普光净化厂尾气处理装置运行优化
Outline:
曹生伟
,
夏莉
,
术阿杰
,
邱艳华
,
柳莉霞
收稿日期：2011-09-08；修回日期：2011-11-11
作者简介：曹生伟(1975-)，男，山东定陶人, 工程师，1995年毕业于解放军信息工程学院计算机及其应用专业，主要研究方向为高含硫天然气净化、硫磺回收和尾气处理、在线分析仪表、DCS和SIS控制。地址：(637156)四川省达州市宣汉县土主乡天然气净化厂生产管理中心净化一车间办公室。E-mail:
879551485@qq.com.
摘要：解决了普光净化厂尾气处理装置实际生产中遇到的问题。运用实地测量、化验分析、试验比对等方法，对加氢炉点炉程序进行了优化。对尾气焚烧炉振动原因做了分析，并提出了解决方案。对烟囱排放尾气成分进行分析，解决了尾气含水分过高的问题。采取措施解决了尾气排放SO2超标的问题。以上问题的解决，保证了尾气处理单元平稳、高效的运行。
关键词：尾气处理 加氢炉 焚烧炉 烟囱 H2S SO2 抽射器
Operation optimization of tail gas treatment unit in Puguang natural gas purification plant
Outline:
Cao Shengwei
,
Xia Li
,
Zhu Ajie
, et al
Sinopec Zhongyuan Oilfield Puguang Branch, Dazhou 637156, Sichuan, China
Abstract: Aimed at the practical operation problems of tail gas treatment unit in Puguang natural gas purification plant, the lightening process of hydro-treating heater is optimized by field measurement, chemical analysis, test comparison and other analysis method. The vibration reason of tail gas incinerators is studied and a solution is introduced. After analyzing the chemical compositions of tail gas from chimney, the water content of tail gas is decreased. Excessive sulfur dioxide content of exhausted tail gas is also inhabited by taking measures. The solution of the above problems can guarantee the smooth and efficient running of tail gas treatment unit.
Key words:
tail gas treatment hydro-treating heater incinerator chimney H2S SO2 ejector
作为国家“十一五”重点能源工程——川气东送建设工程重要组成部分的普光气田, 以高含硫天然气(H2S含量为13.0%(φ)~18.0%(φ)，CO2含量为8.0%(φ)~10.0%(φ)，有机硫含量为340.6 mg/m3)为原料，主要工艺装置包括脱硫、脱水、硫磺回收、尾气处理、酸性水汽提和硫磺成型，按流程组合为6套完全相同的联合装置。其中，每套联合装置包括两套脱硫、两套硫磺回收、两套尾气处理、一套脱水、一套酸性水汽提装置。天然气净化厂的产品为净化天然气和硫磺。产品气质量符合GB 17820-1999《天然气》二类气的技术指标，硫磺产品质量达到GB 2449-2006《工业硫磺》一等品质量指标。
1 尾气处理工艺流程简述
普光净化厂尾气处理单元的工艺流程见图 1。来自硫磺回收单元的Claus尾气进入加氢进料燃烧炉(F-401B)，与加氢进料燃烧器(F-401A)中燃烧产生的还原性烟气混合后进入加氢反应器(R-401)。从加氢反应器出来的高温尾气经加氢反应器出口冷却器(E-401)冷却后进入急冷塔(C-401)，急冷塔塔底急冷水经急冷水泵(P-401)升压及急冷水过滤器(SR-401)过滤后，通过急冷水空冷器(A-401)及急冷水后冷器(E-403)冷却循环使用。尾气离开急冷塔顶后进入尾气吸收塔(C-402)，尾气中的H2S气体在塔中几乎全部被贫液吸收，吸收塔顶经净化的尾气H2S含量低于250×10-6(φ)，CO2含量约为20%(φ)，后进入尾气焚烧炉。
