淺談硫磺回收裝置的平面布置和管道設計

王懷廷

摘要：經濟在快速的發展，社會在不斷的進步，隨著國內煉廠原油加工量的擴大及加工進口含硫原油比例的增加，硫黃回收裝置在逐步大型化。為了滿足環保的要求，一旦硫黃回收裝置因事故停車，其他的上游裝置也會被迫停工或減產，造成工廠不應有的損失。同時，鑒于硫黃回收裝置規模大，原料來源多，組分復雜，波動范圍大，而且又是全廠性配套裝置，這就要求硫黃回收必須安全可靠。因此，提高硫黃回收裝置的運行可靠性和延長裝置的開工周期是非常重要的。

關鍵詞：硫磺回收;平面布置;夾套管伴熱

引言

近年來，隨著世界石油資源趨于重質化和劣質化，原油中硫含量不斷增加，高含硫原油中的硫化物在加工過程中轉化為H2S和SO2等有害物質，而H2S對設備、管線腐蝕嚴重，同時會污染環境，因此，硫磺回收工藝越來越受到重視。硫磺回收裝置的原料主要是來自上游生產裝置產生的酸性氣，經克勞斯（Claus）硫磺回收工藝生成液硫，由于其凝點較高容易因溫度下降而凝結，會造成設備及管道堵塞。

1 平面布置

目前，我國的綜合國力在快速的發展，社會在不斷的進步，首先要根據工藝流程確定各單元的相對位置。按《石油化工企業設計防火規范》的要求確定設備間距，同時要留有操作、檢修、吊裝所需的場地和通道。采用流程式布置，為防止堵塞、控制溫降、壓降等問題，工藝要求設備相對集中。采用多層構架立體布置，充分利用空間。Claus法硫黃回收裝置的主要工藝設備有：酸性氣燃燒爐，一級反應器，二級反應器，加氫反應器，一、二、三級冷凝冷卻器，硫池，尾氣焚燒爐和煙囪。根據工藝流程，構架設3層，反應器放在構架最上層，一、二、三級冷凝冷卻器放在構架二層，酸性氣燃燒爐放在構架地面上。依據《石油化工企業設計防火規范》（2008）中的規定，尾氣焚燒爐（明火設備）宜布置在裝置邊緣、靠近消防通道，且位于可燃氣體、液化烴、甲B類液體設備的全年最小頻率風向的下風側，同時與控制室、壓縮機廠房等其他工藝設備保持嚴格的防火間距，爐子所需的風機可就近布置在管橋下方。燃料氣分液罐與爐體的防火間距不少于6m，通常分液罐放在裝置的管橋一側，可跟其他罐成組布置。該裝置的主要廢氣污染源為從煙囪排放的煙氣，煙氣的主要有害成分為SO2，經過焚燒后的煙氣中SO2含量很低，但為了安全起見，煙囪還是要布置在人員集中場所、明火或散發火花地點的全年最小頻率風向的上風側，要根據裝置所在區域風向來確定具體方位。硫黃倉庫間是液硫成型、包裝、存放的場所，屬于丙類倉庫，其與其他建筑、明火或散發火花地點等防火間距必須符合《建筑設計防火規范》（GB50016-2006）第3.5條的規定，距明火設備至少15m。倉庫的大小要考慮硫黃日產量、存放時間和叉車運輸等方面因素。硫成型前裝置內產生的所有的液硫都要流進硫池，再由泵將液硫抽出送至成型造粒機。由于液硫黏稠、易凝固的特性，要求硫池與所有產硫設備及成型造粒機之間連接的管道盡可能短一些，一般硫池設在構架邊，且距倉庫盡量近，以保證進硫池的管道長度短且少拐彎（液硫靠自流進硫池，壓力小、易凝固）。

2 管道設計

根據硫磺的性質，為了防止液硫凝固，保持液硫管道具有良好的流動性，因此需要采用伴熱較為均勻的蒸汽夾套管伴熱的方式伴熱，可以充分利用硫磺回收裝置自產的170℃左右、0.35MPa低壓蒸汽。對于過程氣，溫度一般在170～400℃，即使有局部熱損失也不會低于硫蒸汽露點溫度（130℃）而結晶堵塞管道，過程氣管道不再采用夾套和蒸汽伴熱。此外，為了防止尾氣管道中硫結晶，設計中采用1.0MPa蒸汽伴管伴熱。1）夾套管的組合尺寸和連接形式夾套管管道、閥門、管件應根據設計壓力、設計溫度和介質性質等設計條件確定，一般夾套內管選擇用無縫鋼管，外管可采用無縫鋼管或焊接鋼管，除非有特殊規定外，外管尺寸一般比內管大一級或兩級。內管和套管的連接型式有內管焊縫隱蔽型（全夾套）和內管焊縫外露型（半夾套）兩種，根據《石油化工管道伴管和夾套管設計規范》SH/T3040-2012規范要求，當介質凝固點高于100℃時，應選用內管焊縫隱蔽型夾套管，管道上的閥門、法蘭、過濾器等應為夾套型。法蘭式夾套管用于內管焊接隱蔽型時，有以下三種連接類型。（1）對焊式法蘭外管焊接為環焊縫，可以進行射線探傷檢測，焊縫強度較好;（2）不銹鋼襯墊承插式法蘭制造簡單，施工方便，但由于其與管道焊接為角焊縫，無法進行射線探傷檢測，而且無法保證焊接強度，不適于溫度壓力高，口徑大的管道;（3）平焊式法蘭傳熱效果好，而且受熱均勻。2）夾套管伴熱系統管道設計根據SH/T3040-2012規范，夾套管伴熱系統管道設計有以下幾點要求。（1）在硫磺裝置中夾套管水平敷設有2%的坡度要求，且套管內介質流向應與坡度保持一致;（2）夾套管的布置應避免死角或“U”形彎，當不可避免時，宜在其低點處設排凝口;（3）每節夾套管的長度取決于管道布置方案，并受內管與套管熱膨脹量差的影響，為了減小分節式夾套管應力可以選用伴熱介質溫度與被伴熱介質溫度接近，內外管溫差一般取10℃。同時縮短夾套管段長度，每節夾套管的長度6m內;每節夾套管之間的蒸汽管宜采用跨接管串接，跨接管宜法蘭連接并應防止積液和堵塞，同時考慮其安裝和檢修空間，跨接管低點是否設排凝口可酌情確定。（4）在硫磺裝置中閥門也采用夾套伴熱，夾套閥門包括：夾套球閥、蝶閥、閘閥和旋塞閥，目前裝置中多采用夾套球閥并采用全通經設計。（5）為了便于安裝、檢修，一般用夾套四通代替夾套三通、夾套彎頭。（6）除管道布置結構限制外，夾套管焊縫位置應滿足一下四點要求：①夾套管直管段焊縫間距應滿足內管不小于200mm，外管不小于100mm;②環向焊縫距管架不應小于100mm，且不得留在過墻或樓板處;③內管焊縫上不得開孔或連接支管段;④水平管道套管剖切的縱向焊縫，應置于易檢修的部位。（7）夾套管的內管和套管之間應采用定位板定位，定位板與內管材質一致，并焊接在內管外壁上，定位板與套管內壁間隙為1～1.5mm，定位板的安裝方位不能影響環隙介質的流動和內管熱位移。

3 結語

綜上，硫黃回收裝置因其介質腐蝕性強，易堵塞的特性，要求設計人員在設計時要考慮全面，優化設備平面布置，合理布置管道走向，做到經濟、美觀、安全可靠，以滿足正常生產需要，提高裝置的使用壽命。

參考文獻：

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