硫磺回收酸性气废热锅炉的设计.pdf

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1、硫磺回收酸性气废热锅炉的设计孙猛(长岭炼化岳阳工程设计有限公司，湖南岳阳414000)摘要：目前炼油厂硫磺回收装置主要采用克劳斯+斯科特法工艺进行硫磺回收。在该工艺过程中，酸性气废热锅炉处于高温、强腐蚀的操作环境，操作条件十分苛刻。因此酸性气废热锅炉的合理设计对整个硫磺回收装置能否长期的安全稳定运行起至关重要的作用。本文介绍了克劳斯+斯科特法硫磺回装置中酸性气废热锅炉的设计要点，包括管板设计、材料选择、腐蚀防护、锅炉排污等问题。关键词：硫磺回收；酸性气废热锅炉；设计1概述酸性气废热锅炉是克劳斯+斯科特法工艺硫磺回收装置中的关键设备，该设备的主要作用是降低工艺气体的温度、回收废热、提高装

2、置的热能利用率和减少热排放。该废热锅炉采用管壳式，管程介质为来自酸性气燃烧炉的高温工艺气，壳程介质为除氧水。废热锅炉前端管板迎受高温、腐蚀气体，受力复杂，该管板的设计是酸性气废热锅炉设计的关键。2酸性气废热锅炉设计依据2．1工艺流程来自酸性气燃烧炉的高温工艺气体温度约为1280℃，进入废热锅炉后经换热管回收热量温度降至320℃左右进入下一级换热设备进一步回收热量，同时冷凝出液态硫磺。壳程的水吸收热量后产生蒸汽，经汽、水分离后进入蒸汽管网。2．2工艺条件酸性气废热锅炉的管程操作条件为微正压；入口温度为1280cC，出口温度为350℃；介质为含H：S、SOz、COz等酸性气。壳程操作条件为

3、1．3MPa、195℃；介质为除氧水、蒸汽。3酸性气废热锅炉设计需考虑的问题3．1腐蚀问题废热锅炉正常运行时，管程侧介质中含有大量高温的硫蒸汽，高温硫蒸气具有比较强的化学活性，容易与器壁中的钢铁发生化学反应(Fe+[S]一FeS，3FeS+50：一Fe，O。+3S0：)，从而造成设备严重的腐蚀。此外，因工艺气中含有大量，例如后端管箱，当金属壁温低于s0：气体的露点温度时，就会使后端管箱因s0：气体结露生成硫酸而产生露点腐蚀。所以在锅炉的工作温度选择时，不仅要考虑满足生产工艺，还需考虑避免介质中S02等酸性气体的露点腐蚀。为了避免废热锅炉的烟气侧发生高温腐蚀和低温露点腐蚀，设计时可以考虑

4、在过流部分的内表面涂刷具有耐酸性的涂料，并且衬耐热耐酸材料，外侧则进行热喷铝处理，管箱钢壳外设置防雨罩，防止因雨水降低管箱金属壁温而产生露点腐蚀。3．2管板设计要则据工艺参数，酸性气废热锅炉的管程进口温度高达1280℃，壳程温度仅为195℃。这就使得前管板两侧的温差达到1000℃以上，若按一般的刚性管板设计，管板壁厚会很大，会有很大的温差应力。即使采用内衬隔热耐火层等措施来降低温度差，但是在一些工况，例如锅炉停车时，进口介质温度突然变化，换热管的温度变化速度要比管板快得多，使换热管与管板的连接接头因为过大的温度应力而破坏失效。另外厚管板的制造难度大、成本高。性薄管板能有效的解决上述问题

5、，所以这类废热锅炉采用挠性薄管板非常具有优势。3．2．1管板形式为改善管板的受力状况，废热锅炉的结构采用带曲率半径的挠性薄管板。因为换热管和角撑板对管板有支撑作用，管板所需厚度会大大减小，管板两侧温度差随之降低，产生的温差应力也就会降低。管板周边通过采用圆弧过度而减少扳边的应力集中。圆弧过度半径越大，则管板挠性越大，应力集中度越低，但会增大设备直径；反之若圆弧半径越小，虽然可以有效缩少管板直径，但在转角处易造成应力集中，而且在管板和换热管的焊接处易产生过大的弯曲应力。因此，圆弧半径不是越大越好，也不是越小越好，设计时需结合设计条件综合考虑，但一般管板边缘内圆弧的半径不应小于2倍管板厚度

6、，且不小于38mm。3．2．2管板与换热管的连接如果说管板设计是废热锅炉的设计重点，那么管板与换热管的连接接头则是重点中的要点。因为连接接头恶劣的操作条件，使得废热锅炉管子与管板的连接处经常成为发生的泄露和损坏的事故场所，所以设计时此处的质量要求应重点把握。通常采用U形坡口焊加贴胀并用的结构。U形坡口的结构能有效避免焊接裂纹的发生，且接头强度非常高。当锅炉水流入管板与换热管的间隙后蒸发，会产生水垢使得热传递受阻，该处金属壁温会升高，产生汽水反应(3Fe+4HzO—Fe。O。4+4H：)，将导致管壁屈服。贴胀的作用就是消除换热管与管板之间的间隙，防止上述间隙腐蚀的发生。3．2．3前管板及

7、管头的保护据有效的实验数据表明，高温硫腐蚀会随着金属壁温的升高而加剧，当最高工作温度超过371℃，碳钢在高温硫中的腐蚀速率达到1．5mrrda“1。废热锅炉管程的酸性气因含有S、H：s介质，所以碳钢换热管与碳钢管板间的连接接头，以及前端管板在锅炉运行时时刻处在高温硫腐蚀环境中。另外还要经受烟气的不断冲刷、磨损，所以废热锅炉的前端管板及管头的保护非常重要。为解决上述问题，前管板及管头的保护措施采用如图1所示设计结构。及在管板前端管箱侧表面浇注一层