淺析#4硫磺3.5MPa蒸汽發(fā)氣量偏低

朱峰，張列維，王軍長

（中國石化上海高橋石油化工有限公司煉油四部，上海201208）

#4硫磺裝置自2016年2月23日引酸氣一次開車成功以來，裝置總體運行平穩(wěn)，各項指標基本控制在設計范圍之內，二氧化硫的排放也控制在100mg/m3以內，能夠滿足國家《石油煉制工業(yè)污染物排放標準（GB31570-2015）》的要求。

裝置3.5MPa蒸汽發(fā)氣量偏低于設計值，造成開工初期能耗偏高，給裝置平穩(wěn)長周期運行帶來影響。針對這一問題，積極分析并提出改進方案。

1　裝置概況

#4硫磺回收裝置采用鎮(zhèn)海石化工程公司的“ZHSR”硫回收技術，設計硫磺生產能力為6萬t/a，操作彈性為30%～110%，硫磺回收率99.95%以上，年開工時數(shù)按8400h設計。

裝置由硫磺回收、尾氣處理、溶劑再生和公用工程等單元組成?？藙谒共糠值囊?、二級反應器采用蒸汽加熱，尾氣處理部分的加氫反應器采用低溫催化劑和蒸汽加熱，尾氣吸收采用高效脫硫劑。

凈化尾氣去焚燒爐，將凈化尾氣中的微量的H2S焚燒成SO2。凈化尾氣經焚燒后(稱煙道氣)最后在煙囪高空排大氣，煙道氣中污染物含量低于國家標準允許排放的濃度[1]。

本裝置采用部分燃燒法，尾氣處理采用還原-吸收工藝，溶劑系統(tǒng)采用兩段吸收兩段再生工藝。（參考圖1）

2　原因分析及整改措施

圖1　#4硫磺原則流程示意圖

2.1中壓蒸汽發(fā)氣量與能耗的關系

克勞斯工藝的主反應是酸性氣在沒有催化劑的條件下，在反應爐內進行燃燒反應，其中進行的主反應為放熱反應[2,3](如式-1，式-2所示)。反應能達到的溫度和酸氣中硫化氫的濃度和流量呈正比關系，即酸氣中硫化氫的濃度或流量越高，其反應釋放的熱能越大。反應所產生的熱量通過蒸汽發(fā)生器發(fā)生蒸汽加以回收，因此產生蒸汽的量，直接反映化學反應所產生的熱量。反應爐中的主反應為：

裝置自2016年開工以來，為平衡全廠酸氣管網氣量，一般情況下負荷率為70%～80%之間，能耗值比較高，經常會超過達標值-48.76kg標油/t。經過計算，中壓蒸汽的發(fā)氣量占到整個能耗系數(shù)的50%以上，所以發(fā)氣量越大，能耗值越低（見圖2）。

圖2　蒸汽發(fā)氣量與能耗之間的關系

通過2016年的能耗統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)能耗與中壓蒸汽發(fā)汽量之間的一定關系。

從圖2中看到，8月，9月裝置蒸汽發(fā)氣量較高，相應的能耗值較低。裝置在8月與9月的處理負荷分別為95%和98%。說明裝置處理負荷對能耗和中壓蒸汽發(fā)氣量的貢獻比較大。本裝置的設計負荷為30%～110%之間波動，從目前的操作來看，當負荷達到100%時，裝置能耗達到設計值-54.2kg標油/t。

2.2設計值與實際工況存在的偏差

裝置設計值是按裝置運行滿負荷來進行衡算而得出的數(shù)據。實際運行負荷偏低時，相應的數(shù)據值存在偏低現(xiàn)象。從表1中可以看出：隨著裝置接近滿負荷操作時，多數(shù)操作參數(shù)與設計值接近，但3.5MPa蒸汽發(fā)氣量仍有近26%的差值。

表1　3.5MPa蒸汽系統(tǒng)設計值與實際值對比表

通過表1的數(shù)據，發(fā)現(xiàn)廢熱蒸汽發(fā)生器的出口溫度偏高于設計值，通過熱量守恒，反應爐中反應所釋放出的熱能沒有在蒸汽發(fā)生器中最大限度的轉化為3.5MPa蒸汽，其未轉換的熱量可能帶至三級硫冷器發(fā)生0.4MPa蒸汽。

