扬子石化硫磺回收工段设备布置及配管研究

摘要：以扬子石化14万吨/年硫磺回收装置为例，从设备布置、布置特点等方面介绍了项目设计情况。结合设备布置，介绍了配管中应注意的事项。 关键词：硫磺回收，设备布置，配管 夹套管设计

随着加工含硫原油量的增加及排放标准的提高，硫回收装置已成为炼油厂诸多加工装置中的一个重要组成部分。硫回收原料主要来自酸性气经克劳斯硫回收工艺生成的液硫，其凝点较高(约121℃左右)，容易造成设备及管道堵塞。不但要求设备布置紧凑，还要求管道采取夹套伴热和保持一定的坡度，因此合理的设备布置及正确的配管设计是硫回收装置设计中首要考虑的问题之～。 1 硫磺回收部分设备布置

硫磺回收部分从空间布置上分为三大部分，即布置在管廊西侧的硫磺回收I部分和尾气处理部分、尾气焚烧部分；布置在管廊东侧的硫磺回收II部分。硫磺回收I部分和硫磺回收II部分以管廊为分界，相同功能的设备采用对称布置。硫磺回收I部分和尾气处理部分的工艺设备和管道布置在管廊西侧的框架中。管廊东侧由北至南依次布置制硫燃烧炉、制硫反应框架；硫池布置在框架东侧。管廊西侧由北至南依次布置制硫燃烧炉、制硫反应构架和尾气处理—急冷塔和吸收塔；硫池布置在框架西侧。简图如下所示。

1—酸性气燃烧炉 2—酸性气燃烧炉锅炉及汽包 3、4、5—一、二、三级硫冷凝器 6—急冷塔 7—尾气吸收塔 8、10—一、二级克劳斯反应器 9—尾气捕集器 11、12—一、二级加热器 13—废热锅炉汽包14—高压蒸汽加热器 15—加氢反应器 16—电加热器 17—急冷水冷却器 图1 装置平面布置图(局部) 2 设备布置特点 2.1 流程式设备布置

硫磺回收工段设备多且类型不一，加大了布置的难度。根据流程式布置的原则，把设备布置在一构架内，则布置紧凑，节约管线成本，缩小占地面积〔1〕。如酸性气燃烧炉出口和锅炉入口直接相气连；构架内按照工艺流程，分三层布置装置，第一层布置硫冷凝气，第二层布置克劳斯反应器和加热器；第三层布置废热锅炉和高压加热器；第四层布置加氢反应器等。如此布置，过程气管线在构架内上下穿梭，即保证了过程气管线最短，防止了硫蒸汽冷凝，也有利于减少投资成本。

2.2 地面设备的安装高度

在布置液硫封罐时，不但其入口应和三个硫冷凝冷却器的出口相距较近，其人口也应比三级冷凝冷却器的出口低，以便液硫能自流进入液硫封罐，这就要求在进行设备平面布置时不但要考虑它们的相对位置，也要考虑它们的标高。应根据硫池的硫封高度，按照工艺要求的坡度计算出一、二、三级硫冷凝器、锅炉和酸性气燃烧炉等设备的安装高度。硫磺装置的设备平面布置，除遵照《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-2008)的规定外，还要考虑防止液硫凝固并保持其具有良好的流动性能，紧紧结合装置特点，充分利用空间分层布置。 3 配管设计中注意要点 3.1 过程气管线的设计

过程气管径大，管内温度高，应合理布置管道，避免应力集中。硫磺回收

装置区在布置上需要考虑的问题就是要求管道最短，节省投资。在布置设备时，要考虑大管径管线的走向问题。因为对过程气管线来说，超大尺寸管道的走向几乎完全受制于段间设备、管廊、鼓风机的相对位置。在设备布置确定前，尽早把过程气的管线研究图提交给应力分析专业，确定管线是否能通过应力分析。 3.2 管线的坡度

由于硫的凝固点高，过程气中极其容易结硫，所以，过程气管道要有一定的坡度，并杜绝袋形。在实际的配管中，注意各个设备间相对高度的差异，以便使管线有高度差。例如构架ⅰ和构架ⅱ的设备虽然局部镜像，但考虑到两个尾气捕集器出口管线汇合时要形成1.0%的坡度，降低构架ⅱ二层1m，以便形成坡度，防止硫冷凝堵塞管道。 3.3 夹套管的设计

3.3.1 夹套管的尺寸及长度

在硫回收装置中，由于液硫的输送温度限制在130～170℃ ，并且硫磺容易凝固，因此需采用伴热较为均匀的夹套管伴热方式，伴热介质采用0.35MPa蒸汽，其温度为148℃。确定夹套管的尺寸及长度是夹套管设计中的一个重要环节，长度会影响管内流体的特性。随着夹套管长度的增加，热媒体的沿程(以及局部)阻力导致的压力损失增大，管中流速就会下降，内外管层之间的传热效果也会随定，实际上应当根据工艺介质的参数，通过热力计算来决定。根据经验，一般蒸汽夹套管的长度为15m左右〔2〕。另外，夹套管的设计参考SH3040—石油化工伴管和夹套管设计规范。 3.3.2 夹套管的应力

由于内管和外管的介质不同，介质的温度不同，因而所用管道的材料不同，相应地引起的热膨胀应力也不同。应当分别地进行热应力计算。当内、外管道计算的应力不一致时，夹套管就应考虑设置膨胀节并使夹套管能够膨胀移位。在弯头处，如果内外管的膨胀位移不能满足设计要求时，要适当改变外管直径以减小内外管的膨胀差。在这种情况下．还应充分考虑导向板的位置，使其尽量多地吸收膨胀差〔3〕。热应力的计算须符合SH/T3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》的要求 。 4 结束语

蒸汽夹套管设计在硫回收装置是一大难点，管系比较复杂，其设计效果直接影响到装置安全、长周期运行。设计中应根据实际情况，在遵守相关标准规范的前提下，做到满足工艺要求，设备平面布置合理，夹套管选材、选型合理，优化管道规划，做到经济、美观、安全可靠，以满足正常生产需要。 参考文献

〔1〕张德江,赵勇.石油化工工艺管道设计与安装〔M〕北京：中国石化出版社.2007

〔2〕曾在春,曾小钦〔J〕.夹套管配管设计及施工注意事项 .化工装备技术, 42-43 〔3〕张林雁〔J〕. 某硫回收装置的平面布置和管道设计. 炼油技术与工程, 2008(38):43