长寿分厂原硫磺回收装置于1998年建成并投产，采用的是常规克劳斯硫磺回收工艺，其设计硫磺回收率为90%。为提高装置的适应能力与环保要求，2010年进行了硫磺回收装置适应性改造工程。
长寿分厂现硫磺回收装置是采用具有国内自主知识产权的CPS硫磺回收工艺，也是CPS硫磺回收工艺在重庆天然气净化总厂成功运用的第二套硫磺回收装置，在总结第一套装置(万州分厂硫磺回收装置)经验的基础上，设计上更加优化，建设和运行更加科学。
该装置在长寿分厂建成投产后，为保证装置安全平稳、更加优化的运行，根据现场实际做了以下一些操作改进。
长寿分厂硫磺回收装置适应性改造工程于2010年11月22日建成并一次性投产成功。新建硫磺回收装置规模与脱硫装置匹配，设计规模为最大硫磺产量24 t/d。工艺流程见图 1所示。
主要工艺原理简述如下：
CPS硫磺回收工艺主要由一个热反应段、一个常规克劳斯反应段和3个低温克劳斯反应段组成。热反应段，H2S的转化率达到66%；常规克劳斯反应段，H2S的转化率达到20%。剩余H2S在3个后续的低温克劳斯反应器完成转化[1]。
长寿分厂CPS工艺采用的催化剂为Porocel Maxcel 727，利用其低温吸附高温再生的原理循环利用。
该工艺采用三级CPS反应器和三级CPS硫冷器。其中，两级反应器作为低温CPS反应器一直处于运行状态，另一级反应器处于再生状态，并于再生后进行冷却以备转换用作低温反应器。再生和初始冷却均在CPS主反应器进行，经过一定的时间CPS主反应器需从主位移至最后位进行最终冷却时，通过3只两通阀和3只三通阀的自动开关使气体转向，实现三级CPS反应器的循环。
该装置设计硫回收率≥99.25%，SO2排放量≤14.2 kg/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、尾气灼烧炉风机、三通切换阀、两通切换阀等关键设备和催化剂从国外引进外，其余均为国产。2011年2月28日至3月3日完成装置满负荷性能考核，硫磺回收率为99.356%，满足≥设计值99.25%；尾气SO2排放量为13.17 kg/h，满足≤设计值14.2 kg/h；工业硫磺各项指标均符合GB/T 2449-2000《工业硫磺》优等品指标要求。
由于原料气处理量的降低，长寿分厂硫磺回收装置建成投产至今，装置大部分时间都处于低负荷运行状态，实际运行参数处于设计低限或者低于设计值最低限，对该装置的操作调整带来较大困难，设计和实际运行参数对比见表 1。
根据目前形势，长寿分厂生产装置将长期处于低负荷生产状态，并且气质气量波动较大。如何使CPS硫磺回收装置在低负荷状态下安全平稳运行，是需要面对和解决的问题。
主燃烧炉配风设计方案如下：
主风控制回路(主空气流量)FIC-1405输入值=酸气配风量+燃料气配风量－副风预设量±K。
副风控制回路(副空气流量)FIC-1403输入值=2:1，在线分析仪输出值±K，K＝n×125(n为整数)。
当副风FIC-1403开度小于12.5%一次时，副风输入值增加125 m3，主风输入值减小125 m3。
当副风FIC-1403开度大于87.5%一次时，副风输入值减小125 m3，主风输入值增加125 m3。
在实际生产运行中，装置低负荷运行造成所需配风量低于设计值，副风FIC-1403在较多时间里处于较小开度，当FIC-1403小于12.5%一次时，主风减125 m3，副风加125 m3，造成系统波动较大，操作不平稳。
为保证操作平稳，将K值设定为0，使主、副风不受K值影响。现通过酸气浓度分析数据设置风气比对主风进行控制，通过在线分析仪输出值对副风进行控制，使配风处于相对稳定状态。
该装置设计酸气质量分数为35.87%~41.68%，酸气采取直流法全部进入主燃烧炉燃烧。低负荷运行状态下，酸气质量分数在30%~35%之间，与设计值相比偏低，主燃烧炉炉温在850 ℃左右，低于文献所述的主燃烧炉稳定燃烧运行最低炉温927 ℃，不能保证火焰稳定燃烧。如果当上游气质变化造成酸气量或浓度波动(C/S增大，酸气浓度降低)，就可能造成主燃烧炉燃烧不稳定，甚至熄火[2-5]。实际生产中，采取加入一定燃料气混合燃烧，以保证主燃烧炉的稳定燃烧。但是加入燃料气混合燃烧，使得催化剂积炭的风险非常高，硫磺质量也会受到影响，而且增加运行成本。因此，在设计上进行了更改，在2011年大修中增设酸气分流管线(见图 2)，以保证主燃烧炉稳定燃烧。
CPS硫磺回收装置的主燃烧炉、尾气灼烧炉设置的吹扫口，包括光学温度计、火焰检测器、看窗及点火枪等均需保护气连续进行冷吹。在正常生产过程中，装置对氮气需求量非常小，制氮系统为间歇开车，如果为各吹扫口使用氮气而连续启运制氮系统，势必增加运行成本。
为保证各吹扫口有连续保护气吹扫，配管时将风机出口(流量计后)空气管线与吹扫氮气主管连通，并设置一个手动闸阀。在正常生产时打开该阀，使用空气代替氮气对吹扫口进行吹扫。此改进措施有以下3个优点：
(1) 能够对光学温度计、火焰检测器、看窗及点火枪等进行保护；
(2) 避免了制氮系统连续运行，节约了运行成本；
(3) 使用经过流量计计量的空气作为吹扫介质，不会对配风产生任何影响。
