硫磺回收裝置生產過程中風險控制實踐

＊陳周 王朝廷

（貴州紅星發展股份有限公司 貴州 561201）

硫磺回收設備具有降低硫磺的生產風險，有效地回收了硫磺，擴大了石化企業的經濟效益的作用。但是，硫磺回收裝置的制造當中存在腐蝕、中毒、爆炸等風險因素，極大地危害了硫磺回收裝置的制造當中設備以及人員的安全性。為此，需要基于硫磺回收裝置的生產，探究其風險因素，采取針對性的預防措施來確保生產的安全性。

1.硫磺回收裝置的工藝生產狀況

硫磺的回收工藝裝置中，克勞斯的脫硫回收工藝與亞露點以及氧基硫磺處理等工藝相比，具有綜合的技術水平、靈活的操作、高純度的硫磺產品以及較高的生產可靠性。石化公司正進入對克勞斯的硫磺回收設備的生產工藝以及運營研究的成熟階段。該工藝還從根本上完成了克勞方法的回收裝置中硫磺生產、硫磺成型以及尾氣焚燒等工藝的創新，以滿足下游公司環保排放的標準以及對硫磺原料的需求。

2.硫磺的特性以及制造工藝

(1)硫磺的特性

硫磺的成分主要是硫磺，其含量為99.50%或更高，是呈黃色的顆粒狀外觀，為塊狀或者片狀的固體。硫磺有特殊的氣味，不能與水相溶。硫磺水溶液為弱酸性。硫磺有幾種同分異構體，包括無定形硫磺、單斜硫磺、液硫硫磺。無定形硫磺的密度是2.06kg/m3，單斜硫磺的密度是1.96kg/m3，液硫磺的密度是1.803kg/m3。它的爆炸的極限為35-1400g/m3，沸點高達444.6℃，熔點高達119℃，自燃點為232.2℃，閃點為207.2℃（密封型）。硫磺可以通過食入、吸入以及皮膚的吸收等方式進入人體。大劑量口服會導致硫化氫中毒，而硫磺可以部分轉化成硫化氫并在腸道吸收。

(2)硫磺的生產工藝

過程氣體、兩級克勞斯轉化以及部分燃燒可以間接使用蒸汽的加熱工藝。一般，克勞斯硫磺回收工藝中，包括一個熱反應段以及一個兩步催化的反應段。在酸性氣體的燃燒爐當中，在920℃到1300℃的反應溫度下發生熱反應。包含硫化氫的酸性氣體在燃燒爐中通過空氣發生了不完全的燃燒反應。燃燒硫化氫后，會生成二氧化硫，硫化氫和二氧化硫分子的比例在接近2:1左右，在高溫下硫化氫以及二氧化硫發生反應形成硫磺。這時反應的速率很快，然而反應的平衡常數卻很小，維持在65%到75%之間，硫化氫可以在這種情況下轉化為硫磺。

(3)尾氣的處理工藝

當硫磺的尾氣被加熱到220℃到300℃之間時，氫氣進入氫化反應器。通過低溫催化劑的作用，將硫以及硫化物在尾氣中還原為硫化氫，將硫化氫氣體驟冷，然后通過高效脫硫吸收其中的硫化氫，同時吸收一些二氧化碳，吸收二氧化碳以及硫化氫的富溶劑經過加熱實現再生，再生的酸性氣體返回克勞斯的酸性氣體燃燒器當中。吸收后，用堿液洗滌凈化的尾氣，以除去殘留在尾氣中的硫化氫，并將凈化的尾氣進行熱燃燒，將燃燒后的硫磺化合物轉化為二氧化硫，然后將其從煙囪中釋放到大氣中。

