四川石化硫磺回收裝置的相關控制方式分析

孔慶歡，繆竹平，申元鵬

(1.四川大學化工學院，四川成都 610065;2.中國石油四川石化有限責任公司，四川成都 611930)

硫磺回收

四川石化硫磺回收裝置的相關控制方式分析

孔慶歡1，2，繆竹平2，申元鵬2

(1.四川大學化工學院，四川成都 610065;2.中國石油四川石化有限責任公司，四川成都 611930)

硫磺回收裝置作為煉油廠的環保處理裝置，在全廠硫平衡中起著至關重要的作用。四川石化100 kt/a硫磺回收裝置采用日本橫河電機的Centum VP系統，北京康吉森公司的SIS聯鎖自保系統，在制硫爐的點火操作、酸性氣燃燒模式和尾爐焚燒控制上都有自己的特點。控制方式的先進性改革不僅降低了相應崗位的操作強度，而且使得精密性、超前性、防干擾能力大大提高，為四川石化的大氣治理擔當了關鍵作用。該裝置排放尾氣ρ(SO2)在180～300 mg/m3，這是裝置先進程度自控發揮的良好作用。

硫磺回收 自動控制 工藝 控制方式 分析

中國石油四川石化有限責任公司(以下簡稱四川石化)100 kt/a硫磺回收裝置DCS系統采用日本橫河電機的Centum VP系統，在裝置設有一個現場機柜間，各控制系統的控制機柜、輔助機柜等均放在現場機柜間內。其系統有1域、3操作站、1個工程師站、790點。BMS系統采用西門子公司故障安全控制系統PCS7-AS414FH控制器，安全級別達到SIL3，有2個控制站、2個操作站、1個工程師站、135點。該裝置設溫度監測點共319個(雙金屬147個)，壓力監測點289個(就地壓力表225個)，流量監測點120個，物位監測點217個(就地液位計78個)，控制閥175臺，SO2分析儀1臺，pH計2臺，硫比值分析儀2臺，氧化鋯分析儀2臺。單回路97套，復雜控制回路14套。PCS7(BMS)系統聯鎖6套，DCS系統聯鎖8套。

硫磺回收裝置制硫爐點火、汽包液位的關鍵控制方式為串級控制，分程控制，三沖量控制分別對硫磺裝置的爐溫、空氣進氣量和液位進行在線調節[1]。硫磺回收裝置點火操作是裝置原始開工和日常檢維修中很重要的操作，該裝置BMS系統是一套專門的點火控制系統，包括荷蘭杜克燒氨火嘴，紅外火焰檢測器和空氣供風系統[2]。點火順控系統順延點火成功后，制硫爐進入燃料氣模式下的配風調節。

1 制硫爐燃料氣模式下的配風調節

1.1 工藝說明

制硫爐工藝流程見圖1。

圖1 制硫爐工藝流程

制硫爐采用燃料氣模式是在爐子點火成功以后投用。制硫爐在點火順控程序完成后，燃料氣在全廠開工時使用西南油氣田的供應氣，CH4體積分數達到85%以上，剛開工時加強瓦斯脫液；點火的關鍵是先點小火嘴，再引燃大火嘴，成功后嚴格按照升溫曲線進行升溫，曲線由耐火襯里廠家提供。在升溫過程中，投用低壓蒸汽，可防止析碳，還可防止超溫和飛溫[3]。

1.2 控制模式的思路

整個復雜回路主要由三個簡單調節器組成，分別是進制硫爐燃料氣流量控制調節器FIC-10307與低壓蒸汽流量控制調節器FIC-10305組成一個比值控制，進制硫爐燃料氣流量控制調節器FIC-10307與空氣流量控制調節器FIC-10303組成一個比值控制。

1.3 調節過程描述

1)燃料氣流量控制。當燃料氣流量小于給定值時，進入控制器FIC-10307的信號減小。因為調節器是反作用輸出增大， FV-10307開大，進入制硫爐的燃料氣流量增大。

2)低壓蒸汽流量控制。當燃料氣小于給定值時，信號經過比值器FY-10305計算后進入控制器FIC-10305，組成比值控制， 因為FIC-10305是正作用輸出信號變小， FV-10305開大，低壓蒸汽流量增大。

