硫磺回收装置说明与危险因素及防范措施.doc

硫磺回收装置说明与危险因素及防范措施一、装置简介硫磺回收装置是炼油及天然气企业中重要的组成部分，它的主要作用是使原油中所含的硫元素以单质或某些化合物的状态得以回收利用，以减轻或避免其直接排放对环境造成的污染。近年来随着环境问题日趋严重，环境威胁日益受到广泛的重视，同时随着一些法律和管理办法的实施，硫磺回收装置的地位在石化工业中变的比以往任何时候都更为重要，其技术经济性也逐渐趋于合理，成为上述企业中不可缺少的组成部分。二、主要设备(一)反应炉反应炉又称为燃烧炉。可以认为是Claus法制硫工艺中最重要的设备。反应炉的主要功能有两个：一是使原料气中13体积H2S转化为S02，使过程气中的H2S和S02的比保持2：1；二是使原料气中若干组分(如NU3、烃类)在燃烧过程中转化为N2、C02等惰性组分。不论部分燃烧法或分流法，反应炉中或多或少都要生成一些元素硫。影响反应炉的操作因素主要包括火焰温度、花墙的设置、炉内停留时间、火嘴功能等。(二)废热锅炉废热锅炉的功能是从反应炉出口气流中回收热量并发生蒸汽，同时按不同工艺方法使过程气的温度降至下游设备所要求的温度，并冷凝和回收元素硫。设计Claus装置废热锅炉时，除应遵循一般火管式蒸汽锅炉的设计准则外，也应考虑Claus装置的若干特殊要求，勿废热锅炉高温气流人口侧管束的管口应加陶瓷保护套、人口侧管板上应加耐火保护层等等。(三)转化器转化器的功能是使过程气中的U2S和S02在其催化剂床层上继续进行Claus反应而生成元素硫，同时也使过程气中的COS、CS2等有机硫化物在催化剂床层上水解为H2S和C02。目前Claus装置常用的转化器类似一个水平放置的圆柱体，气体进口在顶部，出口则在底部。转化器内催化剂床层的厚度为11。5m。可以每个转化器使用一个容器，但对规模在100td以下的装置，大多是用纵向或径向的内隔板把一个容器分隔为一个以上的转化器。虽然大多数转化器为卧式的，但800td以上的大型装置也有采用立式的。转化器的空速在300-1000h（-1范围内(对过程气而言)，通常各级转化器都采用相同的空速。但实质上对反应物而言，一级转化器进口浓度比下游转化器要高525倍，因此即使对过程气而言空速相同，对反应物而言实际下游转化器的空速要比一级转化器低得多。考虑到有机硫化物水解的要求，一级转化器过程气出口温度必须保持在310340。以后各级转化器则由于冷凝分离了大量硫蒸气，也不存在有机硫化物水解的问题，可以在较低的温度下操作，以获得较高的转化率。例如原料气中H2S含量较高的部分燃烧法装置，典型的二级转化器出口温度为240260，而三级转化器则为180220。(四)冷凝器冷凝器的功能是把转化器中生成的元素硫蒸气冷凝为液体而除去，同时回收热量。对大多数物质，这仅是一个放热的相变化过程，但对硫磺而言，则有其特殊的复杂性。造成复杂性的原因是气态硫和液态状硫都是不同硫品种的混合物，蒸气是由S2至S8不同的聚合物种类组成，液体则是由S8环状和Sn键状聚合物的混合物。n值可以达到相当大。每种相态的组成是由各种类互相转化的平衡反应所控制，所以和温度密切有关。从理论上讲冷凝器的设计(或操作)温度越低，冷凝回收的硫蒸气也越多。但必须注意冷凝过程中硫雾沫的形成问题，对前几级冷凝器而言，应适当提高冷凝器出口温度以防止形成硫雾沫，并在冷凝器中装金属网状填料作除沫用。最后一级冷凝器的出口温度应控制得尽可能低(125012左右)，并从气体速度、压力降、温度梯度等方面加以精心设计，使硫雾沫的形成减少至最低。(五)捕集器捕集器的功能是从未级冷凝器出口气流进一步回收液硫和硫雾沫。此设备的重要性曾长期被忽略，但某些工业装置的数据已表明，高达2的产量来自捕集器。二业装置常用的捕集器有泡罩塔型、波纹板型和金属丝网型等几种。近年来大多数装置采用金属丝网型，气速为15-41ms时，平均捕集效率可达97以上，尾气中硫含量约为056gm3。三、危险因素及其防范措施与一般石油炼制装置不同的是，硫磺回收装置的主要危险因素不是燃烧爆炸(当然也存在这种危险)，而是有毒气体(硫化氢、氨)对人体的危害。U2S存在于硫磺回收装置的各个部分，是硫回收装置的主要危险因素。