硫磺回收裝置液硫夾套管線設計要點

摘 " " "要：對硫磺回收裝置進行了簡單的介紹，根據液硫管線的特點，對液硫管線夾套管的選材和相關管件的選擇進行了探討。介紹了蒸汽夾套伴熱系統的設計要點，提出了夾套伴熱在設計中應該注意的事宜。對夾套管的施工進行了簡單介紹，將設計與施工相結合，在工程設計中應充分考慮施工過程的可操作性，使夾套管線的配管盡量最優。介紹了硫磺回收裝置中液硫夾套管線在設計中應該注意的事項，合理進行配管設計不僅能為裝置的施工提供便利，更能為裝置投產以后安全有效穩定運行提供保障。

關 "鍵 "詞：硫磺回收；液硫管線；蒸汽夾套；夾套伴熱

中圖分類號：TQ051 " " 文獻標識碼： A " " 文章編號： 1004-0935（2023）07-0999-04

隨著工業的發展和資源的開發利用，為人們生活帶來便利的同時，環境污染問題也日益嚴重。為此，近年來，國家相關環境部門修訂了相關規范，對大氣污染物的排放要求越來越嚴格。為相應國家的環保要求，各煉油廠均對現有裝置進行廢氣改造或新建廢氣治理裝置。

硫磺回收裝置屬于煉油廠的“三廢”處理裝置，是煉油廠的必備環保裝置之一，在全廠裝置中一般處于末端的地位。廣義的硫磺回收裝置一般包括指硫磺回收和尾氣處理兩個單元。它主要是處理來自酸性水汽提裝置的含氨酸性氣和其它上游裝置的清潔酸性氣，酸性氣通過管道輸送至硫磺回收裝置。硫磺回收裝置的工藝是通過高溫條件下的化學反應，將原料氣中的H2S轉化為硫磺。它將排放到大氣中的硫進行回收，處理完畢后的產品為硫磺。硫磺是無機農藥中的一個重要品種，廣泛應用于制造燃料、農藥、火柴、火藥、橡膠、人造絲等。由此可見，硫磺回收裝置具有極大的環保意義和經濟效益。

1 "液硫管線的特性

硫磺回收裝置的產品為硫磺，產品以液體輸送和固體成型造粒包裝兩種方式出廠。在硫磺回收裝置界區內，固體硫磺成型前主要以液體形式在管道中輸送。液體硫磺凝固點比較高，大約在120 ℃。硫磺的熔點是113 ℃，溫度低于121 ℃時開始由液態變成固態，在130～160 ℃時黏度最小，對操作工況和管道設計要求較高，通過管道輸送時很容易堵塞。從液硫的黏度與溫度關系的特性上考慮，在輸送過程中，管道的溫度需要維持在130～160 ℃。溫度過高時，會破壞S環鏈，液硫黏度隨之增大，主要體現出塑性流體的性質；溫度過低時，則容易使液硫凍堵或熔硫困難，從而影響液硫管道的安全平穩運行[1-2]，因此維持介質溫度顯得尤為重要。普通保溫很難達到此要求，目前，廣泛采用夾套伴熱的方式來保證介質溫度。伴熱形式分為多管伴熱和單管伴熱，苛刻隔熱工況下還需加裝導熱膠泥來提高傳熱效率[3-4]。

2 "伴熱類型

石油化工裝置中的管線伴熱常用的類型有：熱水伴熱、蒸汽伴熱、電伴熱。液硫管線需要維持的溫度在130～160 ℃，而伴熱熱水自身的溫度一般為70～90 ℃，熱水溫度低于被伴管線介質溫度，因此熱水伴熱不能滿足液硫管線伴熱對溫度的要求。雖然電伴熱既經濟又可靠，還方便施工和維護，且能對被伴對象的溫度能夠實現精準控制和遙控，但由于硫磺回收裝置自產蒸汽，因此在硫磺回收裝置界區內短距離的液硫輸送一般不常用電伴熱。對于裝置外涉及到長距離的液硫輸送時，采用蒸汽夾套伴熱投資和維護費用高、凝結水回收困難、夾套內漏造成管道堵塞難以處理等問題[5]，可考慮采用電伴熱的方式對液硫管線進行保溫。液硫管線需要維持的溫度在130～160 ℃，對應的飽和蒸汽約為0.35 MPa，而硫磺回收裝置內部自產1.0 MPa和0.35 MPa蒸汽，且蒸汽也難于有別的用途，所以，在硫磺回收裝置內，選擇蒸汽作為伴熱介質來為液硫管線伴熱合理又經濟。

