论文部分内容阅读
摘 要：CPS硫磺回收装置在磨溪净化厂建成投产运行后，硫磺回收单元操作很不稳定。本文对废热锅炉泄漏问题、凝结水罐液位波动问题和液硫管线堵塞问题进行了分析，并提出了应急措施和改造方案。
关键词：CPS硫磺回收工艺 问题分析 操作改进
龙王庙300万试采净化装置的硫磺回收装置采用CPE西南分公司的专利技术—CPS工艺，设计硫回收率为99.2%，SO2排放量为<70kg/h（包括130万装置排放尾气约32kg/h）。装置除主燃烧炉燃烧器、尾气灼烧炉燃烧器、主燃烧炉风机、三通切换阀、两通切换阀等关键设备从国外引进外，其余均为国产。
一、CPS工艺流程介绍
从脱硫装置来的酸气经酸气分离器分离出酸水，再经酸气预热器加热后，进入主燃烧炉与主风机送来的经空气预热器加热后的空气按一定配比在炉内进行克劳斯反应，其反应温度为1050℃。酸水收集到酸水压送罐中，利用氮气压送到脱硫装置的酸水回流罐。
二、 CPS工艺特点
本装置采用的CPS工艺由一床克劳斯反应段和三个后续的低温克劳斯反应段组成，主要特点有：
1.装置应用低温克劳斯技术。先对催化剂再生后的反应器进行预冷，待再生态的反应器过渡到低温吸附态时，下一个反应器才切换至再生态，全过程中始终有两个反应器处于低温吸附状态，有效避免了同类工艺不经预冷就切换，从而导致切换期间硫磺回收率降低和SO2峰值排放的问题，确保了装置高的硫磺回收率。
2.本装置采用活性高，有机硫水解率高的催化剂（CT6-2B和CT6-4B），总转化率和硫收率均高。该催化剂孔隙体积大，硫容量高，床层阻力低。
3.过程气切换采用特制夹套三通阀自动程序控制，切换灵敏，切换时间短，操作过程平稳可靠。
4.充分考虑装置运行的安全性，在主燃烧炉和尾气焚烧炉上设置氮气吹扫管线，在主燃烧炉上设置调温蒸汽管线，以及在各级反应器上设置降温氮气管线。
三、关键参数的控制
磨溪净化厂300万试采净化装置由于原料气气质条件的变化，导致回收装置实际酸气流量仅为设计值的1/2，但是酸气浓度符合设计要求。
1. CPS反应器吸附时间的核算
根据硫容的计算，每个CPS反应器催化剂装填量为10.45吨（CT6-2B为6.75m3，CT6-2B为6.75m3），如表3.1所示。新催化剂硫容按0.4g硫磺/g催化剂计算，则整个吸附床层的吸附容量为10.45×0.4=4.18吨。以酸气量为1700 m3/h，酸气浓度为48%。燃烧炉转化率为60%，克劳斯段转化率为60%，则主燃烧炉和克劳斯反应器共转化掉：60%+40%×60%=84%，剩余16%。
假设剩余的部分全部在CPS低温段反应器吸附，则硫磺生成速率为1700m3/h×48%×16%×32/22.4=186kg/h，整个床层的最大吸附时间=4.18/0.186=22.5小时。用过一段时间之后的催化剂考虑到反应活性的下降，硫容可按0.3计算，则最大吸附时间为15.8小时。
四、存在问题及对策分析
1.废热锅炉泄漏问题的改进措施
为了更好的控制装置的运行，采取应急措施：
1.1废热锅炉的压力控制在0.5MPa。因为随着废热锅炉的压力升高，出废热锅炉的温度升高，对装置的运行有利，但是压力的升高泄漏量就会增大，泄漏量的增大使废热锅炉的出口温度缓慢上升后又直线下降，甚至可能导致泄漏情况的恶化。