尾气焚烧炉的流程如图 2所示。来自尾气吸收塔顶的尾气进入尾气焚烧炉，在焚烧炉内尾气与外补燃料气及燃烧空气混合燃烧，炉膛温度约为650 ℃。尾气中剩余的H2S和COS在尾气焚烧炉内进行燃烧并转化为SO2。其他可燃物如烃类、氢及CO也同时被完全氧化。离开炉膛的高温烟气进入尾气焚烧炉废热锅炉，通过发生3.5 MPa(G)等级的饱和蒸汽及过热高压蒸汽来回收热量；从废热锅炉流出的烟气最后经烟囱排入大气。
2 装置主要技术特点
普光天然气处理厂尾气处理装置的主要特点有：①采用尾气加氢还原吸收工艺进行尾气净化；②采用加氢进料燃烧炉发生次氧化反应，提供加氢反应所需的热源及还原气体；③吸收塔的半富胺液作为天然气脱硫单元的半贫液进一步利用，以节约全厂溶剂再生的蒸汽能耗；④为了充分利用单元的废热，设置加氢反应器出口冷却器发生低压蒸气回收单元的废热；⑤尾气焚烧部分采用热焚烧工艺，在尾气焚烧炉内补充燃料气达到适宜的反应温度，将尾气及装置产生的废气中残留的含硫化合物进一步氧化成SO2后排放至大气以满足环保要求；⑥尾气焚烧部分设置高压蒸汽过热器，回收焚烧炉产生的废热，将单元产生的高压蒸汽过热后送至系统管网。
3 联合装置尾气单元运行问题及对策
联合装置尾气单元自2009年10月开工以来，各项工艺技术参数基本运行平稳，各项工艺指标基本达到设计指标。但在联合装置实际运行中，也出现了问题，影响到了尾气单元的平稳运行。
3.1 加氢炉点炉程序优化
联合装置的加氢炉F－401在首次开工过程中，在点火程序点完长明灯后，需要点主嘴时，在按下点燃主火嘴按钮后，出现主火嘴无法点燃，火检信号检测不到火焰。主火嘴在主燃料气切断阀自保切断时，主火嘴火焰瞬时燃烧随即主火焰熄灭等问题。多次调整现场的配风及调整相关流程，未解决问题。
经研究对比分析燃烧空气和燃料气流程及切断阀开关情况，对燃烧空气切断阀XV40125和主燃料气切断阀XV40106、XV40109的开关时间进行了现场时间检测，具体情况如表 1所示。对比分析表 1可发现，燃烧空气和主燃料气自保切断阀之间由于全开时间差别、距离差别、阀前压力差别，造成两切断阀打开时有时间偏差达5 s以上。主燃料气通入时，燃烧空气未能及时通入，使主火焰无法点燃，火检10 s无信号随即自保，主燃料气被切断。而此时部分燃烧空气通入，造成主火嘴火焰瞬时燃烧而因无主燃料气，随即主火焰熄灭。
表 1
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表 1 切断阀表对比表
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对F－401的点火程序进行了修正，让燃烧空气的切断阀提前打开，与主燃料气的切断阀消除时间偏差。在修正了点火程序后，既防止了空气的提前进入，又使燃烧空气与主燃料气达到了同步。F－401在修改了点火程序后，在多次点燃F－401的过程中，点火非常顺利。在按下点燃主火嘴按钮后，主火焰随即点燃，保证了装置开工按步骤进行。正常生产时F－401因意外主火焰熄灭时可迅速点燃，减少了因F－401主火焰熄灭而造成的生产波动及尾气排放量，保证了联合装置的环保指标，为尾气H2S回收提高硫磺收率提供了保障。
3.2 尾气焚烧炉振动原因及对策
装置运行期间，发现各联合装置硫磺回收单元负荷提升至某一区间运行时，相关系列的尾气焚烧炉存在一定程度的振动情况。在第三联合装置预标定期间情况尤为严重，两个系列尾气焚烧炉废热锅炉减温水排凝阀组均因炉体振动过大引起了断裂情况。经过对克劳斯炉、尾气焚烧炉运行负荷的摸索和积累，进行不断创新与优化，总结操作经验。各联合装置尾气焚烧炉振动情况与硫磺回收单元酸性气量的关系如表 2所示。
表 2
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表 2 尾炉振动情况与酸性气量关系表
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经过对克劳斯炉酸性气燃烧量的摸索、研究与确定，分析了燃烧器的负荷、尾气焚烧炉配风比及一次风门开度等因素，认为闪蒸汽的并入量对焚烧炉震动存在较大影响。尤其是闪蒸汽超1000 m3/h时情况尤为明显，在闪蒸汽800 m3/h以下时装置可处于较好的运行状态。对问题的分析及采取优化措施如表 3所示。通过优化措施有效解决了克劳斯炉和尾气焚烧炉的振动问题，联合装置在保证装置安全运行的前提下，将焚烧炉负荷提升至90%~100%。硫磺单元优化后的最佳负荷如表 4所示。
表 3
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表 3 优化措施
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表 4
