张晶

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

二硫化碳作为一种重要的化工原料，天然气法合成二硫化碳的工艺主要有低压催化、低压非催化和高压非催化工艺[1]。其中天然气低压非催化法[2]具有投资低，操作简便，生产连续，清洁环保等优势，鹤壁化工有限责任公司5 万t/a 制二硫化碳装置便采用该工艺，以天然气与液硫为原料通过加热炉反应生产二硫化碳，随着二硫化碳装置和设备的规模越做越大，液体硫磺的储存就显得非常重要。本文以此装置设计为例，简述液硫槽区设计要点。

1 液硫的性质及对保温的要求

硫磺,易燃固体,在《危险货物品名表》中属第4.1 类危险品。在常温下为淡黄色固体，在不同的温度下,将形成不同的同素异形体和三态。硫磺在常温下为固体,随着温度的升高，液硫的流动性逐渐增强，112.8℃以下硫磺为黄色固体；112.8℃～250℃液硫为黄色液体；250℃～300℃为暗棕色粘稠液体。可见，温度过高或过低时液硫的粘度都会急剧增加,在液硫储存及输送中要密切关注温度。本项目要保证液硫卸车时的温度为140℃，此时液硫的粘度最低，流动性最好。

2 液硫卸车

液体装卸臂广泛应用于石油化工行业，由于液体品种较多，化工物料特性各异，合理选用装卸臂对安全生产很重要。根据《液体装卸臂工程技术要求》（HG/T21608-2012），对于有腐蚀性的物料，为防止物料喷溅或确保人身安全，应采用密闭式装卸。本项目液硫槽区，采用密闭式蒸汽夹套卸车臂，采用优质碳素钢材质，将液硫槽车中的液硫送入液硫储槽，为了保证液硫在装车后，鹤管中的液硫能够自流进槽车，所选鹤管入口接口法兰端面应向上。按照1 h 左右卸一车及现有液硫输送泵的输送能力，选用接管口径为DN80 的鹤管。所选用的鹤管为步步低的形式，鹤管中的液硫在卸车完成后，可自流进入液硫储槽，鹤管出口管段上设置氮气吹扫接头，卸车完成后及时吹扫管道残液。

3 液硫输送及储存

3.1 液硫管道伴热设计

石油化工装置的伴热形式主要有电伴热、蒸汽夹套伴热、蒸汽伴热管伴热及热水伴热四种。根据硫磺的物理特性，液硫储存方式一般采用蒸汽夹套伴热和电伴热两种形式。通常，管线距离较短时采用蒸汽夹套伴热，长距离输送管线一般采用电伴热。本装置的液硫管线均采用0.45MPa 饱和蒸汽夹套伴热加保温，夹套管仅在内管与法兰连接处采用焊缝外露型，其余为焊缝全隐蔽型，夹套管内管套管均采用无缝碳钢管，液硫阀门均采用蒸汽夹套保温球阀。夹套管热应力按SH3401 进行计算，当管道拐弯进入液硫储存设备时，应设置四通或法兰接口作为清扫口；管道应采用分段设计，每段夹套管的套管长度取决于管道布置，并受内管与外管内的伴热介质之间温度差的限制。每节套管长度不宜超过6m。夹套管的内管和外管之间由于温差过大或材质不同时应进行应力校核，内管所产生的热胀量需要补偿时，尽量采用自然补偿或设∏型补偿器，管段间采用蒸汽夹套法兰连接便于检修；跨接管的设计应使排放流畅，防止积液和堵塞。配管时应考虑跨接管的安装空间，管道间距应适当加大。夹套管中的蒸汽由套管上部引入，冷凝水由套管下部排出，且在坡向的低点处设置疏水阀，供气管线与排液凝管分别设置切断阀。

3.2 液硫储槽设计

液硫一般储存于液硫池或液硫储罐中，鉴于液硫储罐的结构形式，液硫储罐一般置于地平面以上，而液硫池多采用钢筋混凝土结构，池内壁设置防腐层，池子的主体部分可以置于地平面以下，这样方便卸车。本项目中液硫槽区内设置四个液硫储槽，主体材料是Q345R，置于混凝土槽池，槽外壁与槽池缝隙充满珍珠岩，以减少散热损失。液硫储槽工艺参数：常压储存，工作温度140℃，长9100mm，宽 3000mm，高度 2400mm，全容积 60m3。为补偿液硫储槽环境热量损失在储槽内设置加热盘管，根据热负荷计算[3]，储槽内设置七组单螺旋蒸汽加热盘管，盘管材料是304，加热盘管经人孔插入储槽内部距底200mm 处，盘管段浸没于液硫液面以下。这样保温和加热措施共同作用，能够弥补从设备和外部热交换损失的热量，确保了温度在可控制的范围内[4]。槽区东侧第四个液硫储槽设置活动盖板，作为固体硫磺倒料口，当槽区液硫供应不足时兼做熔硫槽使用。

3.3 液硫泵的选型

在国内，90%的硫磺回收以及制硫酸装置中，液硫泵均采用的是符合API610 标准的VS4 型长轴液下泵[5]。本项目液硫槽区中每个液硫槽配置两台液硫泵，一开一备。硫磺液下泵是在普通液下泵的基础上，根据液硫输送特性，开发的输高温液态硫磺的专用液下泵。该泵是一种保温型立式液下泵，泵的出液管、泵体、泵盖均设有保温夹套，起到蒸汽循环确保液体不结晶。转速为2900rpm，功率为22KW，流量为12.5m3/h，扬程为80m，液下深度2m，泵的底部安装闭式叶轮及过滤网。泵轴采用多点支撑，滑动轴承的润滑采用介质液硫自动润滑，润滑完成后，在重力作用下回流至液硫储槽中。根据API610 附录表格G.1 中的“离心泵用材料选用指南”[5]，对于介质为液态硫磺的泵选用S-1 材质（压力泵壳为碳钢，其他主要过流部件采用铸铁）即可，本项目液下泵材质为碳钢。

4 结论

液硫储槽作为二硫化碳生产中的原料储存设备，关系到整个生产装置的正常运行。危险性较高，设计阶段应该全面考虑，以介质物性为依据，正确选用设备及管道材质、保温方式，从源头上做到精细设计，注重每一个细节，规范合理的设计液硫槽区是保证安全生产的关键和源头。