160-硫回收装置液态硫磺尾气抗堵塞专用羽叶分离器用作硫磺捕集器设计方案讨论

       本帖专门针对硫磺回收装置液态硫磺尾气硫磺捕集器采用抗堵塞羽叶分离器设计方案进行讨论分析。

      在炼化企业、煤化工企业、天然气处理企业、化肥企业、硫铁矿冶金企业等不少行业企业，都建有硫磺回收装置。而硫磺回收装置运行中，让装置操作人员和管理人员最苦恼的问题之一，莫过于尾气排气管线设备频繁被硫磺堵塞及其维护清理工作，以及由此造成的尾气排放硫含量频繁超标以及处罚。硫磺尾气排气管线设备频繁被硫磺堵塞后的维护清理工作，作业工况恶劣，劳动强度大，安全风险大，而且往往难以找到有效解决方案。

      关于硫磺回收工艺包，国内外不少公司都对外提供自己的工艺包，其中以欧洲的几家老牌公司硫磺回收工艺包相对更有名气。但是，查阅这些国内外公司的硫磺回收工艺包，会发现这些工艺包中涉及硫磺捕集器技术基本停留在上世纪末水平而未做技术升级，硫磺捕集器采用传统的丝网除沫技术。

       不少硫磺回收工艺包设计的硫磺捕集器不仅采用传统阻挡式丝网除沫技术，而且对气流中如何有效解决硫磺分离运行问题未做到足够重视。我们曾在以往关于从气流中捕集分离硫磺液沫的技术帖中介绍过，只有准确把握气流中硫磺的物性变化才有可能既解决硫磺从气流分离问题，又解决硫磺固着堵塞问题。固态硫磺本身有着alpha、bata和gama等几种固体聚集型式，且存在由固态经液态过度向气态转化的过程以及直接由固态向气态升华过程。尾气气流中以升华气态形式存在的硫磺，很难通过节能低耗环境友好的动力学分离方式脱除。只有与气态存在相差的硫磺，比如固态硫磺和液态硫磺，才具备动力学分离的可能。而固态硫磺和处于一定温区的液态硫磺的流动性很差，输送困难，因而在动力学分离中需要作为分离运行前提去创造条件尽可能加以规避。

       而硫磺回收装置运行事实表明，一是工艺包对硫磺捕集器技术选型存在问题，再是对硫磺捕集分离条件把握不当，造成比比皆是的尾气管线设备堵塞。下图便是尾气引风机入口硫磺沉积堵塞的图片：

      下面，我们以国内某石油工程公司牵线搭桥让我方为高含硫俄油炼制企业的硫磺回收装置液态硫磺储槽尾气硫沫捕集分离器采用诺卫能源技术公司抗堵塞专用羽叶分离器进行技术升级项目为例，展开讨论分析。

      这家俄油炼制企业的硫磺回收装置的液态硫磺储槽，其液体硫磺入口管与尾气排放管采用二合一“T型”结构布置在液态硫磺储槽顶部，并采用蒸汽伴热保温。业主提供的图示如下：

      该炼油企业硫磺回收装置原来采用的液态硫磺储槽尾气硫磺捕集器，设置在液态硫磺储槽顶部尾气排放管靠近液态硫磺储槽一端，也采用传统简易丝网分离内件水平布置在直径10”的尾气管线横截面上，用蒸汽套管进行伴热保温。请见业主提供的如下结构示意图。

        业主液态硫磺储槽尾气管图中标注的除沫器demister采用丝网型式，而且选用孔隙率最高的York 931型式以防堵塞而牺牲分离效率。请见业主提供的原来丝网除沫器材质型号表如下：

       业主反馈说，原工艺包中的硫磺捕集器之所以选择孔隙率最高的York 931型式，就是基于硫磺的熔程宽、流动性波动大而易于堵塞丝网，再就是尾气管直径12”偏小。但在实际运行中发现，York 931丝网正是由于其为了防堵塞开孔率大而牺牲分离效率，导致尾气携带不少液硫沫发生逃逸，引起尾气硫含量超标严重。业主自己也曾用York 431丝网去替代York 931丝网，但因York 431型式的丝网孔隙率低导致运行压降飙升使得硫磺储槽尾气排放不畅造成憋压。因而，业主决定采用羽叶分离器对原来的尾气管内的原有丝网分离内件进行技术升级改造。

       羽叶分离器用于硫磺捕集器技术升级改造，其特点是：
1、处理气量大，适于大规模生产；
2、通过精准动力学分离技术设计组态平台系统设计完成的羽叶分离器，能实现精准定量分离效率；
3、压降小，只有传统丝网分离器1/8~1/6，同工节能；
4、操作弹性空间大，可在15%~130%范围内高效运行；
5、对气流中携带的固体颗粒物和蜡状粘性质具有超强耐受性，不堵塞，无备品备件，运行维护费用低;
6、采用顶开式设计，易于维护和拆装。

      业主提供的其硫磺回收装置液态硫磺储槽顶部尾气管线实际工况参数如下：
Gas flow rate气体流量：                 248kg/h
Operating pressure操作压力：         -0.063BarG
Operating temperature操作温度： 180℃
Gas density 气相密度：              2.12kg/m^3
Gas viscosity气相粘度：             0.019cp
Mist composition 液沫组成：Liquid Sulphur 液硫 100%
Mists density 液沫密度：             1780kg/m^3
Mists viscosity 液沫粘度：            5cp
Mist surface tension液沫表面张力：42 mN/m。   

      诺卫能源技术公司依据业主提供的实际工况参数，通过NOVEL精准动力学分离计算和组态设计平台完成的上述羽叶分离器技术信息如下：
1、分离器技术类型：羽叶分离专利技术设备；
2、分离器型号：NOVEL G50C-10-49.78；
3、分离效率：99.99%分离脱除4.71微米及以上尺寸硫磺液滴液沫，排气液硫残留量不超过0.1G/MMSCF；
4、运行压降：额定工况下运行压降不超过0.1psi；
5、操作弹性：15-130%；
6、材质：SS316L。

     下图是诺卫能源技术公司通过其精准动力学分离计算和组态设计平台完成的上述羽叶分离器《数图汇表》：

      羽叶分离器之所以具有上述优异性能特点，主要在于羽叶分离器立足于通过精准动力学分离计算和组态设计平台为基础技术系统支撑，采用特殊内在结构的羽叶分离内件组以专利组态技术设计制程。当挟带硫磺液滴液沫的尾气接近羽叶元件，由于羽叶元件主流道和微流道特殊设计，使含液气体经若干次动量变换和动能转换，两相流通过流体微元高速旋转、高效碰撞、微液滴聚结长大、矢量分离和表面自由能捕集等复合分离方式，形成成团的液体并流至与气体方向正交且独立的二级微流道，并通过独立降液系统派送。从而NOVEL羽叶分离器提供了极高的去除液滴能力和更宽操作弹性，并主动气封避免气体因短路通过降液管而绕过羽叶元件导致的总体分离效率波动问题。