3)風量控制。當燃料氣小于給定值時，經過比值器FY-10303計算后進入控制器FIC-10303，組成比值控制，因為FIC-10303是反作用輸出信號增大， FV-10303開大，進入制硫爐的風量流量增大。

燃料氣流量大于給定值時以上控制相反。

2 制硫爐195-F-1001清潔酸性氣模式下的配風調節

2.1 工藝說明

制硫爐195-F-1001清潔酸性氣模式下的配風調節見圖2。

圖2 制硫爐清潔酸性氣模式下的配風調節

制硫爐在低于900 ℃時采用燃料氣模式，高于900 ℃時采用清潔酸性氣模式。溶劑再生裝置來的清潔酸性氣經清潔酸性氣分液罐進行分液，將酸性氣中所帶凝液分離；自清潔酸性氣罐出來的清潔酸性氣分成二路，分別進入第一套和第二套硫磺回收裝置。酸性水汽提裝置來的含氨酸性氣經含氨酸性氣分液罐，將酸性氣中所帶凝液分離。自含氨酸性氣分液罐出來的含氨酸性氣分成二路，分別進入第一套和第二套硫磺回收裝置。經過混合的清潔酸性氣和含氨酸性氣一起進入制硫爐的火嘴，在爐內根據制硫反應需氧量，通過比值調節嚴格控制進爐空氣量，經燃燒將酸性氣中的氨和烴類等有機物全部分解。氨的分解溫度在 1 250～1 300 ℃，為防止酸性氣組成變化時爐溫低于此值，設計了部分分流流程；可以根據爐膛溫度的變化，將一部分清潔酸性氣分流到爐膛中部，使前部爐膛溫度上升，保證 NH3完全分解為 N2，避免不完全分解出現銨鹽堵塞。在爐內約 67%的 H2S 進行高溫克勞斯反應轉化為硫，余下的 H2S 中有 1/3 轉化為 SO2，燃燒時所需空氣由制硫爐鼓風機供給。制硫爐的二次微量配風量是關鍵。為此，在制硫尾氣管道上安裝了1臺H2S/SO2在線比值分析儀，實時分析尾氣中 H2S與SO2比率，并通過反饋信號調節供風管道上的微調閥，使過程氣中的 H2S與SO2摩爾體積比始終趨近2∶1，從而獲得最高的 Claus 轉化率[4]。

在制硫爐內部發生的主要化學反應方程式如下：

2.2 調節回路組成

整個復雜回路主要由5個簡單調節器構成，分別是尾氣分析H2S/SO2控制器AIC-10601、空氣流量控制器FIC-10303組成串級控制回路。含氨酸性氣流量控制器FIC-10301與清潔酸性氣流量控制器FIC-10304做f(x)計算后與空氣流量控制器FIC-10303組成比值控制。

2.3 調節過程描述

1)清潔酸性氣流量控制。當流量過小時，信號進入控制器FIC-10304，輸出增大，FV-10304開大清潔酸性氣的流量增大；當信號增大時，輸出減小，FV-10304關小清潔酸性氣的流量減小。另一路進入FY-10302。

2)含氨酸性氣流量控制。當流量過小時，FIC-10301輸出增大，FV-10301開大含氨酸性氣流量增大；當信號增大時，由于FIC-10301 輸出減小，FV-10301關小含氨酸性氣流量減小。另一路進入FY-10302。

3)空氣流量控制。清潔酸性氣流量與含氨酸性氣流量一起進入FY-10302做函數f(x)計算后，做SP值進入控制器FIC-10302， 輸出信號增大，FV-10302 開大空氣流量閥。

4)空氣微調控制。尾氣分析H2S與SO2摩爾比，通過調節器AIC-10601進入切換FHS-10303后，做SP值進入調節器FIC-10303來控制調節閥FV-10303的開度。作為微調閥來控制過程氣中的 H2S與SO2摩爾比始終趨近 2∶1，從而獲得最高的 Claus 轉化率[5]。

2.4 控制操作模式

1)空氣流量手動控制。清潔酸性氣流量與含氨酸性氣流量一起進入FY-10302做函數f(x)計算后，與空氣流量控制回路串級，置外給定。增加空氣流量，手動增加FIC-10302的輸出值，就可以達到目的。