此外，硫回收装置的严重的腐蚀问题也是影响其安全生产的重要因素，需格外加以重视。(一)硫回收装置中H2S的分布硫回收装置是以H2S作为原料生产硫磺，因此在硫回收装置中H2S是分布极广且浓度较高的物质，所以其潜在的危害也十分巨大。这其中，酸性气管线是H2S浓度最高的地方，一般硫回收装置酸性气浓度均高于40，有的甚至达到90以上，如果一旦发生泄漏，后果将难以想像。此外对于整个装置来说，大部分管线均含有不同浓度的H2S或诸如S02、COS等物质，有的虽然浓度不高，但足以致人于死地，因此为保证硫回收装置安全生产，应采取以下几点基本措施：不仅需要对设备按时进行检查，对所有管线的检查也要严格遵守压力管道管理办法的规定，以尽量避免发生泄漏；应科学合理的设置固定式U2S检测报警设备，并且保证其数量充足，以期一旦发生泄漏能在第一时间发现，尽可能减小损失；配备完善的防护设备，这其中包括便携式报警设备，正压呼吸器、及其他过滤性质的呼吸设备；重点强调发生严重泄漏状况下的处理步骤，其原则是发现泄漏后应首先通知有关人员，并佩带整齐完整的防护设备，并及时切断泄漏源。切忌在没有安全防护设备的保护下进行切断泄漏源或进行抢救等活动。(二)开停工及正常生产情况下的危险因素1停工阶段硫酸装置停工过程通常分为H2S吹扫、SO：吹扫、(通过改变配风比调节)及催化剂烧焦。H2S吹扫是避免催化剂失活，S02吹扫是尽量携带系统内部硫，催化剂烧焦是使催化剂表面的积炭燃烧，保证催化剂活性和为开工做好准备。在停工过程中，即使吹扫过程进行完全也不可能彻底将系统内部的硫全部带出，这样在进行烧焦时就会造成硫燃烧的后果，硫燃烧放热量大，会造成反应器飞温，而且一旦发生飞温现象，其温度很难在短时下降，势必将造成催化剂的损坏，严重时甚至会损坏设备，从而影响正常生产。2开工阶段如果硫磺装置在停工阶段中吹扫和烧焦过程进行不彻底，装置会在停工过程中发生硫凝聚或催化剂积炭阻塞气路。这种在开工阶段中就会造成流程阻塞，当酸性气进入系统时会发生燃烧炉防爆膜爆裂，造成有毒气体大量泄漏，严重威胁生命安全。3酸性气带烃(胺)硫磺回收装置应用最为广泛的是部分燃烧法，在部分燃烧法中，对燃烧炉配风采用不完全配风。如果酸性气带烃(胺)，由于没有足够空气，将导致烃(胺)严重积炭，特别是胺类物质，它会形成有光泽的焦油积炭。这就增加了硫磺装置停工时烧焦负荷，延长了停工时间。更重要的是积炭量过大，将会使装置在正常运行情况下出现阻塞，使防爆膜爆裂，致使有毒气体泄漏。4酸性气带液酸性气带液是硫回收装置的常见问题，此处液体主要是指水。液相水一旦进入燃烧炉，由于燃烧炉温度至少在800cC以上，液相突然变为气相，导致进入燃烧炉内的气体体积骤然增加，将会使炉内压力骤升，以至引起防爆膜爆裂，有毒气体泄漏。5冷却器堵塞冷却器是硫磺回收装置的重要设备，通常情况下硫蒸气走管程，冷却水走壳积。但由于种种原因，在冷却器的管板之间经常发生泄漏。一旦泄漏后，硫蒸气将直接遇冷却水而凝固，造成设备的阻塞。严重时将会引起系统压力升高，造成防爆膜爆裂，有毒气体泄漏。6配风不合适配风比是硫回收装置的重要操作条件，只有合适的空气与酸性气对应，才能达到最大的硫回收率，即在过程气中始终保持H2S和S02的比为2：1，同时配风量还需提供酸性气中携带烃类物质燃烧所需的空气。配风量大，会降低硫回收率，严重污染环境；配风量小，也会降低硫回收率，同时还会导致烃类物质燃烧不完全，产生积炭，造成系统阻塞，威胁安全生产。7酸性气流量和浓度的变化在硫回收装置中，通常酸性气流量和浓度都是变化的，但这种变化在一定范围之内是允许的。如果这种变化超过被允许的范围，就会出现配风比连续大范围的变化，这对正常操作是不利的，严重时这会造成硫磺的阻塞。8风机故障通常在硫回收装置中用风机向燃烧炉提供空气，与其他动设备相同，风机也是一开一备。风机在硫回收装置中是至关重要的设备，在正常生产中一旦停风，会出现大量酸性气直接进入尾气系统，对其造成严重冲击，而且酸性气中的烃还会遇高温发生不完全燃烧而积炭，阻塞系统。在设备切换过程中，如果操作有微小偏差，还有可能造成风机反转，从而使酸性气倒流，直接威胁人的生命安全。9除氧水中断Claus硫回收装置中为回收热能，均在燃烧炉后设置废热锅炉，以发生蒸气的形式回收能量。