流量计助力炼油厂优化硫磺回收装置的锅炉空气供给

2020-07-31

硫在烃类燃料（原油）的生产和精炼过程中以各种形式存在，包括二氧化硫（SO2）气体和硫化氢气体（H2S）。原油中的硫是有毒的，对工人、设备和设施造成严重危害。

人体暴露在含硫10ppm的环境下会引起中毒，超过800ppm将导致死亡，当在空气中超过4.3%体积时，它是易燃的。世界各地的卫生、安全和环境机构都对硫的存在和各种形式的硫的接触进行了高度管制。

因此，从碳氢化合物燃料中脱除硫对于安全高效的炼油厂操作至关重要。硫化氢气体有臭鸡蛋的味道，但在高浓度下，工人的嗅觉会很快被克服，使工人易受呼吸问题和死亡的影响。由于这些原因，硫化氢气体探测器在炼油厂的战略地位。

为了去除碳氢燃料中的硫，炼油厂通常安装使用克劳斯工艺的硫回收装置（SRU）。多步Claus法是专门处理从碳氢燃料中脱除的硫化氢。

典型的SRUClaus工艺操作包括一个燃烧富硫酸气（“酸性气”）的燃烧器系统，后接一个催化转化器，以产生无害的硫磺粉、水和废气（“尾气”）的输出。SRU的尾气可以通过烟气脱硫（FGD）或热氧化剂来进一步处理。

由此产生的硫磺粉可用于肥料、农药、橡胶、药品和化妆品的其他制造工艺。石油/天然气精炼厂和其他石化厂是世界硫磺生产的主要来源。

问题

沙特阿拉伯的一家炼油厂需要优化SRU系统，以提高效率和降低成本。炼油厂的工厂团队很快发现，需要在锅炉的主送风管线上对空气进行更准确可靠的测量，这将需要更强大的空气流量传感技术。

一家南欧的炼油工程公司联系了FCI公司的应用专家。解释了严格控制硫化氢酸气、尾气和有效氧（空气）之间的比例对SRU系统有效运行的重要性。SRU系统的空气供给包括一个主空气供给和一个微调空气供给，以密切控制锅炉的总空气供给。

工厂团队解释说，为主送风、配平送风和尾管选择的新流量计必须具有快速响应性。他们必须快速感知空气或气体流量，并以足够快的速度测量流量，以确保空气流量不会超过和/或低于工艺设定值。规定的严格公差将确保在工艺的第一个热阶段更有效地燃烧，其中酸性气体被燃烧以加热锅炉系统，产生硫磺回收催化阶段反应器所需的高温蒸汽。

根据SRU系统的尺寸，安装新流量计的SRU系统的空气供给管线的直径通常为8英寸至40英寸。为该过程选择的流量计的响应时间也必须小于1秒。

选择的流量计需要能够承受高达140°C[184°F]的工艺温度。为了确保SRU系统的有效性，所采用的流量传感技术必须引入不超过<0005BAR[<0.07磅/平方英寸]的压力损失。

除了这些规格外，流量计还需要足够坚固，以尽量减少维护要求，并在较长的寿命周期内运行。由于存在可燃碳氢化合物气体，如H2S，以及SIL合规性要求，他们还需要获得防爆认证，以确保可靠和安全的操作。

解决方案

FCI的应用工程师建议安装其先进的ST100系列热式质量流量计。该仪表采用热扩散传感技术，提供空气和气体的直接质量流量测量，无需额外的压力或温度传感器。这点不同于许多其他流量测量技术，FCI流量计降低了流量测量的复杂性、初始安装和维护的成本。

FCI建议炼油厂SRU空气总管和尾气管线使用单点式流量计。它为8英寸到12英寸的管道直径提供更出色的精度。对于大于12英寸的管线尺寸或管线的空气/气体流量剖面不稳定的情况，则建议采用双点式配置以获得最佳精度。FCI双点式流量计的变送器可采用一体或分体远传式安装，能自动平均两个独立流量传感器的输入，以提供所需的精度和重复性。

推荐用于SRU系统应用的仪表采用AST™驱动技术，确保快速响应和尽可能宽的流量范围。如果该流量计的接液部分会接触高浓度的硫化氢（某些炼油厂中会出现这种情况），可以选购全焊接哈氏合金C276材质的流量传感器。这种配置的流量计还可以提供NACE合格证书。

该炼油厂的工程师一致认为，推荐的FCI热式质量流量计超过了他们的要求，达到±0.75%读数精度和±0.5%满量程精度，有0.07 NMPS至305 NMPS [0.25 SFPS至1000 SFPS]的宽量程、100:1量程比、反应灵敏。

炼油厂团队对FCI流量计的插入式配置表示赞赏，该配置有的螺纹或法兰连接可选，与在线安装的流量计相比，插入式安装更简单且成本更低廉。这款流量计拥有整表防爆认证，可以根据需求采用一体式安装，无需使用额外电缆、电缆密封套等进行远传式安装。

仪表耐用的电子线路部分配合坚固的封装，符合IEC 61508（SIL 1）标准（经第三方FMEDA报告确认），确保可靠和安全运行。如果需要，可以选择在线插拔式连接，配合球阀可在不关闭工艺管线的情况下拆卸仪表进行清洁和维护。

无论所需的是传统的4-20 mA模拟输出、频率/脉冲输出，还是先进的数字总线通信，如PROFIBUS、HART、Foundation现场总线或Modbus，该仪表的多功能变送器都能满足所有这些要求。更重要的是，如果有需要改变或升级，可以通过更换相应模块完成转换。

变送器的数字显示/读数提供全面的数据，包括流量、总流量和多种诊断。这款流量计的数显采用背光式LCD，并带有四个光学触摸按钮。背光有一个独特的接近检测器，它仅在工程师接近时才会亮起，也可以设置为“常亮”。显示和按钮功能可以通过电子方式旋转，通过按钮以90度进行旋转，以便查看显示和操作光学触摸按钮。

热扩散流量传感

推荐的流量计采用热扩散传感技术设计。该传感器通过在工艺介质中放置两个受热电偶保护的铂电阻（RTD）来工作。其中一个RTD被加热，而另一个不加热的RTD则用于感应实际过程温度。两个RTD之间的温差与介质冷却效果成正比，与气体质量流量成正比，无需额外的压力或温度变送器。

除了直接质量流量测量，炼油厂团队选择的这款FCI流量计还带有内置的实时温度补偿。这种能力确保了在工艺温度变化较大的应用中可重复和可靠地进行测量。由于没有活动部件或孔塞可堵塞，热式质量流量计不受灰尘和污垢的影响，因此几乎可以免维护连续运行，降低了生命周期成本。

结论

FCI热式质量流量计已在用户现场完成安装调试，并在主空气供给和空气供给管线上正常支行。它们稳定的设计和可靠的精度帮助炼油厂团队实现了SRU系统运行效率提升和成本降低的目标。