2)空氣微調流量自動控制。根據燃燒尾氣分析H2S與SO2摩爾比，通過調節器AIC-10601與空氣流量調節器FIC-10303串級控制，作為微調來控制過程氣中的 H2S與SO2摩爾比始終趨近 2∶1，從而獲得最高的 Claus 轉化率。

3)整個復制回路當爐溫達到900 ℃時切換到清潔酸性氣模式投運。投運分析儀表比值控制器AIC-10601，注意溫度的控制，溫度達1 300 ℃后才能投含氨酸性氣，保證 NH3完全分解為 N2，避免不完全分解出現銨鹽堵塞。

3 尾氣焚燒爐燃料氣和空氣比值+分程控制

3.1 工藝說明

尾氣焚燒爐燃料氣和空氣比值+分程控制示意見圖3。

圖3 尾氣焚燒爐燃料氣和空氣比值+分程控制示意

尾氣分液罐出口的制硫尾氣先進入尾氣加熱器，與尾氣焚燒爐出口的高溫煙氣換熱。溫度升到 300℃后與氫氣混合進入加氫反應器，在尾氣加氫催化劑的作用下進行加氫、水解反應，使尾氣中的 SO2，S2，COS，CS2發生還原、水解反應轉化為 H2S。

反應后約326 ℃的高溫氣體進入蒸汽發生器產生0.4 MPa飽和蒸汽。尾氣溫度降至170 ℃進入尾氣急冷塔下部，與急冷水逆流接觸、水洗冷卻至40 ℃。尾氣急冷塔使用的急冷水用急冷水循環泵自尾氣急冷塔底部抽出，經急冷水空冷器冷卻至50 ℃，然后進入急冷水后冷器冷卻至40 ℃后，返尾氣急冷塔循環使用。因為溫度降低凝析下來的不平衡急冷水通過塔底液位調節閥送至酸性水汽提裝置處理。為防止設備腐蝕，需在急冷水中注入液態NH3，以調節其pH值保持在6～8。急冷降溫后的尾氣自尾氣急冷塔頂部出來進入尾氣吸收塔。

溶劑再生裝置來的MDEA貧胺液(質量分數30%溶液)進入尾氣吸收塔上部，與尾氣急冷塔來的尾氣逆流接觸，尾氣中的H2S和CO2被吸收[6]。吸收了H2S的MDEA富液，經富胺液泵升壓后返回溶劑再生裝置(由于裝置沒有單設硫磺回收裝置自己的胺液再生系統，使得這部分富液和其他裝置的富胺液混合后再生，增加了其中的雜質成分，時間長了會導致再生后胺液吸收效果不好，增加尾爐的SO2排放值，建議新建裝置考慮單獨設置再生工序，確保尾氣排放值穩定)。自尾氣吸收塔塔頂出來的凈化尾氣，進入尾氣焚燒爐，在550～750 ℃(具體操作溫度約717 ℃)高溫下，將凈化尾氣中殘留的硫化物焚燒生成SO2，剩余的H2和烴類燃燒成H2O和CO2。焚燒后的高溫煙氣經蒸汽過熱器和尾氣加熱器回收熱量后，煙氣溫度降至300 ℃左右由煙囪排入大氣。

MDEA溶劑吸收H2S和CO2的化學反應方程式如下：

[(HOCH2CH2)2NHCH3]2S

2[(HOCH2CH2)2NHCH3]HS

[(HOCH2CH2)2NHCH3]2CO3

2[(HOCH2CH2)2NHCH3]HCO3

該反應為吸收反應，故低溫和高壓有利于反應正向進行，這也是吸收塔制定控制指標的關鍵依據。

3.2 調節回路組成

該調解回路由一個流量控制調節器FIC-11202構成。燃料氣流量FT-11201的測量值作為空氣流量調節器的設定值。

3.3 調節過程描述

1)減小爐膛溫度。當爐膛溫度過高時，信號進入溫度調節器TIC-11201，TIC-11201輸出減小，TV-11201關小燃料氣的流量。燃料氣流量減小，送入FY11202信號減小，信號通過FY11202計算后作為FIC-11202的設定值。FIC-11202輸出減小，調節閥FV-11202A、FV-11202B關小空氣流量。