3 "夾套管材質的選擇

傳統克勞斯工藝的硫磺回收裝置內的液硫主要是通過一、二、三級冷凝冷卻器生產，溫度在160 ℃左右，理論上不存在低溫硫化氫和高溫硫腐蝕的環境[6] ，夾套內管材質多選用20#鋼。

使用蒸汽作為伴熱介質時，外管內的介質為蒸汽，內管與夾套外管的連接形式常選用全夾套（內管焊縫隱蔽型）[7]，夾套外管材質常選用20#鋼。

4 "夾套管內外管尺寸組合

夾套內管和夾套外管均可選用無縫鋼管或焊接鋼管，通常情況下，為減少焊縫腐蝕和泄漏風險，不分管徑大小，夾套內管均采用無縫鋼管；而夾套外管，小于 DN400時，選用無縫鋼管，大于等于 DN400時選用焊接鋼管和無縫鋼管均可。夾套外管的公稱直徑通常比內管大一級或者二級。夾套管的內外管尺寸組合可參考相關國家規范。再實際設計中工作，選擇直管段的內外管徑時，應同時考慮夾套法蘭的內外管尺寸組合，尤其是大管徑法蘭更應引起重視。

5 "夾套管管件的選擇

5.1 "彎頭

a.內管彎頭曲率半徑小于或等于長半徑彎頭（即≤1.5 DN）時，外管彎頭曲率半徑常選用短半徑彎頭（即=1.0 DN）。

b.內管彎頭曲率半徑等于或大于3 DN時，外管彎頭常用剖切彎頭，且外管的曲率半徑可與內管曲率半徑一樣[8]。

5.2 "三通和四通

為便于施工，外管的三通和四通常采用剖切型，根據剖切方法不同，又可分為橫剖切和縱剖切。施工時，需要將內管套入外管內，工程設計時選用橫剖切式比縱剖切式更方便施工。

5.3 "異徑管

夾套管需變徑時，內管和外管均選用標準件，可以是焊接式，也可以是無縫式。但施工時應注意將焊縫錯開，距離不得小于50 mm。

6 "伴熱系統

6.1 "伴熱長度

夾套管伴熱所需的總熱量應為蒸汽伴管的管道熱損失量、夾套管管道的熱損失量和未夾套部分的熱損失量三者之和，設計時應全面考慮。為防止熱損失過多，設計時，套管的伴熱長度（即：夾套管蒸汽引入口到凝結水排出口）需根據蒸汽壓力和套管管徑來選取，硫磺回收裝置中的液硫管線一般用0.35 MPa蒸汽伴熱，該壓力下的蒸汽套管伴熱長度見表2。

6.2 "蒸汽伴熱站、疏水站

裝置的蒸汽主管一般位于主管廊的最上層，最上層管廊一般設有檢修平臺。蒸汽伴熱站的引入管作為蒸汽支管，應從蒸汽主管的上部引出，且在靠近引出點設置切斷閥，為便于在管廊平臺上操作該切斷閥，因此蒸汽主管一般靠近檢修平臺敷設。蒸汽支管也可以從裝置內（如構架）的蒸汽管線上引出，但應注意不能從對用汽條件有嚴格要求（如：液硫池上的滅火蒸汽管道、塔上的消防蒸汽管道）的蒸汽管道上引出。

疏水站作為伴熱完畢后的蒸汽回收點，經疏水閥將凝結水進行回收。設計時應注意為防止發生“氣阻”現象，應將裝置內不同壓力的蒸汽凝結水接至對應的凝結水總管。凝結水支管在接入總管時，應順介質流向斜45°接入，以降低管道阻力，減少發生氣阻的可能性。

蒸汽伴熱站和疏水站可垂直安裝也可以水平安裝，可以由施工單位現場制作，也可從專業廠家進行成品定制。水平安裝時，為使閥門方便操作且管道間距最小（一般取100 mm左右），每根伴熱蒸汽管線上的閥門應錯開布置。每個伴熱站和疏水站設計時應考慮預留1個或2個備用點，以備裝置后期改造之需或施工時對伴熱點進行調整。

