某煉廠硫磺回收裝置急冷水冷卻方案的探討

某煉廠硫磺回收裝置急冷水冷卻方案的探討

Summary：對某煉廠擬建硫磺回收裝置急冷水分別采用水冷、干式空冷器+水冷組合以及復(fù)合型空冷器三種冷卻方案進(jìn)行了對比，得出了推薦采用復(fù)合型空冷器進(jìn)行急冷水冷卻的結(jié)論。Keys：冷卻；復(fù)合型空冷器；節(jié)能硫磺回收裝置的尾氣處理工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的有20多種，按工藝原理大致可分為低溫克勞斯工藝、選擇性氧化工藝和還原-吸收工藝。因前兩者排放煙氣無法滿足《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中GB31570-2015中大氣污染物排放限值的規(guī)定，90%以上的煉廠硫磺回收裝置尾氣處理均采用還原-吸收工藝。近年來，根據(jù)國家對石化產(chǎn)業(yè)科學(xué)布局和安全環(huán)保集約發(fā)展的部署，將推動產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，煉廠將逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集約化、規(guī)?；⒁惑w化，硫磺回收裝置的大型化和規(guī)?；蔀橹髁?。隨著煉廠規(guī)模的擴(kuò)大和大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，原有硫磺回收裝置套數(shù)和規(guī)模將無法滿足正常生產(chǎn)需求，煉廠對現(xiàn)有硫磺回收裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造成為趨勢。例如四川石化、獨(dú)山子石化等煉廠均已實(shí)施硫磺回收裝置的擴(kuò)能改造項(xiàng)目。1.急冷水冷卻目的及廠內(nèi)現(xiàn)狀介紹某煉廠現(xiàn)有兩套硫磺回收裝置均接近滿負(fù)荷運(yùn)行，擬新建一套15萬噸/年硫磺回收裝置，尾氣處理采用還原-吸收工藝需。對煉廠內(nèi)現(xiàn)有公用工程可依托情況進(jìn)行調(diào)查后，根據(jù)公用工程現(xiàn)狀選擇最優(yōu)的工藝設(shè)備方案。急冷部分是為了降低尾氣溫度、減少尾氣中過程氣含量以滿足尾氣吸收過程要求，采用尾氣急冷塔急冷水與尾氣逆流接觸，尾氣降溫至35～40℃至尾氣吸收塔處理；急冷水自塔底用泵抽出，經(jīng)冷卻至35～40℃后循環(huán)使用。尾氣吸收操作溫度越低，排放煙氣中二氧化硫濃度越低，因此為滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，急冷水冷卻溫度應(yīng)盡可能低。據(jù)調(diào)研，場內(nèi)現(xiàn)有循環(huán)水場供水量剩余不足1000t/h，需對急冷水冷卻方案進(jìn)行對比和優(yōu)化，選擇最優(yōu)工藝設(shè)備方案。其循環(huán)水規(guī)格為：循環(huán)水供水：0.40MPag，32℃；循環(huán)水回水：0.20MPag，42℃2.急冷水冷卻方案選擇2.1水冷方案水冷，顧名思義即為采用循環(huán)水與急冷水直接換熱對急冷水進(jìn)行冷卻，急冷水可冷卻達(dá)到的最低溫度受循環(huán)水溫度限制，通常采用板式換熱器作急冷水冷卻器。大規(guī)模硫磺回收裝置若采用此種冷卻方案，循環(huán)水消耗量較大且急冷水冷卻器尺寸大、占地面積大、造價(jià)高，此方案采用率不高。15萬噸/年硫磺回收裝置急冷水冷卻采用水冷方案時(shí)，急冷水最低可冷卻到38℃，循環(huán)水消耗量約為1300t/h，廠內(nèi)循環(huán)水供應(yīng)現(xiàn)狀明顯無法滿足采用水冷方案進(jìn)行急冷水冷卻的需要。因此，重點(diǎn)對干式空冷器+水冷和復(fù)合型空冷器的急冷水冷卻方案進(jìn)行對比。2.2干式空冷器+水冷方案先采用干式空冷器將急冷水冷卻到～55℃，然后采用循環(huán)水繼續(xù)對急冷水進(jìn)行冷卻，急冷水可冷卻達(dá)到的最低溫度受循環(huán)水溫度限制。此種方案為現(xiàn)有硫磺回收裝置采用最多的急冷水冷卻方案。