除氧水是供发生蒸气用，一旦发生中断，会造成锅炉缺水，严重时会造成干烧而发生锅炉爆炸。10瓦斯停或带液硫回收装置不论是否设有尾气处理单元，其最后一级均设有尾气焚烧炉。焚烧炉通常以瓦斯为燃料对硫磺尾气进行高温灼烧。如果瓦斯突然中断，会因没有燃料气供应使焚烧炉火焰熄灭，影响正常生产。如果瓦斯带液，会造成空气供应量不足，在焚烧炉内积炭，有时还会在管线中发生燃烧，烧毁管线造成设备事故或气体泄漏，威胁安全生产。11高温掺合阀故障为控制转化器人口温度，提高转化率，硫回收装置通常在转化器入口设置高温掺合阀。通过从燃烧炉中部引出高温气体与燃烧炉出口气体混合达到转化器人口温度要求。高温掺合阀实质上是一个三通，通过调节阀体开度控制热流通量来控制转化器人口温度。由于高温掺合阀工作温度较高，因此极易发生故障，经常出现卡死现象。一旦高掺阀卡死，气流温度将无法控制，硫磺转化率将显著下降，同时影响正常生产或造成非正常停工。对硫回收装置来说，非正常停工是可怕的，因为非正常停工往往不能进行吹扫和烧焦，会造成系统阻塞而产生更大的麻烦。12.烟囱阻塞n2S和S02在没有催化剂存在的条件下也能发生反应，尽管这种反应速度很慢，生成硫磺数量很小，但日积月累下来就会阻塞设备或者管线。硫回收装置中设有烟囱，以排出硫磺尾气。在没有尾气处理设施或者说采用焚烧的尾气处理方法的装置中，由于尾气中H2S和Sq含量较大，经常会出现硫磺阻塞烟囱管线的现象，从而造成硫磺整个系统阻塞，影响安全生产，严重时还会造成被迫停工现象。13尾气部分故障为达到硫磺尾气排放标准，现代的硫磺企业中均设有尾气处理设施。其中应用最广泛的是SCOT加氢流程，它通过对尾气的加氢过程，在专门催化剂作用下使尾气中的S02转化为H2S，再用溶剂吸收U2S后解吸，重新作为原料进入硫磺单元，以达到提高硫磺转化率减少污染的目的。其控制关键是尾气中SO2的转化，影响它的因素主要包括催化剂性能、反应温度、加氢量等。其中加氢量至为重要，加氢量大。虽可以保证S02的完全转化，但会加重尾气焚烧炉的负担，严重时造成焚烧炉飞温以致损坏。加氢量过小，S02不能完全转化，会和过程气中U2S反应生成硫磺阻塞设备，严重时会引起硫磺反应单元的事故。14采样过程中的危险因素硫回收装置是通过调节配风量来实现Claus反应中硫的最佳转化率的，因为酸性气中H2S的含量及烃含量是随时间变化的，若要求有较高的转化率，需要对配风量随时进行调节，配风量是否合适，就需要对过程气中H2S和S02含量进行分析，以帮助操作人员做出正确的判断。因此对硫磺生产过程中气体进行分析是十分重要的。国外和某些国内的引进装置基本上实现了在线色谱分析，但由于价格等因素的影响，国内普遍采用的分析方法仍是人工色谱分析法，分析人员每天必须与有毒气体直接接触，在采样过程中如果忽视安全或违反规定进行操作，很容易发生中毒危险，而且这种危险直接威胁生命，在生产过程中是应该值得注意的。(三)硫回收装置的腐蚀问题硫回收装置生产中遇到的大量酸性物质是设备腐蚀的直接因素，因此对于设备的定期检查及保养是十分必要的，这其中尤以S02的危害最为巨大。由于硫回收装置中同时存在S02和水，在条件适宜时很容易产生中强酸而腐蚀设备，曾经有报道由于此类腐蚀而造成的管线漏洞的事例，因此应特别注意。(四)硫磺成型中应注意的问题1液硫脱气问题液硫中通常含有多硫化氢(H2Sx)及H2S，如果不注意脱气问题，对于大型装置来说，是很容易出现危险的。此问题在以往经常被忽视，随着国内原油加工原料的变化，硫回收装置将逐渐向大型化方向发展，这个问题将显得尤为重要。2成型库房的问题硫磺成型库房中由于含有大量的硫粉尘，加之必要的成型设备的运转，因此成型库房中粉尘爆炸的危险是存在的。如何避免爆炸保证其安全生产是不容忽视的问题。(五)硫磺装置的自控联锁系统影响硫回收装置安全生产的因素很多，为了保证安全生产，提高硫回收率，保护环境，在硫磺装置中一般设有联锁控制系统。其中应用最广泛的是配风控制系统。我们知道，酸性气的流量和浓度是不断变化的，如果用人工配风的办法，调节频率太高，而且也不易准确，造成空气供给不适而造成危险或污染的几率也大大增加。鉴于此，一般硫回收装置中都设有配风控制系统，它是在DCS系统中给定一个比值，根据酸性气