液硫槽區的設計要點

張晶

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

二硫化碳作為一種重要的化工原料，天然氣法合成二硫化碳的工藝主要有低壓催化、低壓非催化和高壓非催化工藝[1]。其中天然氣低壓非催化法[2]具有投資低，操作簡便，生產連續，清潔環保等優勢，鶴壁化工有限責任公司5 萬t/a 制二硫化碳裝置便采用該工藝，以天然氣與液硫為原料通過加熱爐反應生產二硫化碳，隨著二硫化碳裝置和設備的規模越做越大，液體硫磺的儲存就顯得非常重要。本文以此裝置設計為例，簡述液硫槽區設計要點。

1 液硫的性質及對保溫的要求

硫磺,易燃固體,在《危險貨物品名表》中屬第4.1 類危險品。在常溫下為淡黃色固體，在不同的溫度下,將形成不同的同素異形體和三態。硫磺在常溫下為固體,隨著溫度的升高，液硫的流動性逐漸增強，112.8℃以下硫磺為黃色固體；112.8℃～250℃液硫為黃色液體；250℃～300℃為暗棕色粘稠液體。可見，溫度過高或過低時液硫的粘度都會急劇增加,在液硫儲存及輸送中要密切關注溫度。本項目要保證液硫卸車時的溫度為140℃，此時液硫的粘度最低，流動性最好。

2 液硫卸車

液體裝卸臂廣泛應用于石油化工行業，由于液體品種較多，化工物料特性各異，合理選用裝卸臂對安全生產很重要。根據《液體裝卸臂工程技術要求》（HG/T21608-2012），對于有腐蝕性的物料，為防止物料噴濺或確保人身安全，應采用密閉式裝卸。本項目液硫槽區，采用密閉式蒸汽夾套卸車臂，采用優質碳素鋼材質，將液硫槽車中的液硫送入液硫儲槽，為了保證液硫在裝車后，鶴管中的液硫能夠自流進槽車，所選鶴管入口接口法蘭端面應向上。按照1 h 左右卸一車及現有液硫輸送泵的輸送能力，選用接管口徑為DN80 的鶴管。所選用的鶴管為步步低的形式，鶴管中的液硫在卸車完成后，可自流進入液硫儲槽，鶴管出口管段上設置氮氣吹掃接頭，卸車完成后及時吹掃管道殘液。

3 液硫輸送及儲存

3.1 液硫管道伴熱設計

石油化工裝置的伴熱形式主要有電伴熱、蒸汽夾套伴熱、蒸汽伴熱管伴熱及熱水伴熱四種。根據硫磺的物理特性，液硫儲存方式一般采用蒸汽夾套伴熱和電伴熱兩種形式。通常，管線距離較短時采用蒸汽夾套伴熱，長距離輸送管線一般采用電伴熱。本裝置的液硫管線均采用0.45MPa 飽和蒸汽夾套伴熱加保溫，夾套管僅在內管與法蘭連接處采用焊縫外露型，其余為焊縫全隱蔽型，夾套管內管套管均采用無縫碳鋼管，液硫閥門均采用蒸汽夾套保溫球閥。夾套管熱應力按SH3401 進行計算，當管道拐彎進入液硫儲存設備時，應設置四通或法蘭接口作為清掃口；管道應采用分段設計，每段夾套管的套管長度取決于管道布置，并受內管與外管內的伴熱介質之間溫度差的限制。每節套管長度不宜超過6m。夾套管的內管和外管之間由于溫差過大或材質不同時應進行應力校核，內管所產生的熱脹量需要補償時，盡量采用自然補償或設∏型補償器，管段間采用蒸汽夾套法蘭連接便于檢修；跨接管的設計應使排放流暢，防止積液和堵塞。配管時應考慮跨接管的安裝空間，管道間距應適當加大。夾套管中的蒸汽由套管上部引入，冷凝水由套管下部排出，且在坡向的低點處設置疏水閥，供氣管線與排液凝管分別設置切斷閥。

3.2 液硫儲槽設計

液硫一般儲存于液硫池或液硫儲罐中，鑒于液硫儲罐的結構形式，液硫儲罐一般置于地平面以上，而液硫池多采用鋼筋混凝土結構，池內壁設置防腐層，池子的主體部分可以置于地平面以下，這樣方便卸車。本項目中液硫槽區內設置四個液硫儲槽，主體材料是Q345R，置于混凝土槽池，槽外壁與槽池縫隙充滿珍珠巖，以減少散熱損失。液硫儲槽工藝參數：常壓儲存，工作溫度140℃，長9100mm，寬 3000mm，高度 2400mm，全容積 60m3。為補償液硫儲槽環境熱量損失在儲槽內設置加熱盤管，根據熱負荷計算[3]，儲槽內設置七組單螺旋蒸汽加熱盤管，盤管材料是304，加熱盤管經人孔插入儲槽內部距底200mm 處，盤管段浸沒于液硫液面以下。這樣保溫和加熱措施共同作用，能夠彌補從設備和外部熱交換損失的熱量，確保了溫度在可控制的范圍內[4]。槽區東側第四個液硫儲槽設置活動蓋板，作為固體硫磺倒料口，當槽區液硫供應不足時兼做熔硫槽使用。

3.3 液硫泵的選型

在國內，90%的硫磺回收以及制硫酸裝置中，液硫泵均采用的是符合API610 標準的VS4 型長軸液下泵[5]。本項目液硫槽區中每個液硫槽配置兩臺液硫泵，一開一備。硫磺液下泵是在普通液下泵的基礎上，根據液硫輸送特性，開發的輸高溫液態硫磺的專用液下泵。該泵是一種保溫型立式液下泵，泵的出液管、泵體、泵蓋均設有保溫夾套，起到蒸汽循環確保液體不結晶。轉速為2900rpm，功率為22KW，流量為12.5m3/h，揚程為80m，液下深度2m，泵的底部安裝閉式葉輪及過濾網。泵軸采用多點支撐，滑動軸承的潤滑采用介質液硫自動潤滑，潤滑完成后，在重力作用下回流至液硫儲槽中。根據API610 附錄表格G.1 中的“離心泵用材料選用指南”[5]，對于介質為液態硫磺的泵選用S-1 材質（壓力泵殼為碳鋼，其他主要過流部件采用鑄鐵）即可，本項目液下泵材質為碳鋼。

4 結論

液硫儲槽作為二硫化碳生產中的原料儲存設備，關系到整個生產裝置的正常運行。危險性較高，設計階段應該全面考慮，以介質物性為依據，正確選用設備及管道材質、保溫方式，從源頭上做到精細設計，注重每一個細節，規范合理的設計液硫槽區是保證安全生產的關鍵和源頭。