硫磺回收装置常见问题与解决对策

夏晓涛(中国石油天然气股份有限公司广东石化分公司，广东 揭阳 515200)

0 引言

石油化工企业中硫磺回收的工艺主要为氧基硫硫磺回收工艺以及亚露点硫磺回收工艺。氧基硫硫磺回收工艺技术中回收主要是通过酸性气体处理冰冷低温的甲醛来回收二氧化硫中的硫元素以及作为单独质子的硫元素，氧基硫硫磺回收技术主要分为分流法、燃硫法和部分燃烧法三大类。氧基硫硫磺回收的基本过程表现为，首先使二氧化氢与氧气相互作用产生二氧化硫，然后对硫化氢与二氧化硫进行催化，使他们相互作用产生克劳斯反应，最终达到回收硫磺的目的。亚露点硫磺回收工艺技术也是目前市场上应用较为广泛的回收技术之一，其应用率仅次于氧基硫硫磺回收工艺，主要适用于天然气及尾气中的硫磺回收。当气温低于硫磺露点时，各种元素在催化剂的作用下发生克劳斯化学反应而作用于酸性气体，此即为露点硫磺回收工艺技术的关键所在，因此此种技术又被成为低温克劳斯工艺。石油企业的硫磺回收装置通常由CLAUS系统、液硫脱气系统、尾气处理系统和公用系统构成，在长期的使用过程中会因各种原因造成硫磺回收装置出现一些常见问题，严重时会导致其符合降低到标准负荷的30%，这种低负荷运行状态对于石油企业的生产效率有着十分不利的影响。为此针对硫磺回收装置低负荷运行的问题进行分析和研究是十分必要且十分重要的。[1]

1 制硫燃烧炉后温度偏高的问题与解决对策

在硫磺回收装置中，引发制硫燃烧炉后温度偏高的因素是非常多的，第一，制硫炉的如果运行时间过长，那么又非常大的可能会使炉后管线出现积硫问题；第二，燃烧炉汽包对于污染物的排放不及时，长时间如此导致汽包出现结垢问题，继而引发汽包热效率出现下降，最终致使其发生温度偏高问题，且汽包的产气量会缓慢下降。[2]第三，原油含硫量的不断上升以及汽包压力变大都会引发制硫燃烧炉后温度偏高问题的出现。

制硫燃烧炉运行中，一旦发生温度偏高问题，那么将会对硫磺单元的负荷直接造成影响，所以实际生产汇总制硫燃烧炉的蒸汽在进入硫冷器时，其温度应该保持在合适的范围内。某炼油厂的硫磺回收装置，由于其运行过程中对于进入硫冷器的蒸汽温度控制出现问题，导致其制硫燃烧炉后温度发生偏高现象，最终引发了硫冷器的内漏，对整个生产线的正常运行造成了较大的影响。

解决对策如下：在硫磺回收装置制硫燃烧炉实际运行中，为了避免其发生温度偏高问题，可以选择使用下面一些措施：第一，对炉后容易发生积硫问题的管线部位，在日常维护挂历中要加强对其进行检修，保证其排硫通畅。另外，需要注意的是，如果发生停工，那么不断停工时间多久，停工之后都需要把制硫燃烧炉的后排污打开，以便于将管线内的积硫全部排空；第二，要重视对汽包排污的重视程度，如果发生汽包发生堵塞或者结构，要及时进行处理；第三，工作人员要对原油中的硫含量进行较好的控制，尽可能的避免原油中硫含量过高，确保原油硫含量处于设备的处理范围之内；第四，在确保汽包压力能够满足化工生产实际需求的前提下，应该尽可能的使汽包压力降低，从而避免设备长时间发生超负荷运转。

2 酸性气含烃超标问题与解决对策

硫磺回收装置中硫化氢和二氧化硫的比值满足设计要求时才能确保Claus反应的平衡转化率达到较高的标准。而硫化氢和二氧化硫的比值需要通过配风调节来实现。如果硫磺回收装置在低负荷工况下运行，酸性气体量较少，助燃空气的量也随之减少，当酸性气体量发生较大的波动时，风量的波动性也会加剧，这样就给配风调节加大了难度。配风调节难度的增大不仅会造成硫的回收效率降低，而且还会造成反应器内的催化剂极易因积硫自燃而失效。此外，硫磺回收装置低负荷运行还会引起反应器入口温度波动性大，由于温度难以控制造成系统装置内部反应效率降低，硫磺冷凝大量堵塞装置管路，造成内部积硫的问题。

解决的对策如下：在硫磺回收装置低负荷运行时，工作人员可根据原料中酸性气体的组分来对配风量进行及时调整。对于催化剂因积硫自燃失效的问题，可以从控制和调整副风量来改善，同时结合尾气分析装置进行实时检测，确保硫化氢和二氧化硫的气量比值维持在合理的设计范围内，结合实际经验，当2倍的硫化氢气量与1倍的二氧化硫气量比值在0～0.5范围内时，对防止催化剂积硫自燃具有较好的效果，在这一参数范围运行状态下，硫的回收率较高。对于原料酸性气体波动频率较大，造成配风流量调节困难的情况，工作人员可以在装置低负荷运行时检查风量控制的阀门启闭形式，将风量控制阀门由自动控制转为手动控制形式，通过主风流量阀门固定再微调副风控制阀门，这样可以有效提高配风量的调节控制效率。针对反应器入口温度低的问题，工作人员可以调整中压设备的蒸气压力，通过中压压力提高来促使中压蒸气温度上升，以此来改变反应器入口温度，使温度提升到设计范围内。针对催化剂容易积硫自燃的问题，工作人员可以通过反应器入口温度以及催化剂床层底部温度二者之间的差值来间接判断催化剂的反应效率，如果上述二者之间的温度差值较小，可以适当提高反应器入口温度，尽可能避免催化剂发生严重的积硫现象，减少对反应效率的不利影响。

