浅析#4硫磺3.5MPa蒸汽发气量偏低

朱峰，张列维，王军长

（中国石化上海高桥石油化工有限公司炼油四部，上海201208）

#4硫磺装置自2016年2月23日引酸气一次开车成功以来，装置总体运行平稳，各项指标基本控制在设计范围之内，二氧化硫的排放也控制在100mg/m3以内，能够满足国家《石油炼制工业污染物排放标准（GB31570-2015）》的要求。

装置3.5MPa蒸汽发气量偏低于设计值，造成开工初期能耗偏高，给装置平稳长周期运行带来影响。针对这一问题，积极分析并提出改进方案。

1　装置概况

#4硫磺回收装置采用镇海石化工程公司的“ZHSR”硫回收技术，设计硫磺生产能力为6万t/a，操作弹性为30%～110%，硫磺回收率99.95%以上，年开工时数按8400h设计。

装置由硫磺回收、尾气处理、溶剂再生和公用工程等单元组成。克劳斯部分的一、二级反应器采用蒸汽加热，尾气处理部分的加氢反应器采用低温催化剂和蒸汽加热，尾气吸收采用高效脱硫剂。

净化尾气去焚烧炉，将净化尾气中的微量的H2S焚烧成SO2。净化尾气经焚烧后(称烟道气)最后在烟囱高空排大气，烟道气中污染物含量低于国家标准允许排放的浓度[1]。

本装置采用部分燃烧法，尾气处理采用还原-吸收工艺，溶剂系统采用两段吸收两段再生工艺。（参考图1）

2　原因分析及整改措施

图1　#4硫磺原则流程示意图

2.1中压蒸汽发气量与能耗的关系

克劳斯工艺的主反应是酸性气在没有催化剂的条件下，在反应炉内进行燃烧反应，其中进行的主反应为放热反应[2,3](如式-1，式-2所示)。反应能达到的温度和酸气中硫化氢的浓度和流量呈正比关系，即酸气中硫化氢的浓度或流量越高，其反应释放的热能越大。反应所产生的热量通过蒸汽发生器发生蒸汽加以回收，因此产生蒸汽的量，直接反映化学反应所产生的热量。反应炉中的主反应为：

装置自2016年开工以来，为平衡全厂酸气管网气量，一般情况下负荷率为70%～80%之间，能耗值比较高，经常会超过达标值-48.76kg标油/t。经过计算，中压蒸汽的发气量占到整个能耗系数的50%以上，所以发气量越大，能耗值越低（见图2）。

图2　蒸汽发气量与能耗之间的关系

通过2016年的能耗统计，发现能耗与中压蒸汽发汽量之间的一定关系。

从图2中看到，8月，9月装置蒸汽发气量较高，相应的能耗值较低。装置在8月与9月的处理负荷分别为95%和98%。说明装置处理负荷对能耗和中压蒸汽发气量的贡献比较大。本装置的设计负荷为30%～110%之间波动，从目前的操作来看，当负荷达到100%时，装置能耗达到设计值-54.2kg标油/t。

2.2设计值与实际工况存在的偏差

装置设计值是按装置运行满负荷来进行衡算而得出的数据。实际运行负荷偏低时，相应的数据值存在偏低现象。从表1中可以看出：随着装置接近满负荷操作时，多数操作参数与设计值接近，但3.5MPa蒸汽发气量仍有近26%的差值。

表1　3.5MPa蒸汽系统设计值与实际值对比表

通过表1的数据，发现废热蒸汽发生器的出口温度偏高于设计值，通过热量守恒，反应炉中反应所释放出的热能没有在蒸汽发生器中最大限度的转化为3.5MPa蒸汽，其未转换的热量可能带至三级硫冷器发生0.4MPa蒸汽。

如图3所示，随着装置负荷的提高，3.5MPa蒸汽发气量提高，1.0MPa耗量有所减少。装置1.0MPa蒸汽的实际耗用量比设计值低，本装置1.0MPa蒸汽的用途主要分为四路：预热清洁酸性气，预热反应炉用风，硫池尾气抽汽，减温减压至0.4MPa蒸汽使用。

图3　3.5MPa蒸汽发气量和1.0MPa蒸汽耗用量的关系

前三路使用的1.0MPa蒸汽耗用相对固定，一般变化不大，因此1.0MPa蒸汽耗用量降低主要是减温减压至0.4MPa蒸汽使用量减少。前三路1.0MPa蒸汽耗用量设计值为2.0t/h，1.0MPa蒸汽耗用总量为7.8t/h，说明第四路0.4MPa蒸汽使用量为5.8t/h，而实际1.0MPa蒸汽用量平均值为3.0t/h左右，差2.8t/h，说明0.4MPa蒸汽发气量比设计值高2.8t/h，使1.0MPa蒸汽实际耗用量比设计值低，证明前面的判断过程气中的热量未完全发生3.5MPa发气量，部分热量带至三级硫冷器发生0.4MPa蒸汽。

2.3日常操作不当引起发气量偏低

蒸汽发生器作为一个压力容器，其操作遵循守恒定律，即日常提到的“三大平衡”：压力平衡、物料平衡和热量平衡。蒸汽发生器发气量的大小在压力及热量平衡的一定前提下，就制约于物料平衡。

发现在蒸汽发生器炉水及蒸汽质量不好的情况下，多数班组选择采取排污的手段进行质量调节。从物料平衡的理念分析这个调节手段还是存在商榷之处：在进料及给水量一定，蒸汽发生器压力及热量不发生变化时，发气量和排污量的总和应该基本等于给水量，增加排污量，就等于降低发汽。因此，装置规定蒸汽发生器质量调节除正常的定期排污外，应该以调节加药量来控制其炉水和蒸汽的质量。通过一段时间的实践，蒸汽发气量有明显提高，炉水和蒸汽质量也稳定在合格范围内。这样调节有益于：既提高蒸汽发气量，又降低加药量和除氧水量，同时对装置操作的影响也最小。（具体参考图4）。

图4　蒸汽发生器排污调整示意图

3　结语

3.1装置酸气处理量越大，3.5MPa蒸汽发气量越大。装置处理量接近满负荷时，能耗能够达到设计值-54.2kg标油/t。

3.2根据计算分析，装置3.5MPa蒸汽发气量低于设计值的主要原因是，反应炉后蒸汽发生器3.5MPa发气量较低，而之后三级硫冷器发气量较高，使装置1.0MPa补充蒸汽量较少，3.5MPa蒸汽出装置较低，说明反应炉后蒸汽发生器换热效率不够。

3.3通过对蒸汽发生器操作进行规定，炉水和蒸汽质量不合格时，调节加药量，而不是调节排污量，来达到多发蒸汽的目的，发现3.5MPa蒸汽多发1～2t左右。

参考文献：

[1]“6万t/a硫磺回收装置（#4）岗位操作法（试行）”内部资料，2016.

[2]李菁菁.硫磺回收装置的节能措施[J]石油和化工节能2007,4.

[3]李菁菁.克劳斯硫磺回收”-克劳斯工艺的热力学基础[J].石油和化工节能，2007年.