2.空气回压133-PI-109A/B/C不能高于0.025MPa。空气回压是反应过程气系统是否发生堵塞的判断依据。如果回压过高，就说明过程气管线发生堵塞。因此要时刻注意回收装置空气回压的变化。
3.废热锅炉的出口温度不能低于180℃。废热锅炉的出口温度决定着后面各装置的运行状况。如果温度偏低，会导致高温搀和阀的温度偏低，从而导致后续装置的温度都会偏低，影响装置的运行。因此，对废热锅炉出口温度进行控制，对装置的运行起着关键性的作用。
4.CPS反应器不投吸附。每天切换一次，再生合格后甩开，系统维持2级再生甩开状态，一级再生状态，三级轮番进行再生。CPS反应器投入吸附的状态，如果废热锅炉的泄漏情况恶化，就会导致装置的停产，这时CPS反应器的温度就会下降，如果下降到硫凝点温度以下，就会导致催化剂床层被硫磺堵塞，导致催化剂的失活，造成损失。
对以上关键点位进行控制后，各参数都已经达到了工艺设计上的要求。
整改措施：在明年装置大修时对废热锅炉进行更换。如果在运行期间泄漏情况恶化，需要对余热锅炉漏点点位进行修补。
4.1凝结水罐液位波动问题及整改措施
凝结水罐自投用以后，液位波动较大，甚至出现外溢的现象，造成资源的浪费，并且存在对工作人员烫伤的安全隐患。
5.采取措施：
5.1凝结水泵的回流管线流量调节阀133-FV-126阀位由全开控制到60%的阀位。减小阀门的开度，降低凝结水罐的进水量。
5.2减小各级冷凝器的连排阀位的开度。不影响连续排污的情况下减少蒸汽的损失量。
5.3凝结水泵的出口压力控制在0.5MPa。因为热段冷凝器内部的压力为0.42MPa，能够保证凝结水泵的输出压力高于后端压力，使凝结水能够更好的输送到各级冷凝器。
5.4.锅炉上水调节阀133-LIC-112由全开调为自动控制。锅炉的上水量直接影响着凝结水罐的液位。为了防止凝结水罐出现没有水的现象，将上水液位调节控制阀调为自动控制。
6. 液硫管线堵塞问题
目前，CPS反应器没有投到吸附而是再生状态。每当投用到二级CPS反应器再生状态时，二级CPS冷凝器的出口的液硫封都没有液硫流出，并且系统回压升高。对液硫管线进行震动处理后，液硫就会从液硫封内流出。针对该现象进行分析，可以确定是杂质造成的堵塞。但是可以排除是燃烧空气中的沙尘和主燃烧炉内高温耐火材料的脱落造成的堵塞，可能导致堵塞的原因如下：
1.管道中的焊渣、尘垢和锈渣导致液流管线堵塞。管道的焊接部位和管道中的尘垢、锈渣不经过清理，会导致焊渣和尘垢向下游聚集。这些焊渣和尘垢、锈渣一旦在管道经过有阀门的地方就会发生堵塞。
7.二级CPS冷凝器高温防腐涂层发生脱落。脱落的防腐涂层残渣随着液硫流到液硫管线，造成管线的堵塞。
整改措施：对过程气管线进行空气吹扫；打开二级CPS硫磺冷凝器的凹面钢制管法兰盖对高温防腐涂层进行检查，如果发生脱落，对高温防腐涂层进行修复处理。
五、结束语
通过对CPS硫磺回收装置在磨溪净化厂运行后所遇到的问题进行分析，以及对相关问题提出的整改措施希望能够对装置的稳定运行发挥积极的作用。磨溪净化厂也将不断摸索解决装置运行过程中存在的问题，总结操作经验，为CPS装置在国内外的成功运用积累更多宝贵的经验。
参考文献：
[1] 诸林主编.天然气加工工程.北京：石油工业出版社，2008.7
[2] 王遇冬主编.天然气处理原理与工艺 .北京，中国石化出版社，2011
[3] 周彬，廖铁.CPS 硫磺回收工艺在万州分厂的应用.石油与天然气加工，第三十九卷，增刊Ⅰ，2010.9，16-19.