3 系统压降升高问题与解决对策

硫磺回收装置通常由废锅、硫冷器、补集网、填料塔、转化器、反应器以及液硫系统等部位所共同组成。在其长时间运行中，假如某部位发生率积硫、积碳以及结盐等问题，那么可能会引发硫磺回收装置压降升高，最终对装置的正常生产造成不利影响。

硫磺回收装置运行中，当整个系统中的压降升高到一定的程度后，就会对整个装置的正常运行造成不利影响：第一，酸性气体进入系统出现困难后，整个装置对于酸性气体的处理量必然会降低，上游装置会发生后路憋压，对生产造成不利影响；第二，风进系统出现困难，风机憋压，严重时可能会导致硫磺回收装置发生连锁停机；第三，系统压降升高，如果非常严重，那么可能会导致系统出现硫化氢气体倒串事故，非常容易引发危险。如某炼油厂的硫磺回收装置运行中，由于燃烧炉后管线积硫引发系统压降升高，整个生产过程被迫中断对其进行处理，严重损害了企业既济效益。

工作人员在对硫磺回收装置是否存在压降升高进行判断时，可以从以下几方面进行重点关注：第一，如果系统的进料保持不变，那么系统的压降也基本保持不变；假如进料增加，那么系统的压降也会随之提升，但是这种压降升高状况属于正常现象；假如在进料不变的状况下发生压降逐渐升高现象，那么工作人员就需要查找发生这种现象的原因并采取有效措施进行处理。

解决措施如下：

压力降主要集中在可能存在液硫的部位。正常生产时，各个排污点应视生产操作情况定期进行排污，以防系统液硫杂物积聚过多造成系统堵塞。系统压力升高时，应根据系统各部位压力的指示和各排污点排污情况，分析堵塞部位，及时进行处理。从根本上解决压降升高的问题应从以下几方面入手：第一，废锅和硫冷器在设计时要合理选取管内流速；第二，制硫供风机选型应选高扬程的风机；第三，填料应选不易腐蚀、不易聚集沉积物的类型；第四，优化操作，严格控制工艺指标，防止系统因硫、碳、盐及泄漏造成的压降升高；第五，精心操作，当发现系统压降开始升高时，要认真查找原因并及时采取措施；第六，加强夹套伴热检查，及时发现伴热问题，防止因伴热不佳引起液硫系统堵塞，导致系统压降升高。[3]

4 在线仪表故障与解决对策

石油加工生产工艺系统上游装置中的介质发生流量、温度、压力等方面的波动，极容易导致硫磺回收装置中的介质发生适应性波动，而这些波动极容易引发联锁系统出现异常情况。在硫磺回收装置联锁系统中，绝大部分系统是单点联锁，因而对于装置仪表运行工况的要求较高，一旦仪表运行状态超出了设计的标准，或仪表发生故障，则很容易引发联锁系统的误动作。硫磺回收装置低负荷运行更是加剧了联锁系统运行的不稳定性。硫磺回收装置中的联锁系统很多，均存有生产隐患，其中最易出现问题的联锁系统集中在主燃烧炉停炉、尾气加热炉停工、蒸气过热器停工。当Claus部分的运行负荷过低时，会导致主燃烧炉的联锁点运行负荷低于联锁系统的警报值，会引发联锁系统误动作。尾气加热炉的联锁系统涉及到加氢系统停工联锁、尾气加热炉停工联锁以及蒸气过热器系统停工联锁。一旦蒸气过热器发生联锁动作，那么就会引发尾气加热炉发生停工联锁。当尾气处理装置的运行负荷过低时，会导致各联锁装置引发警报停工动作。

解决的对策如下：对于硫磺回收装置来说，各子系统的运行负荷均设定了较优的运行参数和指标，但是当硫磺回收装置运行负荷较低时，虽然可能超出了设计的标准运行值，但是装置仍然维持运行，却引发回收装置系统中的联锁系统发生误动作。采取的解决方案是尽量保证回收装置的运行负荷满足设计值或者尽量靠近设计值，使连锁点运行负荷远离警报停工的运行负荷值，这样就可以避免连锁系统因硫磺回收装置的低负荷运行而引发误动作，确保较高的生产效率。

5 设备腐蚀问题与解决对策

在硫磺回收装置低负荷运行中，最易发生的腐蚀是低温露点腐蚀，在装置系统连接管路处、硫冷凝器的出口处、尾气捕集装置以及尾气管线处设备会发生严重的腐蚀。腐蚀问题不仅会直接缩减设备或部件的使用寿命，而且会埋下很大的生产隐患，诱发生产安全事故的发生。为了尽量避免露点腐蚀问题的出现，采取如下对策：针对容易发生露点腐蚀的位置或区域，采取提高温度的办法，通过调整局部温度，避免温度过低来减缓露点腐蚀的反应速率。另外，在硫冷凝器内部涂设防腐层，尤其是在冷凝器的出口处，采用耐腐蚀的材料并涂刷防腐涂层，提高设备的防腐性能，延长材料的使用寿命，延缓腐蚀的进程。此外，工作人员还要做好设备的检修工作，注意设备停工时的氮气保护，使系统维持在一定正压力，减少外部水汽或空气的进入，阻断腐蚀发生的条件。

6 结语

总之，石油企业必须重视生产工序中硫磺回收装置的运行工况，针对装置运行的各种问题进行分析，采取针对性的改善和解决措施，确保设备装置运行状态良好，提高生产效率，避免生产安全事故的发生。