硫回收裝置常見問題分析及解決措施

李明明，王 輝,滿昌龍

(新能鳳凰(滕州)能源有限公司， 山東滕州 277527)

新能鳳凰(滕州)能源有限公司2006年開始建設年產720 kt煤制甲醇項目，硫回收裝置于2009年建成。硫回收裝置采用三級克勞斯串聯一級超級克勞斯的荷蘭Jacobs(JNL)公司的工藝技術，裝置能力可年產20 kt硫黃。

酸性氣體在酸性氣燃燒爐內和O2進行不完全燃燒，使酸性氣體中略小于三分之一(體積分數)的H2S燃燒生成SO2，未燃燒的H2S和燃燒生成的SO2在高溫條件下發生反應生成S和H2O，剩余的H2S和SO2在催化劑的作用下發生克勞斯反應進一步生成S和H2O，生成的S經冷凝和捕集得到回收，H2S體積分數約0.77%的尾氣進入超級克勞斯反應器，在超級克勞斯催化劑的作用下將H2S選擇性地氧化為單質S，生成的S經冷凝和捕集得到回收，尾氣經尾氣焚燒爐焚燒后，達到環保排放標準要求后進行排放。

硫回收裝置在近幾年運行中常遇到設備腐蝕、嚴重泄漏、硫黃堵塞等問題，影響著硫回收裝置的安全穩定運行，嚴重時可造成系統停車。

1 工藝流程

低溫甲醇洗工段來的酸性氣，經酸性氣預熱器預熱后進入酸性氣燃燒爐與O2進行不完全燃燒，產生部分單質S，經硫冷凝器冷卻后液硫送至液硫池；氣相經再熱器加熱后送至一級克勞斯反應器反應，反應氣再經硫冷凝器冷卻分離液硫后，經再熱器加熱送至二級克勞斯反應器；反應氣再經硫冷凝器冷卻分離液硫后，經再熱器加熱送至三級克勞斯反應器；硫冷凝器冷卻分離液硫后，工藝氣經超級克勞斯氧化反應后去尾氣焚燒爐，也可直接送至尾氣焚燒爐[1]。

2 常見問題的原因分析及解決措施

2.1 設備腐蝕

2.1.1 原因分析

設備腐蝕分為兩類，一是工藝氣系統設備腐蝕，二是硫回收蒸汽及伴熱系統腐蝕泄漏。

工藝氣系統環境復雜，系統溫度變化劇烈，設備管道腐蝕問題較為突出。腐蝕原因主要有：高溫硫化腐蝕、低溫濕硫化氫腐蝕、酸露點腐蝕、應力腐蝕等[2]。在高溫下H2S與元素S會與材質中的Fe發生反應生成FeS，從而腐蝕設備管道；高溫硫化腐蝕主要存在于酸性氣燃燒爐與廢熱鍋爐連接處、廢熱鍋爐及廢熱鍋爐出口管道等。在低溫下冷凝的水與H2S生成氫硫酸，與金屬發生氫電化學腐蝕。低溫濕硫化氫腐蝕主要發生在酸性氣及工藝氣管道，以及硫冷凝器內壁、管板、封頭等部位。當介質溫度降低時,工藝介質中SO2和SO3會溶解于冷凝下來的水中，從而形成酸露點腐蝕;酸露點腐蝕主要發生在尾氣焚燒爐、二級廢熱鍋爐及后續尾氣管道中。熱應力及焊接殘余應力在腐蝕性介質(H2S、SO2、SO3)下的腐蝕現象主要發生在硫冷凝器及廢熱鍋爐的管板與管束的焊區。

硫回收蒸汽及伴熱系統的腐蝕泄漏，主要為伴熱管道的腐蝕泄漏及法蘭的泄漏。硫回收裝置伴熱管線較多，且均為碳鋼管道，在長期使用過程中極易在焊縫及管道薄弱處發生泄漏。法蘭泄漏分為腐蝕泄漏與液擊造成的法蘭泄漏[3]。

2.1.2 解決措施

設備腐蝕較為嚴重的代表是酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐的泄漏。2019年4月20日發現酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐出現泄漏，停車查漏發現一處管板出現漏點，進行補焊后恢復投用。2019年7月12日又發現酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐發生泄漏，停車查漏發現兩處新漏點，對漏點處列管及周圍列管進行堵漏，共計堵漏14根列管。對管板進行探傷未發現問題，全部更換陶瓷套管及澆注料，檢修后投用。2019年8月6日又發現廢熱鍋爐出口溫度下降，一級克勞斯床層溫度下降，尾氣焚燒爐后尾氣中SO2含量增加等現象，經研究判斷酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐又發生泄漏。該廢熱鍋爐處主要發生高溫硫化腐蝕和應力腐蝕。酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐在硫回收裝置中有著非常重要的作用，若出現故障，整個硫回收裝置就需要停車，因此決定更換酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐。

