克劳斯硫回收尾气管道着火事故分析及改造

兖矿国宏化工有限责任公司50万t/a甲醇项目以高硫煤作原料，副产硫化物（主要成分为H₂S）高达1200 m³/h，为处理这些硫化物，采用了克劳斯法回收硫磺，所得尾气（硫回收尾气总气量为5500 m³/h，成分为N₂ 35%、CO₂ 46%、H₂O 17%、H₂S 1.2%、SO₂ 0.6%、S 0.1%、其他0.1%；由于硫回收尾气中可燃气体成分偏少，炉温无法保持，容易熄火，需向焚烧炉中通入来自氢回收系统的弛放气辅助燃烧，弛放气气量为200 m³/h，成分为H₂ 42%、CO 18%、CO₂ 5%、CH₄ 11%、Ar 12%、N₂ 10%、其他2%)经过过氧焚烧后送至中压废热锅炉副产2.5 MPa的饱和蒸汽，尾气温度由900 ℃降至260 ℃，随后经过长达300 m的尾气管道送入锅炉房，在石灰石的作用下除掉SO₂，经过脱硫的克劳斯硫回收尾气与锅炉房的烟道气混合，回收热量后直接排入大气。

2014年2月14日，克劳斯硫回收系统正常运行（酸性气气量3310 m³/h，配比空气气量3600 m³/h，入工段压力69 kPa，尾气气量约5500 m³/h；与此同时，进入焚烧炉的弛放气气量约200 m³/h，助燃空气气量3000 m³/h，炉温900 ℃），经高温燃烧且回收热量后的混合尾气气量约为8000 m³/h，出工段温度约为260 ℃，出工段压力为30 kPa。20：00左右，克劳斯硫回收系统入工段压力突然降至55 kPa，尾气处理系统出工段压力降至16 kPa，立即通知现场人员对系统进行排查。20：15左右，克劳斯硫回收系统入工段压力继续降至35 kPa，尾气处理系统出工段压力降至9 kPa，同时距离硫回收系统200 m处的管廊着火，现场确认着火源为尾气管道，立即对硫回收系统作停车处理，同时向尾气管道中通入氮气，10 min后火势得到控制，最终被扑灭。

对尾气管道检查发现，着火部位在管道上升处的最低点，管道内存在少量硫，管壁上附着大量黑褐色物质，管壁有效厚度仅为2 mm（正常为6 mm），其他部位管壁有效厚度平均为4.2 mm，已无法正常使用。经取样分析，管壁上的残留物为FeS。

原因分析

经分析我们认为，着火事故原因是：生产中工况发生波动时会有部分H₂S被带到尾气管道（尾气管道材料为20^#碳钢），当有水存在时，H₂S形成氢硫酸，氢硫酸腐蚀管壁，生成大量的FeS，FeS在潮湿的环境下遇到氧气（为了保证克劳斯硫回收尾气充分燃烧，必须保证空气远远过量，从而不可避免地将大量空气带入尾气管道），就会与氧气发生剧烈的反应，即自燃，随后引燃了管道中的硫磺，久而久之，管壁厚度会逐渐减薄，直至被烧透，引发着火事故。

优化措施

为避免着火事故发生，必须尽可能地避免氧气进入尾气管道，而尾气焚烧炉的操作特点使得氧气不可避免地进入尾气管道，也就是说，尾气焚烧炉的存在成为了事故的隐患。而在尾气处理系统中，尾气焚烧炉的作用是很大的，如果不投用尾气焚烧炉，势必会影响系统的运行。为解决这个问题，对系统作了如下改造：

（1）尾气焚烧炉不再投用，在进入尾气管道前增加1个可随时更换丝网除沫器的分离器，克劳斯硫回收尾气直接经过分离器进入尾气管道，尾气中的硫被分离下来，根据系统阻力随时清理分离下来的硫，剩余的含硫物质在锅炉房中转化为SO₂，随后在石灰石的作用下被脱除；

（2）在新增的分离器后增加1个尾气加热器，以提高尾气温度，同时在尾气管道150 m处搭建平台，并在平台上增加另1个尾气加热器（热源为1.0 MPa饱和蒸汽），以弥补沿途热量损失；