔離介質(zhì)。通過(guò)查閱比對(duì)發(fā)現(xiàn)白色全氟聚醚潤(rùn)滑脂專(zhuān)用于高溫、高負(fù)載、化學(xué)腐蝕環(huán)境中的使用，具有極佳的化學(xué)惰性、耐久性和低揮發(fā)性。適用溫度范圍：-50～280℃，在25℃，0.1mm時(shí)，錐入度為270，適合作為隔離介質(zhì)。因改變了壓力表結(jié)構(gòu)形式，形成液硫與潤(rùn)滑脂直接接觸，為避免出現(xiàn)有異常情況發(fā)生，查閱了相關(guān)潤(rùn)滑油MSDS資料，并針對(duì)結(jié)構(gòu)形式可能出現(xiàn)的問(wèn)題，做了一系列實(shí)驗(yàn)和采取了相關(guān)措施：

為防止有異常情況，將潤(rùn)滑脂與液硫在200℃的溫度下進(jìn)行加熱試驗(yàn)，潤(rùn)滑脂未出現(xiàn)分解或其他異常現(xiàn)象；而且考慮到潤(rùn)滑脂與液硫是直接接觸，為防止因設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑脂滑落至液硫內(nèi)，將冷凝圈注滿潤(rùn)滑脂，并實(shí)驗(yàn)其黏性，30min內(nèi)沒(méi)有滑落現(xiàn)象；且冷凝圈內(nèi)容積較小（100mL），此劑量的潤(rùn)滑脂如混入液硫進(jìn)入反應(yīng)爐內(nèi)，不會(huì)影響整個(gè)反應(yīng)過(guò)程和生產(chǎn)工藝。

3.4 安裝操作

建議安裝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

（1）根部閥門(mén)為蒸汽保溫球閥DN25/50PN63，1是DN50PN63法蘭DN50PN63（法蘭標(biāo)準(zhǔn)按照HG20592標(biāo)準(zhǔn)）

（2）1是對(duì)焊異徑接頭DN50-φ14

（3）2是φ14對(duì)焊等徑三通DN10PN63截止閥

（4）3是DN10PN63截止閥

（5）4是冷凝圈φ14*3L=650

（6）5和6分別是對(duì)焊式壓力表接頭 M20*1.5/φ14 PN63及墊片

3.5 操作的要點(diǎn)

關(guān)閉保溫球閥，拆除壓力表，松開(kāi)1連接閥門(mén)的法蘭，能夠使油脂排出空氣減少測(cè)量的誤差，使用加油槍通過(guò)3加潤(rùn)滑脂。直至油脂冒出。填充滿測(cè)量管路。上緊1法蘭、安裝好壓力表、關(guān)閉3截止閥。開(kāi)啟保溫球閥。

4 結(jié)論

此測(cè)量結(jié)構(gòu)已經(jīng)實(shí)際長(zhǎng)周期應(yīng)用，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。不僅能對(duì)正常運(yùn)行期間液硫管道的壓力進(jìn)行長(zhǎng)周期實(shí)時(shí)識(shí)別，而且極大增強(qiáng)了試車(chē)和開(kāi)車(chē)階段的故障排除能力，從經(jīng)濟(jì)上、安全上、維修量上得到了顯著效果。