关键词：CPS硫磺回收工艺 问题分析 操作改进
龙王庙300万试采净化装置的硫磺回收装置采用CPE西南分公司的专利技术—CPS工艺，设计硫回收率为99.2%，SO2排放量为<70kg/h（包括130万装置排放尾气约32kg/h）。装置除主燃烧炉燃烧器、尾气灼烧炉燃烧器、主燃烧炉风机、三通切换阀、两通切换阀等关键设备从国外引进外，其余均为国产。
一、CPS工艺流程介绍
从脱硫装置来的酸气经酸气分离器分离出酸水，再经酸气预热器加热后，进入主燃烧炉与主风机送来的经空气预热器加热后的空气按一定配比在炉内进行克劳斯反应，其反应温度为1050℃。酸水收集到酸水压送罐中，利用氮气压送到脱硫装置的酸水回流罐。
二、 CPS工艺特点
本装置采用的CPS工艺由一床克劳斯反应段和三个后续的低温克劳斯反应段组成，主要特点有：
1.装置应用低温克劳斯技术。先对催化剂再生后的反应器进行预冷，待再生态的反应器过渡到低温吸附态时，下一个反应器才切换至再生态，全过程中始终有两个反应器处于低温吸附状态，有效避免了同类工艺不经预冷就切换，从而导致切换期间硫磺回收率降低和SO2峰值排放的问题，确保了装置高的硫磺回收率。
2.本装置采用活性高，有机硫水解率高的催化剂（CT6-2B和CT6-4B），总转化率和硫收率均高。该催化剂孔隙体积大，硫容量高，床层阻力低。
3.过程气切换采用特制夹套三通阀自动程序控制，切换灵敏，切换时间短，操作过程平稳可靠。
4.充分考虑装置运行的安全性，在主燃烧炉和尾气焚烧炉上设置氮气吹扫管线，在主燃烧炉上设置调温蒸汽管线，以及在各级反应器上设置降温氮气管线。
三、关键参数的控制
磨溪净化厂300万试采净化装置由于原料气气质条件的变化，导致回收装置实际酸气流量仅为设计值的1/2，但是酸气浓度符合设计要求。
1. CPS反应器吸附时间的核算
根据硫容的计算，每个CPS反应器催化剂装填量为10.45吨（CT6-2B为6.75m3，CT6-2B为6.75m3），如表3.1所示。新催化剂硫容按0.4g硫磺/g催化剂计算，则整个吸附床层的吸附容量为10.45×0.4=4.18吨。以酸气量为1700 m3/h，酸气浓度为48%。燃烧炉转化率为60%，克劳斯段转化率为60%，则主燃烧炉和克劳斯反应器共转化掉：60%+40%×60%=84%，剩余16%。
假设剩余的部分全部在CPS低温段反应器吸附，则硫磺生成速率为1700m3/h×48%×16%×32/22.4=186kg/h，整个床层的最大吸附时间=4.18/0.186=22.5小时。用过一段时间之后的催化剂考虑到反应活性的下降，硫容可按0.3计算，则最大吸附时间为15.8小时。
四、存在问题及对策分析
1.废热锅炉泄漏问题的改进措施
为了更好的控制装置的运行，采取应急措施：
1.1废热锅炉的压力控制在0.5MPa。因为随着废热锅炉的压力升高，出废热锅炉的温度升高，对装置的运行有利，但是压力的升高泄漏量就会增大，泄漏量的增大使废热锅炉的出口温度缓慢上升后又直线下降，甚至可能导致泄漏情况的恶化。
2.空气回压133-PI-109A/B/C不能高于0.025MPa。空气回压是反应过程气系统是否发生堵塞的判断依据。如果回压过高，就说明过程气管线发生堵塞。因此要时刻注意回收装置空气回压的变化。