装置CPS切换程序中的每一级CPS反应器，主要经历再生态第一次升温228 min、第二次升温180 min、均热30 min，然后进入预冷态180 min，到吸附态保持180 min，然后转入下一级CPS再生循环。再生、预冷、吸附时间都是在装置满负荷状态下试验和计算得出的数据，当装置处于低负荷状态下时，再生进行约360min后，液硫封就没有液硫流出，表明吸附的硫磺全部除尽。但是，再生温度和再生时间均未达到设定值，如果继续进行再生态，相对减少了吸附时间，同时再生态硫磺转化率偏低，造成了不必要的损失。所以，建议重新核算调整低负荷状态下每项过程的时间。
主燃烧炉点火方式是通过点火枪点燃引火燃料气，然后加入主燃料气进行点火的。在吹扫完成后，程序打开点火空气和点火燃料气切断阀，使点火空气和点火燃料气混合，点火枪插入发火花，引燃点火燃料气后，再打开空气切断阀和主燃料气切断阀燃烧，点火完成[6-9]。但是在实际点火过程中，只有将点火空气和点火燃料气的压力控制在5~10 kPa之间才容易点火成功，而设计选型的自力式调压阀不能将压力调整到该压力段，已在2011年大修中增加了合适的自力式压调阀。
点火程序中，原氮气吹扫时间设定为10 min，只有吹扫氮气累积量达25 m3后才能进行下一步。主燃烧炉有效容积约5 m3，吹扫时，在限流孔板的作用下，吹扫流量最大只能达90 m3/h，在10 min内无法达到设定的25 m3累积量，导致吹扫不成功。目前，采取的临时做法是多次氮气吹扫炉膛后，仪表人员通过手动设置吹扫流量，保证10 min累计量达到25 m3，从而实现条件满足。所以，建议适当增加吹扫时间或通过核算扩大限流孔板以满足吹扫要求。
各级硫冷器低低压蒸汽出口管线设计为“U”型。当反应器处于吸附态末期、再生态前期、预冷态时，产生热量较少，相应硫冷器产生蒸汽量呈周期性减少，此时，低低压蒸汽在此冷却形成积水。当反应器处于吸附态前期、再生态末期时，硫冷器产生部分蒸汽，但是蒸汽压力不足以将该段水柱压送到8 m高平台，造成该段管线水击，使得钢平台及管线震动较大。采取的临时方案是：在该凝结水管线底部安装疏水阀现场疏水，防止水击的发生。通过委托设计院设计，2011年大修中取消U型弯，并取消硫冷器蒸汽出口单向阀，彻底解决了该段管线积水并产生水击的隐患。变更前后配管如图 3所示。
尾气灼烧炉设计停炉联锁条件只有熄火停炉联锁。在实际运行中，当火检运行出现故障时，为保证正常生产，将该联锁置于“旁路”，此时，如有雷击等原因造成风机停运时，不能及时进行联锁停炉，燃料气继续进入尾气灼烧炉，再次点火时易发生闪爆等事故。通过研究讨论并实施，将尾气灼烧炉空气低流量作为停炉联锁条件，当灼烧炉风机停运时，主风流量低于30 m3/h，灼烧炉则联锁停炉，防止燃料气继续入炉而发生意外。逻辑图如图 4所示。
蒸汽热压器使用3.3 MPa的中压蒸汽，将0.1 MPa的低低压蒸汽引射后成为0.45 MPa的低压蒸汽，汇入低压蒸汽管网利用。在低负荷状态下，由于低低压蒸汽产生量较少，主要来源是克劳斯硫磺冷凝器，约为90~120 kg/h。蒸汽热压器J-1401设计要求低低压蒸汽量在180~270 kg/h范围内才能投用，所以该设备无法正常投用。现在低低压蒸汽是通过蒸汽空冷器冷却成凝结水，进入凝结水罐，通过凝结水泵打入压力回水箱。已重新核算蒸汽热压器的工作范围，使之有较大的工作弹性。
液硫池喷射器的作用, 是使用0.45 MPa的低压蒸汽将液硫池废气引射后，进入尾气灼烧炉燃烧，而引射后管线连接在进尾气灼烧炉过程气上，碰口点位于尾气取样口之前。在引射过程中，废气会对尾气取样产生影响，造成实际过程气组分分析不准确。为保证取样分析数据准确，液硫池蒸汽引射器也未投用。在2011年大修中，已将碰口位置移至取样口之后，取得明显的效果。原液硫池蒸汽引射器布置图如图 5所示。
尾气烟囱的尾气接入口是距最底部8 m高处，接入口以下部分筑有耐热衬里，最底部为一隔板，隔板上开了DN 25的小孔。
在生产过程中，尾气中的水蒸汽在入口下段冷却形成水，溶有SO2的水具有酸性，水吸附在衬里上，积累一定量时沿着烟囱壁通过小孔从底部流出来，将衬里泡软后带出，使下段衬里变薄，烟囱内部腐蚀，并对基座造成污染和腐蚀。在2011年大修中该问题已进行整改，在底部小孔处接钢管，将积水引出，排至水沟。变更前后安装图如图 6所示。
目前，尾气灼烧炉风机进口开度维持在55%，出口放空阀开度为68%。从运行的状况看，大部分的空气被放空，空气不能得到充分利用，损失了较多能量。经讨论，将尾气灼烧炉风机出口放空管线引至低位罐处，放空空气作为低位罐吹扫空气使用，从而避免了利用工厂风吹扫低位罐处，节省了能源。
长寿分厂CPS硫磺回收装置适应性改造后已运行了20多个月，目前运行状况良好。长寿分厂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。
2013, Vol. 42 Issue (2): 131-135
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