淺析#4硫磺3.5MPa蒸汽發氣量偏低

朱峰，張列維，王軍長

（中國石化上海高橋石油化工有限公司煉油四部，上海201208）

#4硫磺裝置自2016年2月23日引酸氣一次開車成功以來，裝置總體運行平穩，各項指標基本控制在設計范圍之內，二氧化硫的排放也控制在100mg/m3以內，能夠滿足國家《石油煉制工業污染物排放標準（GB31570-2015）》的要求。

裝置3.5MPa蒸汽發氣量偏低于設計值，造成開工初期能耗偏高，給裝置平穩長周期運行帶來影響。針對這一問題，積極分析并提出改進方案。

1　裝置概況

#4硫磺回收裝置采用鎮海石化工程公司的“ZHSR”硫回收技術，設計硫磺生產能力為6萬t/a，操作彈性為30%～110%，硫磺回收率99.95%以上，年開工時數按8400h設計。

裝置由硫磺回收、尾氣處理、溶劑再生和公用工程等單元組成。克勞斯部分的一、二級反應器采用蒸汽加熱，尾氣處理部分的加氫反應器采用低溫催化劑和蒸汽加熱，尾氣吸收采用高效脫硫劑。

凈化尾氣去焚燒爐，將凈化尾氣中的微量的H2S焚燒成SO2。凈化尾氣經焚燒后(稱煙道氣)最后在煙囪高空排大氣，煙道氣中污染物含量低于國家標準允許排放的濃度[1]。

本裝置采用部分燃燒法，尾氣處理采用還原-吸收工藝，溶劑系統采用兩段吸收兩段再生工藝。（參考圖1）

2　原因分析及整改措施

圖1　#4硫磺原則流程示意圖

2.1中壓蒸汽發氣量與能耗的關系

克勞斯工藝的主反應是酸性氣在沒有催化劑的條件下，在反應爐內進行燃燒反應，其中進行的主反應為放熱反應[2,3](如式-1，式-2所示)。反應能達到的溫度和酸氣中硫化氫的濃度和流量呈正比關系，即酸氣中硫化氫的濃度或流量越高，其反應釋放的熱能越大。反應所產生的熱量通過蒸汽發生器發生蒸汽加以回收，因此產生蒸汽的量，直接反映化學反應所產生的熱量。反應爐中的主反應為：

裝置自2016年開工以來，為平衡全廠酸氣管網氣量，一般情況下負荷率為70%～80%之間，能耗值比較高，經常會超過達標值-48.76kg標油/t。經過計算，中壓蒸汽的發氣量占到整個能耗系數的50%以上，所以發氣量越大，能耗值越低（見圖2）。

圖2　蒸汽發氣量與能耗之間的關系

通過2016年的能耗統計，發現能耗與中壓蒸汽發汽量之間的一定關系。

從圖2中看到，8月，9月裝置蒸汽發氣量較高，相應的能耗值較低。裝置在8月與9月的處理負荷分別為95%和98%。說明裝置處理負荷對能耗和中壓蒸汽發氣量的貢獻比較大。本裝置的設計負荷為30%～110%之間波動，從目前的操作來看，當負荷達到100%時，裝置能耗達到設計值-54.2kg標油/t。

2.2設計值與實際工況存在的偏差

裝置設計值是按裝置運行滿負荷來進行衡算而得出的數據。實際運行負荷偏低時，相應的數據值存在偏低現象。從表1中可以看出：隨著裝置接近滿負荷操作時，多數操作參數與設計值接近，但3.5MPa蒸汽發氣量仍有近26%的差值。

表1　3.5MPa蒸汽系統設計值與實際值對比表

通過表1的數據，發現廢熱蒸汽發生器的出口溫度偏高于設計值，通過熱量守恒，反應爐中反應所釋放出的熱能沒有在蒸汽發生器中最大限度的轉化為3.5MPa蒸汽，其未轉換的熱量可能帶至三級硫冷器發生0.4MPa蒸汽。

如圖3所示，隨著裝置負荷的提高，3.5MPa蒸汽發氣量提高，1.0MPa耗量有所減少。裝置1.0MPa蒸汽的實際耗用量比設計值低，本裝置1.0MPa蒸汽的用途主要分為四路：預熱清潔酸性氣，預熱反應爐用風，硫池尾氣抽汽，減溫減壓至0.4MPa蒸汽使用。

圖3　3.5MPa蒸汽發氣量和1.0MPa蒸汽耗用量的關系

前三路使用的1.0MPa蒸汽耗用相對固定，一般變化不大，因此1.0MPa蒸汽耗用量降低主要是減溫減壓至0.4MPa蒸汽使用量減少。前三路1.0MPa蒸汽耗用量設計值為2.0t/h，1.0MPa蒸汽耗用總量為7.8t/h，說明第四路0.4MPa蒸汽使用量為5.8t/h，而實際1.0MPa蒸汽用量平均值為3.0t/h左右，差2.8t/h，說明0.4MPa蒸汽發氣量比設計值高2.8t/h，使1.0MPa蒸汽實際耗用量比設計值低，證明前面的判斷過程氣中的熱量未完全發生3.5MPa發氣量，部分熱量帶至三級硫冷器發生0.4MPa蒸汽。

2.3日常操作不當引起發氣量偏低

蒸汽發生器作為一個壓力容器，其操作遵循守恒定律，即日常提到的“三大平衡”：壓力平衡、物料平衡和熱量平衡。蒸汽發生器發氣量的大小在壓力及熱量平衡的一定前提下，就制約于物料平衡。

發現在蒸汽發生器爐水及蒸汽質量不好的情況下，多數班組選擇采取排污的手段進行質量調節。從物料平衡的理念分析這個調節手段還是存在商榷之處：在進料及給水量一定，蒸汽發生器壓力及熱量不發生變化時，發氣量和排污量的總和應該基本等于給水量，增加排污量，就等于降低發汽。因此，裝置規定蒸汽發生器質量調節除正常的定期排污外，應該以調節加藥量來控制其爐水和蒸汽的質量。通過一段時間的實踐，蒸汽發氣量有明顯提高，爐水和蒸汽質量也穩定在合格范圍內。這樣調節有益于：既提高蒸汽發氣量，又降低加藥量和除氧水量，同時對裝置操作的影響也最小。（具體參考圖4）。

圖4　蒸汽發生器排污調整示意圖

3　結語

3.1裝置酸氣處理量越大，3.5MPa蒸汽發氣量越大。裝置處理量接近滿負荷時，能耗能夠達到設計值-54.2kg標油/t。

3.2根據計算分析，裝置3.5MPa蒸汽發氣量低于設計值的主要原因是，反應爐后蒸汽發生器3.5MPa發氣量較低，而之后三級硫冷器發氣量較高，使裝置1.0MPa補充蒸汽量較少，3.5MPa蒸汽出裝置較低，說明反應爐后蒸汽發生器換熱效率不夠。

3.3通過對蒸汽發生器操作進行規定，爐水和蒸汽質量不合格時，調節加藥量，而不是調節排污量，來達到多發蒸汽的目的，發現3.5MPa蒸汽多發1～2t左右。

參考文獻：

[1]“6萬t/a硫磺回收裝置（#4）崗位操作法（試行）”內部資料，2016.

[2]李菁菁.硫磺回收裝置的節能措施[J]石油和化工節能2007,4.

[3]李菁菁.克勞斯硫磺回收”-克勞斯工藝的熱力學基礎[J].石油和化工節能，2007年.