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表 4 硫磺单元优化后的最佳负荷表(m3/h)
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3.3 尾炉烟囱冒白烟问题
在联合装置硫磺尾气单元停工后，尾炉降至500 ℃恒温时，发现烟囱冒白烟是间歇式的，没有逐渐扩大的趋势。初步排除尾炉E-404和D-401管束内漏的可能。冒白烟原因可能是进入尾炉的介质将水间歇式带入尾炉，水迅速在尾炉汽化，造成烟囱冒白烟。通过尾炉原则流程图可以看出，进入尾炉的介质有以下10种：①来自硫磺单元的EJ－301的气体；②来自硫磺单元E－307的过程气；③来自尾气单元C－402的尾气；④来自尾气单元开工线；⑤来自脱水单元C－202的气相；⑥燃烧空气；⑦燃料气；⑧各地罐来的气相；⑨尾气管嘴保护蒸汽；⑩脱硫单元C－103来的闪蒸气。
因硫磺尾气处于停工状态，第④项来自尾气单元开工线介质可以排除。对C-202闪蒸汽入尾炉线进行了工厂风吹扫，吹扫完毕后，将尾炉前的SIS切断阀和闸阀关闭，排除了第⑤项的可能。通过现场放空检查，排除了第⑥项和第⑦项，即燃料气和燃烧空气带水的可能。将D-102闪蒸汽入尾炉前闸阀关闭，发现尾炉烟囱冒白烟问题依旧，排除第⑩项闪蒸气带水的可能。通过检查放空及停伴热的方式，排除了过程气及EJ－301管线带水的可能。
对尾炉尾气管嘴保护蒸汽进行了以下操作：①开大尾炉减温蒸汽自保阀前后闸阀及截止阀；②检查尾炉减温蒸汽自保阀状态，经确认后，认定尾炉减温蒸汽自保阀无故障；③停炉后，拆开尾炉减温蒸汽入炉节流孔板，确认两块节流孔板无堵塞现象；④打开低压蒸汽西侧管廊末端排凝，发现低压蒸汽系统蒸汽含水量较大。检查低压蒸汽调节阀前后流程，发现低压蒸汽调节阀副线阀存在漏量现象，关闭低压蒸汽调节阀管廊根部阀。经低压蒸汽疏水后，低压蒸汽品质恢复正常，尾气入炉管嘴温度由420 ℃降至200 ℃，烟囱冒汽现象消失。
经判断，尾气入炉管嘴超温及北侧烟囱冒汽现象是由于蒸汽品质不合格导致的。
3.4 硫磺单元液硫池抽射器问题导致尾气SO2含量偏高
尾气单元正常生产时，尾气SO2排放在线分析仪数据缓慢上升，如下表 5所示。虽未超指标，但对尾气单元的平稳生产造成了影响。
表 5
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表 5 尾气含量对比表
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联合装置尾气单元尾气SO2排放标准要求≤960 mg/m3，尾气SO2上升情况主要来源于以下4个方面：①加氢反应器负荷过大，克劳斯炉配比过小导致尾气吸收塔顶部出口H2S及CO2含量超标; ②尾气单元旁通阀XV-31007B阀无法完全关闭，部分尾气直接进入尾炉燃烧; ③硫磺单元液硫池抽射器EJ-301管线伴热不畅蓄积硫磺导致部分硫磺直接进入尾炉焚烧; ④液硫池S-301气相空间H2S气体体积含量过大，EJ-301抽射量过大，过多的H2S进入尾气焚烧炉燃烧。
经过化验分析及在线仪表校对，第①项及第④项基本可以排除。采取以下措施：①检查XV-31007B的3%限位；②检查XV-31007B的伴热；③检查XV-31007B状态，现场手轮是否可以继续压紧，经仪表人员确认后，认定XV-31007B无故障；④检查EJ-301进出口管线夹套伴热是否正常，及时疏水并更换疏水阀；⑤确认EJ-301进口夹套伴热不通后，可关闭EJ-301出口阀，稍开少量低压蒸汽对此段管线进行反吹；⑥经过上述第④、⑤项的处理，尾气SO2含量已经从700 mg/m3降至500 mg/m3；⑦EJ-301入口管线再次进行蒸汽吹扫，吹扫后尾气含量合格，判断为第一次进行蒸汽反吹时，因EJ-301出口阀门堵塞，无法完全关闭，导致吹扫效果降低。第二次加强EJ-301出口阀及入尾气焚烧炉阀门伴热疏通后，完全关闭后蒸汽反吹效果明显。EJ-301入口管线外壁附着硫磺吹扫至S-301后，重新投用EJ-301，尾气排放合格，降至100 mg/m3。
4 结语
针对普光天然气净化厂尾气处理的特点，采取了以下优化措施, 有效地解决了点炉、炉体振动、尾气排放等方面的问题，保证了装置的平稳运行。
(1) 对F－401的点火程序进行了优化，消除燃烧空气的切断阀与主燃料气的切断阀的时间偏差；
(2) 为解决尾气焚烧炉振动剧烈的现象，确定了联合装置克劳斯炉的最佳负荷为30 000 m3/h；
(3) 停工系列应检查低压蒸汽品质，开大排凝，加强停工系列装置内低压蒸汽流动，检查低压蒸汽减温水流程，确保蒸汽品质合格；
(4) 注意检查硫磺单元液硫池抽射器EJ-301的运行情况。
2012, Vol. 41