系統內的設備腐蝕無法根除，伴熱設備的腐蝕可以解決。伴熱管線多為DN20、DN25、DN40的低壓管道，漏點部位較多，長期檢修費用較多。伴熱管線的材質由碳鋼材質更換為不銹鋼材質，由于管道細，更換成本較低。液硫池內伴熱管道腐蝕較快，也更換為不銹鋼材質管道。伴熱管道更換完畢后，現場蒸汽漏點數量降低了90%以上。節約了原每月帶壓堵漏或補焊產生的一部分檢修費用。從長遠角度看節約了設備檢修成本和人工勞動量。

在改造伴熱管線時將伴熱蒸汽由就地放空改為將伴熱管線集中至氣液分離罐，將未利用的蒸汽進行回收。這樣既回收了部分蒸汽，又減少原來因疏水閥開度過小，汽水混合態造成的蒸汽法蘭泄漏問題。

2.2 硫黃堵塞

2.2.1 原因分析

堵塞部位較為常見的有硫冷凝器液硫出口球閥、液硫管、液硫封、液硫總管。對堵塞部位進行拆檢清理時發現堵塞物為保溫不到位凝固的硫黃，除硫絲網脫落的絲網細絲，設備內部腐蝕生成的FeS、FeSO3、FeSO4等腐蝕物與硫黃的混合物，銨鹽結晶物等。

根據對堵塞部位的檢查及分析，分析堵塞原因大致分為以下幾種：

(1) 硫黃管道伴熱存在死角。硫黃管道部分未采用夾套伴熱管，液硫管的法蘭未使用夾套法蘭，靠近法蘭處伴熱不充分，蒸汽壓力低或者生產波動時極易造成伴熱不充分部位堵塞，以致整個液硫管堵塞。

(2) 由于系統內設備腐蝕、設備內件的損壞，以及系統內雜物帶入液硫管、液硫閥和液硫封等通道較小處產生積聚，造成液硫閥、液硫封、液硫管道堵塞。硫回收酸性介質貫穿整個裝置，在該環境下設備易發生腐蝕，生成FeS、FeSO3、FeSO4等腐蝕物；設備在輕微過氧時會與硫黃反應生成SO2釋放大量的熱，極易燒壞除硫絲網等設備內件；設備檢修時產生的少量的澆注料粉帶入后系統；催化劑老化、粉化產生的催化劑粉也容易混入液硫內。

(3) 酸性氣中帶有部分微量的氨類物質，在酸性氣燃燒爐中溫度低于1 250 ℃未燃燒成N2，銨鹽在后續管道中結晶，堵塞管道。通常認為，在酸性氣燃燒爐后工藝氣中NH3體積分數小于150×10-6時，不會造成銨鹽堵塞問題；NH3體積分數大于300×10-6時，銨鹽堵塞風險很大；NH3體積分數達到或超過1 000×10-6的裝置幾乎全部出現銨鹽堵塞。該硫回收裝置設計處理汽提氣與酸性氣，但實際運行未處理汽提氣，只處理酸性氣。低溫甲醇洗裝置前變換氣脫氨塔運行效果差，造成酸性氣中帶有少量的氨類物質。利用一股配氣管線直接將酸性氣送入主燃燒室后部，使過多的酸性氣在酸性氣燃燒爐內的停留時間低于1 s。酸性氣燃燒爐爐溫控制在1 000～1 100 ℃，低于使NH3分解的1 250 ℃以上爐溫的要求。

硫黃堵塞的后果較為嚴重，硫冷凝器后的管道設備堵塞后易造成硫冷凝器內積硫，當液硫累積到一定程度后將會阻礙系統氣體向后流動，酸性氣燃燒爐壓力出現波動性升高，嚴重時造成系統停車。

2.2.2 解決措施

解決硫黃堵塞的措施是根據硫黃堵塞的原因進行分析來分類解決。

(1) 液硫管線的法蘭全部更換為夾套法蘭，保證液硫管伴熱無死角。液硫總管末端進入液硫池的半米長的非夾套伴熱管更換為夾套伴熱管，避免總管末端液硫凝固造成整個管道液硫堵塞。

(2) 系統內雜質和設備腐蝕的鐵銹等物質首先會積存在硫靴內,然后會積存在液硫內，因此每次檢修都應清理硫冷凝器后的硫靴及液硫封。同時，在開車前先對系統進行吹掃，盡量減少系統各類細小顆粒的殘存。在正常生產時嚴格控制酸性氣燃燒爐的供氧量，調配去燃燒室與后燃燒室的酸性氣量，保證O2在燃燒室內全部反應。

(3) 檢修酸性氣燃燒爐去后燃燒室的酸性氣閥門，減少去后燃燒室的酸性氣量，使酸性氣中NH3更多地在燃燒室反應，減少帶入后系統的NH3。控制酸性氣中H2S體積分數不低于30%，進入燃燒室的酸性氣越多則火焰區的溫度越高。酸性氣燃燒爐的溫度控制在1 250～1 300 ℃，確保達到NH3完全燃燒的火焰溫度。同時，聯系低溫甲醇洗工段解決其變換脫氨塔問題，從根源上減少或者杜絕酸性氣中帶NH3的情況。

3 結語

針對克勞斯工藝常見的兩個問題，即硫黃堵塞和伴熱管線蒸汽泄漏問題，提出相應的改造措施，減少了以上兩個問題發生的概率。既保證了裝置的安全穩定運行，又降低了運行成本和員工的勞動量。