15萬噸/年硫磺回收裝置急冷水冷卻采用干式空冷器+水冷方案時(shí)，急冷水最低可冷卻到38℃，循環(huán)水消耗量約為800t/h。2.3復(fù)合型空冷器方案復(fù)合型空冷器基于表面蒸發(fā)式空冷器研發(fā)而來，設(shè)備均有換熱管束、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、噴淋系統(tǒng)、進(jìn)風(fēng)柵、外護(hù)板、水箱等構(gòu)件組成，但二者在主體部件細(xì)節(jié)方面有著本質(zhì)的不同，進(jìn)而具有設(shè)備使用壽命、節(jié)能、節(jié)水、清洗維護(hù)等方面的差異。表面蒸發(fā)式空冷器在實(shí)際使用中經(jīng)常出現(xiàn)以下問題：1）使用過程中，管箱易出現(xiàn)扇形變形；2）管板連接處易產(chǎn)生縫隙腐蝕(局部腐蝕)泄露，進(jìn)而造成換熱管束腐蝕；3）設(shè)備噴淋水飄逸率較高，節(jié)水效果不佳；4）葉片各處風(fēng)速變動較大，易照成迎風(fēng)面布風(fēng)不均。因此，因表面蒸發(fā)式空冷器制造技術(shù)不完善、耗水量高、管束外腐蝕及結(jié)垢問題無法解決，目前已被中石化總部明令禁止使用。復(fù)合空冷器針對表面蒸發(fā)式空冷器存在的不足進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化：1）改進(jìn)管箱形式根據(jù)管內(nèi)工質(zhì)的清潔與否，將絲堵式管箱改進(jìn)為集合管箱或可拆蓋帽式管箱，設(shè)備可靠性大幅提高。2）改進(jìn)布管方式將一個(gè)大管束做成若干相互獨(dú)立的模塊（4、6、8模不等），實(shí)現(xiàn)了整體防腐，同時(shí)每個(gè)模塊可加進(jìn)出口截?cái)嚅y，任一模塊出現(xiàn)故障可單獨(dú)切除，不影響設(shè)備其余模塊的運(yùn)行，增加了整臺設(shè)備的可靠性。3）變剛性結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，變水平管束為傾斜管束。通過對管束的柔性化、模塊化設(shè)計(jì)，不但可消除生產(chǎn)運(yùn)輸、運(yùn)行中的應(yīng)力，增加可靠性，而且可使管束有一定的傾斜，便于工質(zhì)流出，不易積液，設(shè)備進(jìn)出口壓降減少。4）變“先防腐后焊接”為“先焊接后防腐”通過各個(gè)小模塊的柔性管束與管箱焊接成型后再進(jìn)行475℃的整體熱浸鋅防腐處理，不留任何死角，鋅層厚度可達(dá)100um?；径沤^了局部腐蝕和均勻腐蝕，管束可保持8年以上不泄露。5）風(fēng)機(jī)布置及雙重收水措施風(fēng)機(jī)采用小直徑(一般為1米多)、直連式風(fēng)機(jī)，水泵采用大流量低揚(yáng)程水泵，不但節(jié)能，而且布風(fēng)、布水均勻。另外，設(shè)備采用翅片管和收水器的雙重收水措施，可確保噴淋水的飄逸率小于0.01%。復(fù)合型空冷器為梯級冷卻，高溫介質(zhì)先經(jīng)過空冷翅片進(jìn)行預(yù)冷卻，將介質(zhì)冷至60℃以下再進(jìn)入噴水的蒸發(fā)段，有效解決了相對高溫介質(zhì)造成的頻繁結(jié)垢現(xiàn)象。示意圖如下：圖1復(fù)合型空冷器示意圖15萬噸/年硫磺回收裝置急冷水冷卻采用復(fù)合型空冷器時(shí)，急冷水最低可冷卻到35℃，無循環(huán)水消耗，除鹽水消耗量約為9.5t/h（夏季最大15.5t/h）。2.4急冷水冷卻方案對比結(jié)果序號項(xiàng)目單位干式空冷器+水冷復(fù)合型空冷器1冷卻可達(dá)溫度℃38352設(shè)備數(shù)量臺4+233設(shè)備費(fèi)萬元～435～5004功率kw1202435循環(huán)水消耗量t/h80006除鹽水消耗量t/h09.5/15.5(正常/最大，夏季最大)7年操作成本萬元260169/201(正常/最大，夏季最大)注：表中年操作成本基于此公司2021年01～11月公用工程價(jià)格計(jì)算而得。3.結(jié)論通過2.4的對比結(jié)果而知，與目前常用的干式空冷器+水冷方案相比，采用復(fù)合型空冷器可將急