如圖3所示，隨著裝置負荷的提高，3.5MPa蒸汽發(fā)氣量提高，1.0MPa耗量有所減少。裝置1.0MPa蒸汽的實際耗用量比設計值低，本裝置1.0MPa蒸汽的用途主要分為四路：預熱清潔酸性氣，預熱反應爐用風，硫池尾氣抽汽，減溫減壓至0.4MPa蒸汽使用。

圖3　3.5MPa蒸汽發(fā)氣量和1.0MPa蒸汽耗用量的關系

前三路使用的1.0MPa蒸汽耗用相對固定，一般變化不大，因此1.0MPa蒸汽耗用量降低主要是減溫減壓至0.4MPa蒸汽使用量減少。前三路1.0MPa蒸汽耗用量設計值為2.0t/h，1.0MPa蒸汽耗用總量為7.8t/h，說明第四路0.4MPa蒸汽使用量為5.8t/h，而實際1.0MPa蒸汽用量平均值為3.0t/h左右，差2.8t/h，說明0.4MPa蒸汽發(fā)氣量比設計值高2.8t/h，使1.0MPa蒸汽實際耗用量比設計值低，證明前面的判斷過程氣中的熱量未完全發(fā)生3.5MPa發(fā)氣量，部分熱量帶至三級硫冷器發(fā)生0.4MPa蒸汽。

2.3日常操作不當引起發(fā)氣量偏低

蒸汽發(fā)生器作為一個壓力容器，其操作遵循守恒定律，即日常提到的“三大平衡”：壓力平衡、物料平衡和熱量平衡。蒸汽發(fā)生器發(fā)氣量的大小在壓力及熱量平衡的一定前提下，就制約于物料平衡。

發(fā)現(xiàn)在蒸汽發(fā)生器爐水及蒸汽質量不好的情況下，多數(shù)班組選擇采取排污的手段進行質量調節(jié)。從物料平衡的理念分析這個調節(jié)手段還是存在商榷之處：在進料及給水量一定，蒸汽發(fā)生器壓力及熱量不發(fā)生變化時，發(fā)氣量和排污量的總和應該基本等于給水量，增加排污量，就等于降低發(fā)汽。因此，裝置規(guī)定蒸汽發(fā)生器質量調節(jié)除正常的定期排污外，應該以調節(jié)加藥量來控制其爐水和蒸汽的質量。通過一段時間的實踐，蒸汽發(fā)氣量有明顯提高，爐水和蒸汽質量也穩(wěn)定在合格范圍內。這樣調節(jié)有益于：既提高蒸汽發(fā)氣量，又降低加藥量和除氧水量，同時對裝置操作的影響也最小。（具體參考圖4）。

圖4　蒸汽發(fā)生器排污調整示意圖

3　結語

3.1裝置酸氣處理量越大，3.5MPa蒸汽發(fā)氣量越大。裝置處理量接近滿負荷時，能耗能夠達到設計值-54.2kg標油/t。

3.2根據計算分析，裝置3.5MPa蒸汽發(fā)氣量低于設計值的主要原因是，反應爐后蒸汽發(fā)生器3.5MPa發(fā)氣量較低，而之后三級硫冷器發(fā)氣量較高，使裝置1.0MPa補充蒸汽量較少，3.5MPa蒸汽出裝置較低，說明反應爐后蒸汽發(fā)生器換熱效率不夠。

3.3通過對蒸汽發(fā)生器操作進行規(guī)定，爐水和蒸汽質量不合格時，調節(jié)加藥量，而不是調節(jié)排污量，來達到多發(fā)蒸汽的目的，發(fā)現(xiàn)3.5MPa蒸汽多發(fā)1～2t左右。

參考文獻：

[1]“6萬t/a硫磺回收裝置（#4）崗位操作法（試行）”內部資料，2016.

[2]李菁菁.硫磺回收裝置的節(jié)能措施[J]石油和化工節(jié)能2007,4.

[3]李菁菁.克勞斯硫磺回收”-克勞斯工藝的熱力學基礎[J].石油和化工節(jié)能，2007年.