2)提高爐膛溫度。當爐膛溫度過低時，信號進入溫度調節器TIC-11201，輸出增大，TV-11201增大燃料氣的流量。燃料氣流量增大，送入FY11202信號增大，信號通過FY11202計算后作為FIC-11202的設定值。FIC-11202輸出增大，調節閥FV-11202A、FV-11202B增大空氣流量。

3.4 控制操作模式

先投運溫度控制回路TIC-11201，再投運流量控制回路FIC-11202。在投運過程中要時時注意空氣燃料的比值指示和燃燒爐溫度指示。如果投運過程中出現波動較大，要即時將控制方式改為手動實行人為干預。

4 結語

自動控制是硫磺回收生產和尾氣排放的關鍵技術因素。在制硫爐和尾氣焚燒爐的燃燒控制中，控制思路簡單明確，控制操作成熟，防沖擊能力強。運用控制方式較常見，配合燃料氣成分化驗及時調節相應倍數比值K值，確保硫磺整體回收率在起始處有較大的截留，減輕后面反應器及冷卻器的整體負荷，節能降耗，平穩生產，還留有空間為以后先進控制系統投用。

[1] 馬秉騫.煉油設備[M].北京：化學工業出版社，2013:78-79.

[2] 由召舉，程俊芳，祝向偉，等.溶劑再生裝置管線腐蝕分析及對策[J].石油化工腐蝕與防護，2016，33(3)：62-64.

[3] 姬曉軍.氣體脫硫溶劑再生塔塔壁腐蝕開裂原因及對策[J].煉油設計，2000，30(6)：33-34.

[4] 丁榮生.常減壓塔頂H2S協同腐蝕及對策[J]. 石油化工腐蝕與防護，2000，17(3)：40-42.

[5] 施仁，劉文江，鄭輯光.自動化儀表與過程控制[M]. 北京：電子工業出版社，1994:242-246.

[6] 張黎，肖鴻亮.SSR硫磺回收尾氣處理工藝及其應用[J]．石油與天然氣化工，2014，43(5): 478-482．

AnalysisofrelatedcontrolmodesofsulphurrecoveryunitinSichuanPetrochemicalCompany

KONGQinghuan1,2,MIUZhuping2,SHENYuanpeng2

(1.School of Chemical Engineering， Sichuan University， Chengdu， Sichuan， 610065， China; 2.Pertochina Sichuan Petrochemical Co., Ltd.， Chengdu， Sichuan， 611930， China)

As environmental protection treatment unit in refinery, sulphur recovery unit plays a vital role in the sulphur balance of the whole plant. Centum VP system in Yogogawa of Japan, SIS interlocking in Beijing consen company self-protection system are used in sichuan Petrochemical 100 kt/a sulphur recovery unit of Sichuan petrochemical, It has its own characteristics in the ignition operation, acid gas combustion mode and tail furnace burning control of sulphur furnace.The contral mode not only reducd the operation intensity of the corresponding posts，but also improved the precision, advancment and anti-interference ability, playing a key role in the atmospheric control of Sichuan Petrochemical Company. The concentration of SO2tail gas reached 180～300 mg/m3, which shoued an advanced degree of self-control device.

sulphur recovery; self-control; technology; control mode; analysis

2017-09-22。

孔慶歡，男，四川大學化工學院在讀工程碩士，工程師，現在中國石油四川石化有限責任公司從事煉油技術研究及環保排放達標控制工作。電話：18030590211；E-mail：627433484@qq.com。

TQ111.16;TQ056.1

B

1002-1507(2017)11-0033-04

外盤高漲下，國內硫磺價格整體大漲

11月以來，國內硫磺市場主營煉廠價格大幅上漲，主流漲幅在80～100元/t，部分小幅在50元/t。當前煉廠主流報價1350～1 500元/t，長江顆粒部分詢盤價格在1 600元/t，商家多不報盤，也暫無調整出貨意向，當前市場觀望氣氛濃厚。受中國到岸價和中東官價同時上漲支撐，同時現在印度、東南亞以及其他地區的需求仍然存在，在多重利好帶動下中國國內市場價格還會有上漲空間。

(文章來源：生意社)