3.废热锅炉的出口温度不能低于180℃。废热锅炉的出口温度决定着后面各装置的运行状况。如果温度偏低，会导致高温搀和阀的温度偏低，从而导致后续装置的温度都会偏低，影响装置的运行。因此，对废热锅炉出口温度进行控制，对装置的运行起着关键性的作用。
4.CPS反应器不投吸附。每天切换一次，再生合格后甩开，系统维持2级再生甩开状态，一级再生状态，三级轮番进行再生。CPS反应器投入吸附的状态，如果废热锅炉的泄漏情况恶化，就会导致装置的停产，这时CPS反应器的温度就会下降，如果下降到硫凝点温度以下，就会导致催化剂床层被硫磺堵塞，导致催化剂的失活，造成损失。
对以上关键点位进行控制后，各参数都已经达到了工艺设计上的要求。
整改措施：在明年装置大修时对废热锅炉进行更换。如果在运行期间泄漏情况恶化，需要对余热锅炉漏点点位进行修补。
4.1凝结水罐液位波动问题及整改措施
凝结水罐自投用以后，液位波动较大，甚至出现外溢的现象，造成资源的浪费，并且存在对工作人员烫伤的安全隐患。
5.采取措施：
5.1凝结水泵的回流管线流量调节阀133-FV-126阀位由全开控制到60%的阀位。减小阀门的开度，降低凝结水罐的进水量。
5.2减小各级冷凝器的连排阀位的开度。不影响连续排污的情况下减少蒸汽的损失量。
5.3凝结水泵的出口压力控制在0.5MPa。因为热段冷凝器内部的压力为0.42MPa，能够保证凝结水泵的输出压力高于后端压力，使凝结水能够更好的输送到各级冷凝器。
5.4.锅炉上水调节阀133-LIC-112由全开调为自动控制。锅炉的上水量直接影响着凝结水罐的液位。为了防止凝结水罐出现没有水的现象，将上水液位调节控制阀调为自动控制。
6. 液硫管线堵塞问题
目前，CPS反应器没有投到吸附而是再生状态。每当投用到二级CPS反应器再生状态时，二级CPS冷凝器的出口的液硫封都没有液硫流出，并且系统回压升高。对液硫管线进行震动处理后，液硫就会从液硫封内流出。针对该现象进行分析，可以确定是杂质造成的堵塞。但是可以排除是燃烧空气中的沙尘和主燃烧炉内高温耐火材料的脱落造成的堵塞，可能导致堵塞的原因如下：
1.管道中的焊渣、尘垢和锈渣导致液流管线堵塞。管道的焊接部位和管道中的尘垢、锈渣不经过清理，会导致焊渣和尘垢向下游聚集。这些焊渣和尘垢、锈渣一旦在管道经过有阀门的地方就会发生堵塞。
7.二级CPS冷凝器高温防腐涂层发生脱落。脱落的防腐涂层残渣随着液硫流到液硫管线，造成管线的堵塞。
整改措施：对过程气管线进行空气吹扫；打开二级CPS硫磺冷凝器的凹面钢制管法兰盖对高温防腐涂层进行检查，如果发生脱落，对高温防腐涂层进行修复处理。
五、结束语
通过对CPS硫磺回收装置在磨溪净化厂运行后所遇到的问题进行分析，以及对相关问题提出的整改措施希望能够对装置的稳定运行发挥积极的作用。磨溪净化厂也将不断摸索解决装置运行过程中存在的问题，总结操作经验，为CPS装置在国内外的成功运用积累更多宝贵的经验。
参考文献：
[1] 诸林主编.天然气加工工程.北京：石油工业出版社，2008.7
[2] 王遇冬主编.天然气处理原理与工艺 .北京，中国石化出版社，2011
[3] 周彬，廖铁.CPS 硫磺回收工艺在万州分厂的应用.石油与天然气加工，第三十九卷，增刊Ⅰ，2010.9，16-19.