(4)硫磺的成型工藝

液硫泵將液態的硫磺連續且均勻地供應到轉鼓式硫磺制粒機的噴霧管，噴霧管的噴嘴形成細微的液態硫磺滴以及在板上吸附的粉末。粉料簾與粉末進行混合生產顆粒。硫磺在重力作用下發生下落，通過硫磺管下面的噴霧冷卻水進行噴霧，冷卻并固化為球狀的顆粒，最后掉落到圓筒的底部，然后由抄板再一次抄起。之后，再用液態硫磺進行包裹，用噴霧冷卻水冷卻。這樣，顆粒不斷增加。伴隨物料的增多，物料逐漸越過圓柱堰，并從圓柱體中彈出。硫磺冷卻當中形成的尾氣被送到水膜的集塵器中進行洗滌，然后從風機中抽出并釋放到大氣中，廢氣中的水分含量小于6%。水膜集塵器的功能是將硫磺冷卻當中產生的尾氣送至水膜的集塵器，清洗后釋放到大氣中，同時過濾洗滌后的粉塵，過濾后的水可重復使用以及過濾，然后再填充硫磺粉，用制粒機進行制粒。

3.硫磺的回收裝置生產當中的風險因素

(1)中毒

在硫磺回收設備的制造當中，有許多有毒的物質，例如二氧化硫以及硫化氫。尤其是，供應氣體中硫化氫的最大濃度可以達到70%或更高。作為高含量的物質，硫化氫的最大允許濃度為每單位10mg，直接的有害濃度為每平方米430mg。生產時候的泄漏直接危害現場工人的健康以及生命。從表1中可以看出，裝置中存在的氨氣以及硫化氫氣體是高毒的物質。

表1 裝置毒物的毒性（單位：mg/m3）

(2)硫化物的腐蝕

二氧化硫、硫化氫以及其他物質在回收設備中的廣泛存在造成了硫磺回收工藝設備的嚴重腐蝕。更嚴重的是整個制造當中存在的硫化物腐蝕。熱解后，硫化物附著在催化劑上并釋放出二氧化硫以及三氧化硫。這些液體以及氣體與水接觸生成了硫磺酸以及亞硫酸鹽，這直接增加了工藝管道中的泄漏以及腐蝕。

(3)爆炸

在硫磺回收設備的制造當中，不可忽視的易燃氣體（如硫化氫以及氫氣）在設備區域具有有害的影響。這些易燃氣體是易燃易爆的。如果大量氫氣以及硫化氫積聚在工作區域中并遇到明火，則硫磺回收裝置很容易爆炸。

(4)噪聲

噪聲對于人體而言，會使得交感神經變得緊張，導致心跳開始加快，心律失衡，血壓發生波動，甚至導致心血管疾病、神經衰弱、耳聾以及胃腸道疾病。在嘈雜的環境中長期工作會損壞聽力器官，內耳產生器發生質的變化，噪聲引起的聽力的損失。另外，噪聲會阻礙工作人員交換信息，增加其失誤操作的概率，并造成生產上的安全事故。

(5)火災以及爆炸危險

裝置的現場存在易燃氣體、硫化氫以及氫氣均為易燃易爆的物質。甲類火災有3種危險物質，乙類火災有一種危險物質，每種爆炸性危險物質發生爆炸的下限都很低，容易爆炸。

(6)硫磺的粉塵

形成硫磺后，工作人員可能會接觸灰塵，這會刺激人體的肺部以及上呼吸道。尤其在滾筒的成型機內壁上的粘性材料清潔時，硫磺粉塵可為39g/m3，超過了硫磺粉塵發生爆炸的下限（35g/m3），這需要引起極大的關注。在包裝以及造粒這兩種工作中，包裝機以及造粒機的兩個工作場所中8小時接觸粉塵的加權平均濃度以及粉塵的短期濃度均滿足職業的接觸限值。

