天然氣凈化廠液硫脫氣罐改造

王禮梅，宋 駿，鄭 鑫，唐忠渝，王 歡

（中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠，重慶 401120）

0 引言

為了滿足環保和安全的要求，從天然氣、油田伴生氣、煉油廠干氣、化工廠尾氣中分離出硫化氫，應盡可能地進行回收。克勞斯法等常規方法是將硫化氫轉化為液體硫磺進行回收，但由于硫化氫在液硫中的特殊溶解性，液硫中常含有較多的硫化氫。由于硫化氫氣體具有較大的毒性和腐蝕性，溶解在液硫中的硫化氫會在后續的硫磺貯存、成型和運輸過程中釋放出來，給環境和生命財產造成各種危害。

液硫脫氣罐是凈化裝置硫磺回收單元專門設計來有效脫除硫化氫的重要設備，其用壓縮空氣攪動罐內的液硫，使溶解在液硫里的H2S從液硫中解析出來氧化生產元素硫，有利于將多硫化物分解成H2S和硫。尾氣連通尾氣捕集器，在捕集網分離作用下，廢氣進入焚燒爐，殘余液硫回流至液硫脫氣罐。罐體內殘余H2S及硫化物在蒸汽引射器作用下進入焚燒爐，在焚燒爐內燃料氣高溫煙氣，將H2S和硫的化合物在灼燒爐燃燒室中加熱轉化成SO2。通過控制氧含量保證煙氣中H2S含量小于10 ppm（10-6）。同時，在液硫池狀況及維修情況下，可直接將系統液硫引入脫氣罐曝氣處理后通過液硫泵送至成型元，保證系統完整性，工藝流程如圖1所示。

圖1 液硫罐脫氣工藝流程

1 存在的問題

原脫氣罐結構如圖2所示，經過多年的運行，發現存在以下4個方面的問題：①液硫罐投產后在常規檢修時，存留液硫無法排出從而形成與隔板等高固體硫磺，開車時需大量時間液化，同時系統帶來雜質及罐壁硫化鐵、硫化亞鐵沉淀，堵塞曝氣口造成曝氣量不夠或不能曝氣；②蒸汽引射器位置不合理造成引射量不夠，無法形成微負壓，H2S從大氣連通口溢出影響環境，存留安全隱患；③曝氣管線流量無法微量控制，配入量過大影響引射器效果，過小則無法完全曝氣；④液硫泵啟停為手動控制，無法保證高、低液位設備自動啟停。

圖2 原脫氣罐結構

2 改進措施

（1）在液硫進口段低位至液硫泵吸入口前增設保溫管線，配備夾套球閥。生產過程中球閥關閉，從而分割成獨立空間。停車時打開球閥，使液硫進口端液硫自夾套管線全部流至液硫泵吸入口端，從而低于曝氣孔高度，再關閉保溫蒸汽，保證曝氣孔無堵塞物，如圖3所示。

圖3 改進結構1

（2）將引射器布置于盡量靠近尾氣排放口，減小引射距離及高度，同時在大氣連通口安裝呼吸閥，在調節曝氣量時保證罐體內微負壓，杜絕氣體外溢。將原本曝氣箱均布孔堵塞覆蓋，只保留頂部一個開孔連接引氣管線至與蒸汽引射器連通的尾氣排放口下方。蒸汽引射器連通管線保證5‰倒坡以便凝結水回流，提高管線使用壽命，如圖4所示。

圖4 改進結構2

（3）在曝氣管線設置孔板流量計，可實現流量遠程控制，如圖5所示。

圖5 改進結構3

（4）將液硫泵啟停改為自控系統控制，如圖6所示。

圖6 液硫泵控制系統

（5）通過設置高、低液位觸發相應觸點，實現自動啟停。

3 施工過程及質量控制要點

3.1 更換原曝氣管線

制作新曝氣管線，鑒于環境，使用耐酸性材料，如316L等。

計算開孔數量及孔徑：

式中 V——流速，m/s

S——截面積，m2

3.2 曝氣箱制作安裝

罐焊接位置除銹打磨干凈，罐壁內附著有FeS和S單質，需對罐壁進行烘烤，溫度控制在650℃左右，冷卻后對焊口用丙酮清洗干凈后才能施焊，以保證焊接接頭質量。焊接完成后，需對焊口進行超聲波或者磁粉檢測，超聲波Ⅱ級為合格。焊接接頭外觀檢查按GB 150.4—2011《壓力容器 第4部分：制造、檢驗和驗收》“6.5圓筒與殼體”中的表1執行（圖7）。

表1 質量控制點預控對策

圖7 A、B類焊接接頭對口錯邊量

3.3 夾套開孔

首先確定夾套管線的安裝位置，在確保開孔周圍無可燃物質后進行開孔作業。

3.4 夾套管線制作安裝

按規范進行夾套管線的安裝。內管必須進行100%射線檢測，Ⅱ級為合格。

3.5 夾套管線試壓

按照規范進行壓力試驗。管道試壓前應對管道進行清洗，清洗干凈后方能進行壓力試驗。水壓試驗壓力為設計壓力的1.25倍。

3.6 引射器布置

選擇合適的蒸汽引射器，安裝按照上文2-（2）所述進行。

3.7 孔板流量計安裝

按照規范選擇合適的流量計，并進行安裝。確定安裝方式（安裝夾角≤2°），孔板方向要與流體流向一致，上、下游直管段合乎規范要求。

3.8 系統檢驗試驗

設備和工藝管道、儀表、電氣安裝完成后，需對系統進行檢驗試驗，發現問題，及時處理，整改完成后繼續進行檢驗試驗，合格后方能進行下一步工作，見表1。

4 施工步驟及安全措施

由于罐內長期儲存硫黃，施工作業屬于受限空間和含有有毒有害、易燃物質的情況，作業前必須進行危害識別，進行風險分析、評價和受限空間作業氣體檢測，見表2。檢測合格后，才能進入罐內對罐內的S、FeS進行徹底清理。

表2 作業風險分析及評價

5 結束語

通過以上結構改造，解決了由于隔板設計不合理，造成的曝氣不足的問題，從而減少了設備的腐蝕和蒸汽浪費；解決了引射器安裝不合理造成的環境污染，以及對人體的傷害；解決了泵的自動啟停問題，節約了人力物力。本次改造，利用空氣鼓泡，將多硫化氫轉化為硫化氫，也將部分硫化氫氧化為單質硫，從而改善產品質量，使脫氣后的硫磺外觀規整、粉末少、無異味，改善后續成型生產環境的效果，同時減少金屬儲罐腐蝕量，提高使用壽命。