硫回收装置危险因素分析及应用

缪云阳

【摘要】用事故树的分析方法分析了硫回收装置安全生产中的危险因素。危险因素包括火灾或爆炸。火灾主要由Claus反应器内起火、SUPERCLAUS反应器温度失控、SUPERCLAUS冷凝冷却器内起火、SUPERCLAUS冷凝冷却器内起火和液硫池中起火引起。爆炸主要是氫气浓度达到爆炸极限范围，发生在燃烧炉的点火过程中，由吹扫不彻底或燃料气和空气的配比不当造成。

【关键词】硫回收装置 危险因素 火灾 爆炸

一、背景

某煤制甲醇公司的硫回收装置是从荷兰荷丰公司引进的技术，硫磺回收装置的设计旨在对甲醇生产中来自脱硫脱碳装置产生的酸气中的硫进行回收。硫回收单元的设计能力30t/d，硫回收率≥99.1%。其工艺设计基于EUROCLAUS 和SUPERCLAUS工艺，从含H2S的气流中回收元素硫。此工艺是传统Claus工艺与JNL工艺的结合，通过选择性地氧化硫化氢来得到，及减少SO2生成 H2S及硫蒸汽的产生。

二、工艺流程简述

硫回收装置的上游有一个甲醇洗涤塔，用来去除进料酸性气中大部分的甲醇。硫回收装置超优克劳斯工艺包括一个高温燃烧反应段，以及随后的两个克劳斯催化反应段、一个超优克劳斯反应段和一个超级克劳斯反应段。最后阶段的尾气被输送到焚烧炉。配有液态硫脱气设备和存储3天硫产品的设备。

三、火灾及爆炸性数据

H2S与空气混合物的可燃性的上下限分别为45.5容积%和4.3容积%。当达到与氧的化学计算比时，一旦点燃就会猛烈爆炸。因此当H2S与空气混合时，有必要对其进行处理，使所有火源，明火，火花以及发热设备远离H2S。在空气中自燃的温度约为260°C。

液态硫当温度接近230℃时，液态硫与空气接触会发生自燃。必须注意确保液态硫的温度维持在上述温度以下。当硫暴露在明火区时也会发生燃烧从而生成SO2。

含硫粉尘如上所述，液态硫的燃点相对较低，为230℃。然而硫尘雾在温度接近190℃时就会燃烧。

硫化铁干燥的硫化铁是腐蚀产物，能产生火花，在环境温度下就会与空气发生剧烈反应，是火源。

四、装置危险因素分析

1.燃烧炉点火的危险性

通过启动按钮启动点火程序。确定氮气气流（125 kg/h）的联锁跳车设定值以上。5分钟后，完成吹扫。吹扫完成后，下一步自动开始。插入点火器。检测到完全插入的点火枪时，点火枪通电，燃料气气阀打开。5秒钟内应实现点火，否则装置脱扣。

2.燃烧反应的危险性

本装置采用非渗透气、酸性气与氧气三者混烧，生成单质硫、二氧化硫、二氧化碳和水。燃烧反应的最大特点就是反应剧烈，反应温度高达1200 ℃，生成大量的液态硫在硫除雾器前聚集，导致反应系统的压力急剧飙升，硫捕集器硫封破坏，导致液硫从硫捕集器泄露发生着火。

3.Claus 反应器内起火

停车和热备运转时，如果向主燃烧器供应太多空气，就会引起催化剂床层的温度骤然升高。然后，被吸收到催化剂中的硫会与空气中的氧气剧烈反应，引起火灾。

4.SUPERCLAUS 反应器温度失控

SUPERCLAUS反应器如果持续暴露在高H2S浓度（>1.7容积百分比）下几分钟甚至更长时间，就会产生温度失控着火烧毁催化剂。

5.SUPERCLAUS冷凝冷却器内起火

由于管线堵塞或硫接受管线堵塞，在SUPERCLAUS冷凝冷却器中会形成液态硫。

6.液硫池中起火

液硫池中的火灾通常是由火花或静电引起，可由液硫池蒸汽空间里的温度警报进行探测，应通过注入灭火蒸汽扑灭。

五、事故树的分析与编制

根据硫回收装置的危险性分析，将火灾或爆炸作为顶端事件，按照可能的着火点和氢气浓度在爆炸极限范围引起，两者用"与门连接"与顶端事件连接。着火点主要发生在CLAUS反应器、SUPERCLAUS反应器、SUPERCLAUS反应冷却器和液流池。氢气浓度在爆炸极限范围主要是因为吹扫不彻底、燃烧炉压力过高和燃料气空气配比不当造成。事故树详见如图1.1。

六、结论

由于硫回收装置具有生产工艺复杂多变，原材料及产品易燃易爆、有毒有害和腐蚀性、生产装置大型化、过程连续化、自动化等特点，因此在生产过程中存在着潜在的危险因素。这些危险因素在一定条件下会转变为事故，从而破坏生产并危及人们的生命安全，甚至给环境造成严重的污染。所以必须探讨和研究各种灾害发生的原因，采取相应的措施以防止事故的发生，力求生产过程安全化、高效率化。停车和热备运转时，严格控制燃烧空气流量，让燃料气稍过量，密切监控Claus 反应器床层温度。为防止SUPERCLAUS 反应器温度失控，应增加主燃烧器的气流，从而减少H2S含量，如果H2S的含量超过了1.7 vol.%应及时作出调整，并密切注意工况。为防止SUPERCLAUS冷凝冷却器内起火，应经常检查管道蒸汽伴热管线，管道温度低于硫磺的凝固点119℃时，应更换疏水器。

参考文献：

[1]顾祥柏 编著.石油化工安全分析及应用[C].化学工业出版社工业出版社.2001.9（1）：259～260

[2]《硫回收装置操作规程》.荷兰荷丰公司