4.硫磺回收裝置的生產當中進行風險控制的措施

(1)中毒的風險控制措施

①引入報警以及聯鎖控制系統

所有重要的設備參數均設置有超限報警以及聯鎖保護。信號警告系統由音響設備、信號設備、光學顯示設備、邏輯設備、電源設備以及按鈕組成。警報信號顯示在DCS上，以通知操作員及時對操作進行調整。安全聯鎖系統包括最終執行器、邏輯單元以及傳感器。當過程達到某些條件時，安全聯鎖系統將立即運行以使過程處于安全的狀態。基于過程的安全要求、保護要求以及風險分析，確定安全聯鎖系統的設備以及工藝的關鍵功能。

②使用DCS控制

控制系統DCS是一個多級計算機系統，由過程的監視級以及過程控制級組成，并以通信網絡為中介。集成了用于控制、通信、計算機以及顯示的4C技術。主要思想是組態方便、配置靈活、分級管理、集中操作以及分散控制。DCS系統用于遠程的控制制造過程，并減少操作員與有毒、有害介質的接觸可能性。

③密封進行生產

該設備設計為封閉系統，由操作員在控制室中進行操作。在正常生產中，所有有毒物質都裝在密封的容器中，并且每次連接均采用可靠的密封措施。在異常操作條件下從通風系統以及安全閥排放的氣體以密封方式排放到火炬系統。硫磺回收系統配有硫化氫/二氧化硫比率分析儀，可最大程度地提高克勞斯反應的轉化率，這些措施可減少硫磺的損失以及泄漏，并降低工作場所中有害物質具有的濃度。在正常的工作條件下，硫磺池將硫化氫以及硫蒸氣以及直接排入大氣，并通過脫氣的工藝實現回收。由于高質量的車間以及施工管理的不斷加強，裝置中基本上無味。

④有毒以及可燃氣體檢測以及報警系統

配置可燃氣體、有毒氣體的檢測警告系統，在有毒物質可能泄漏的地方設置了氣體的檢測報警裝置，并輸出4到20mA的信號，將其連接到獨立的DCS上。將狀態顯示在DCS上。由于設備介質的特殊性，嚴格按照規范來安裝有毒以及易燃氣體的檢測、報警設備。現場使用聲光警報裝置，并將信號發送到主操室。此外，該設備還附有四個便攜式的報警裝置，以方便操作員在維護設備以及安全檢查時佩戴使用。

⑤巡檢外操

在巡檢外操時，應佩戴便攜式的硫化氫警報器。考慮到設備的特殊性，應嚴格執行“三同時”，以確保便攜式的警報器正確配備，以滿足員工相似日常檢查上的需求。檢查員應始終處于最上的風向，以減少潛在的毒物暴露。

⑥設置風向標

如果將風標放置在設裝置的內部并且有毒物質發生泄漏，操作員將佩戴正壓自給式的空氣呼吸器，該設備配備了八個正壓空氣呼吸器。當泄漏變得嚴重時，人員迅速從上風以及側風的方向從現場撤離。

(2)腐蝕的風險控制措施

設備以及管道的防腐需要注意裝配、焊接技術以及材料的選擇。同時，必須從制造、加工、設計以及現場監控的角度進行嚴格控制。在潮濕的硫化氫腐蝕環境中，將Q245R材料用于容器筒，在容器內部使用不銹鋼的復合層。該設備采用復合型的材料后，沒有發現穿孔以及腐蝕問題。Q245R有必要規范鋼板的使用條件。如果用于外殼的鋼板的厚度超過12mm，則應按照GB/T4730.3的規定一張一張地采取100%的超聲檢查，并且認證等級必須為II級或更高。

在潮濕硫化氫的腐蝕環境當中，碳鋼壓力管道以及容器需要進行焊后熱處理。焊接后，碳鋼以及碳錳鋼的焊接接頭、熱影響區的硬度不應超過HBW200。進行合理的焊接結構設計，采取合理的裝配以及焊接工藝措施，合理地調整焊接的位置，選擇焊縫的形狀以及尺寸，減少焊縫的次數，縮短焊縫的長度。選擇合理的組裝程序，并使用剛性固定方法、變形防止方法以及預留的收縮余量方法來防止焊接的變形。對于小型的設備，回火溫度通常維持在600℃到650℃，可以完全地消除結構中的殘余應力。然而，此方法可用于小型的設備。