6.3 "蒸汽伴熱管

蒸汽伴熱管引自伴熱站，至被伴熱管道，伴熱完畢至疏水站進行疏水回收。管道布置時應注意以下幾點：①水平安裝的夾套管道的蒸汽伴管給汽點一定要安裝在管系的最高點；排凝點必須在管系的最低點；管系的中間過渡伴管應從管底引出，宜從下一管元的上、中部引入，依次施工蒸汽伴管。②垂直安裝的夾套管道的蒸汽伴管給汽點一定要安裝在管系的最高點；排凝點必須在管系的最低點，再引入下一管元的上、中部，依次施工蒸汽伴管。③夾套管道的蒸汽伴管從給汽至排凝宜采用“步步低”的安裝方式。④夾套管道的一個給汽點，可以同時有2～3個排凝點；決不可以多個給汽點共用一個排凝點。⑤為保證夾套管線疏水暢通，水平安裝的夾套蒸汽連通管應安裝在主管的下側；夾套閥水平安裝時，要保證其夾套蒸汽由閥門中、上部引入，在閥門底部最低點疏水；夾套閥垂直安裝時，要保證夾套蒸汽由上部引入，在閥門最低點疏水。

7 "施工中應注意的事宜

夾套管主要由內管、外管和跨接管等相關附件組成，施工比一般工藝管道復雜得多。除跨接管外，內管和外管均采用管道預制工藝進行施工。施工過程中一定要注意保證施工質量，避免返工造成人力的浪費和影響工程進度。由于小管徑的夾套管段容易出現下撓變形，而液硫管線在設計中是有坡度要求的，這種變形就很難保證設計要求的坡度，施工時應重視此類小管道，管道預制時設置必要的臨時支架或增加支架。

為防止內管、外管偏心，夾套內管采用定位板定位，施工時應保證套管與內管間的間隙均勻，并按設計要求的間距設置定位板，定位板不得妨礙內管與外管的伸縮。夾套管預制完成后，除定位板以外的內管上的焊縫都應外露，或移動外管后可以看到，以方便焊縫的質量檢驗。待內管焊縫探傷質量合格后，才能將外管焊接完畢。

總之，施工組裝時應盡可能減少外管焊縫，少加調整段，減少焊接變形[9]，應仔細研究設計圖紙，根據每個夾套管系的連接特點，針對性的制定合適的施工方案。

8 "設計中應注意的事宜

為方便施工，對于比較長的直管段，應每隔6 m應安裝一對法蘭。為保證伴熱效果同時方便施工，

保溫夾套的長度規定如下：≤DN 350管道：夾套最小長度≮200 mm；＞DN 350管道：夾套最小長度≮0.5 DN。夾套伴熱的管線，設計時應在適當位置設置高點放空，低點排凝并設置疏水，若形成“袋形”會阻礙蒸汽的流動，影響伴熱效果。對于小直徑管道尤其是夾套管線，一定要引起重視，加強支撐，防止管線“塌腰”。另外夾套伴熱系統中應避免出現死角，以免出現凝結水積液現象，進而為電化學腐蝕創造條件[10]。

9 "結語

液硫管線的設計是硫磺回收裝置的核心內容，同時要保證管線內部液硫的正常輸送，夾套伴熱亦占據著重要地位。硫磺回收裝置內有液硫管線多，敷設路徑復雜，做好液硫管線的設計，是裝置后期安全生產的保障。夾套伴熱工程更是繁瑣，做好伴熱系統流程圖的設計內容是保證伴熱系統合理分配的重要條件，也是重要的施工依據。在設計工作中，要考慮每個工程的現場實際情況，完善優化設計方案，多為施工提供便利。在遵守國家相關規范條例和滿足工藝流程要求的前提下，配管時做到經濟可靠、操作方便、美觀整齊，合理規劃并優化設計，以保證裝置長期可靠安全運行。

參考文獻：

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[10]喻澤漢，蔣銳君. 天然氣凈化廠液硫夾套管線的腐蝕與維修[J]. 石油與天然氣化工，2006， 35（6）：453-454.

Key Points For Design of Liquid Sulfur Jacketed

Pipeline in Sulfur Recovery Unit

QING Xiao-ke， FANG Zhi-hua

（Shandong Sunway Chemical Group Co.， Ltd.， Qingdao Shandong 266071， China）

Abstract： "The sulfur recovery device was introduced. According to the characteristics of the liquid sulfur pipeline， the selection of materials for the jacketed pipe of the liquid sulfur pipeline and the selection of relevant pipe fittings were discussed. The design essentials of steam jacket heat tracing system were introduced， and the matters needing attention in the design of jacket heat tracing system were put forward. The construction of jacketed pipe was briefly introduced. The design and construction were combined， the operability of the construction process should be fully considered in the engineering design to optimize the piping of jacketed pipe. The matters needing attention in the design of the liquid sulfur jacketed pipe line in the sulfur recovery unit were introduced. Reasonable piping design can not only facilitate the construction of the unit， but also guarantee the safe， effective and stable operation of the unit after it is put into operation.

Key words： Sulfur recovery; Liquid sulfur pipeline; Steam jacket; Jacket heating