(3)火災以及爆炸風險的控制措施

①防止可燃物泄漏

每天執行“3+1”輪換檢查，最好防止設備的滴落。在脫硫區，應盡早對排出的液態硫進行處理，以免發生現場的堆放。在設備的檢修期間，有必要在井眼中添加黃沙以密封工業污水井。需要清理動火的易燃物質周圍以及下方。如果在硫磺池上動火，先向硫磺池中注滿5cm到10cm的水，然后再進行高溫的工作。對可能含有硫磺的管道，通常不使用切割方法，首先從法蘭上卸下螺栓。然后將整個部分抬起。如果沒有法蘭，需在動火處準備一根消防水帶并排干水。硫磺叉車需防爆，可防止產生火花。

②強化消防管理

嚴格地實施動火的許可制度，認真執行消防措施，實行定期的火災日制度，嚴格地對建設項目申報，嚴格對各級機關的檢查進行落實。其中，將對車間進行100%的檢查，對50%的分支機構進行抽查，安全監控中心對25%的車間進行抽查。在維護的階段，將嚴格地執行分析系統，以每2h分析無限的空間可燃氣體濃度，并每2h對封閉的硫化氫、可燃氣體濃度以及氧氣含量進行分析。

(4)粉塵風險的控制措施

自動操作設備，以避免在正常生產當中直接與催化劑發生接觸。操作人員必須佩戴防塵的口罩以及其他類型的防塵措施，并嚴格地按照操作程序進行操作，避免對操作人員造成揚塵的危險。硫磺成型的包裝通過全自動包裝碼垛機、造粒機、成型機、獨立倉庫采用密閉型的結構，以降低操作員接觸灰塵的可能性。硫磺生產線配有氣罩，以收集硫磺的粉塵并將其從工作場所中排出。成型機配備特殊的除塵系統，硫磺倉庫配有12個軸流的風機，用于將廠房中的灰塵釋放到大氣中。硫磺包裝以及裝卸催化劑過程中，操作人員必須穿戴個人的防護設備，例如防塵的面罩。定期地清潔鼓式成型機以及尾氣管道，并每天清潔以及噴涂包裝室以及硫磺成型室。

(5)噪聲風險的控制措施

①遠程的操作以及集中的布置

操作區域與設備區域分開放置，制造過程采用自動化以及機械化的控制，DCS用于集中管理、控制以及監視。在大多數的情況下，操作員會在控制室中操作設備以進行遠程的控制。減少操作員暴露于噪音中的機會。機械泵集中地放置在機械泵的區域，各種鼓風機集中放置在硫磺裝置區域的下層。

②在排氣口中設置消音器

風扇的進氣以及排氣管上設置消音器，聲音衰減量超過25dB（A）。在設備以及底座間使用減振的措施。在出氣口中設置消聲器，以減少排氣的噪音。將休息室設置在遠離手術室噪音源的位置，可以盡可能地降低休息室中工作人員面臨的噪音強度。

③閥門以及管道的噪音

科學地對管道進行設置，控制介質的流動速度，避免介質的流向突然改變，并在管道的直徑發生變化的區域設置平滑的過渡段。將振動裝置和管道之間的連接從固定連接更改為彈性的連接，以防止機械裝置對管道產生振動激發。安裝消聲器或將管道隔熱層組合起來以進行管道的隔音。

5.結語

簡而言之，在硫磺回收裝置制造過程的風險管理當中，基于設備制造工藝對爆炸、腐蝕、中毒以及粉塵等風險因素進行綜合性的分析，可以顯著地控制以及提高安全風險的控制水平。同時，科學的人員配備以及高效的后期管理將不斷改善系統的風險管理。這些多樣化的策略聯合實施，將在系統以及技術的安全性中發揮全面的作用，同時促進該裝置制造當中改進風險管理能力的指標。