CN108758349B - 中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统及方法，系统包括液体硫磺管道停输稳压系统、液体硫磺管道停输泄放系统、硫磺再熔化压力保护系统。与现有技术相比，本发明的积极效果是：推动了中长距离液体硫磺管道的停输泄放和再启动理念发展；通过选择并设置沿途典型低点停输泄放系统和高点稳压系统，能够最大程度将停输后管道内的硫磺利用其余温排放至系统外，降低凝固膨胀和再启动不均匀膨胀对管道系统的威胁；再熔化时，通过设置低点安全泄放系统，辅以管道系统的加热程序，进一步降低低点积聚的凝固硫磺不均匀熔化膨胀风险，主动将硫磺从管道内壁和中空管内侧排出系统，提供了更多膨胀空间。

Description

中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统及方法

技术领域

本发明涉及一种中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统及方法。

背景技术

由于大气污染控制标准日益提高，同时相关工业对硫磺需求旺盛，因此硫磺产品回收成为天然气净化工艺中的关键部分。硫酸工业是硫磺的最大供应目标，相比固体硫磺交易，液体硫磺输送可省去上游硫磺固化和下游硫磺再熔的投资和运行费用，且具有运输效率高、粉尘污染少等特点；相比槽车运输，管道运输具有操作连续、储罐需求低、介质保温性能稳定、社会影响小等优点，适合长期连续生产，因此在技术可行的前提下，可优先应用管道输送方式。硫磺产品在常温下呈固体状态，液态硫凝固点为113～119℃，黏性较高。目前常采用预制程度较高的电伴热或蒸汽伴热+保温技术保障液体硫磺管道正常输送。同时，硫磺产品在固态液化时，其体积将发生一定程度膨胀，膨胀量约为10％。在管道受伴热故障或生产计划影响发生停输后，若不及时排出硫磺，则可能因硫磺积聚而引起满管凝结；由此造成再启动过程中因硫磺液化引起的管道涨裂风险；由于管道预制程度较高，一旦管道破裂，维修费用极为昂贵，甚至造成管道报废。

目前，液体硫磺管道常建设于天然气净化厂中，由于厂内管道距离较短、且坡度可控，因此一般在停输后采用自流、吹扫等方式排出液体硫磺，防止硫磺在管道内部大量聚集。对于某些硫磺回收与硫磺成型单元距离较远的处理厂，也尽可能通过调整管道架空高度的方式，避免管道沿途低点，并采用末点泄放的方式在停输后排出一部分液体硫磺，且尚未见其他措施报道。对于中长距离硫磺管道而言，通过调整管道标高或推填路由高程来完全避免中途低点成本巨大，管道沿途必然存在局部低点，形成液袋；同时，由于管道长度和起伏可能较大，通过起点吹扫的方式难以有效排除液体硫磺。同时，如前所述，一旦硫磺因重力积聚于管道低洼处，形成满管固体，在再启动过程中极有可能发生膨胀破管的问题。目前常用管道缓慢升温的方式逐步熔化管内固体硫磺，从理论上可防止硫磺局部膨胀憋压。然而，由于硫磺聚集和管道局部热损失差别，且凝固硫磺与管道内壁粘附力较强，在某些情况下，这种再熔化方式仍有可能引起满管固体硫磺段发生不均匀液化，存在管道破裂隐患。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统及方法，进一步完善了中长距离液体硫磺管道安全输送技术；本发明基于液体硫磺停输过程中冷凝收缩和再启动过程中受热膨胀的基本原理，综合考虑液体硫磺管道停输和再启动运行安全，从管内介质压力控制的角度出发，结合伴热与控制系统，实现停输过程快速排放，以减小再启动胀管风险，同时实现再启动过程中低点满管段的硫磺安全熔化。

本发明所采用的技术方案是：一种中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统，包括液体硫磺管道停输稳压系统、液体硫磺停输泄放系统、硫磺再熔化压力保护系统，其中：

所述液体硫磺管道停输稳压系统包括高点开孔管件和设置在高点开孔管件上的两路高点稳压进气管，在两路进气管上均依次设置球阀和止回阀，在两路进气管汇合后连接进气加热器，在汇合后的进气管道上安装有温度变送器；

所述液体硫磺停输泄放系统包括低点开孔管件和与低点开孔管件连接的液体硫磺泄放支管，在支管上依次设置温度变送器、第一球阀、截止阀和第二球阀，在第二球阀处设置液硫螺杆泵旁路，在支管末端设置液硫回收池；

所述硫磺再熔化压力保护系统包括低点开孔管件和设置在低点开孔管件上的至少两路再熔化压力保护支管，在每路再熔化压力保护支管上均依次安装闸阀和盲法兰，在盲法兰下方设置硫磺临时收集桶，所述再熔化压力保护系统还包括硫磺再熔化中空管。

本发明还提供了一种中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放方法，包括如下步骤：

步骤一、根据液体硫磺管道走向高程变化情况，选择沿线典型低点作为停输安全泄放点；选择典型高点作为停输管道稳压进气点；

步骤二、在液体硫磺管道发生停输后，立即切断主液硫管线起点和末点阀门，依次开启低点液体硫磺停输泄放系统和高点稳压进气系统；打开低点泄放系统的球阀，向液硫回收池排放高温液体硫磺；当硫磺排放一定时间后，打开高点稳压进气系统球阀，并通过加热引气口注入高温空气；

步骤三、当低点液体硫磺停输泄放系统出料非常缓慢或停止后，关闭高点稳压进气系统和低点液体硫磺停输泄放系统，完成停输泄放过程；

步骤四、再启动时，首先开启硫磺再熔化压力保护系统，依次包括解除开孔管件支管的盲法兰、开启局部电伴热系统、安装硫磺再熔化中空管、开启中空管加热系统；

步骤五、全线开启伴热和温控系统，分步、缓慢将温度提升至90℃和120℃；在硫磺熔化过程中，低点硫磺通过插入式中空管、管道系统排入硫磺临时收集桶；

步骤六、当系统升温至120℃并稳定后、硫磺呈现液态且从中空管持续排出时，终止介质泄放；旋转取出中空管，并关闭硫磺熔化管道闸阀，完成液体硫磺再熔化保护过程。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

(1)完善理念：目前相关报道的液体硫磺管道管理技术尚存在于处理厂内或短距离单坡向硫磺管道，距离短且基本无中途低洼，本发明进一步推动了中长距离液体硫磺管道的停输泄放和再启动理念发展。

(2)保障安全：通过选择并设置沿途典型低点停输泄放系统和高点稳压系统(带加热)，能够最大程度将停输后管道内的硫磺利用其余温排放至系统外，降低凝固膨胀和再启动不均匀膨胀对管道系统的威胁；再熔化时，通过设置低点安全泄放系统，辅以管道系统的加热程序，进一步降低低点积聚的凝固硫磺不均匀熔化膨胀风险，主动将硫磺从管道内壁和中空管内侧排出系统，提供了更多膨胀空间。

(3)综合经济性佳：液体硫磺管道造价高昂，本发明采用的泄放、稳压和熔化保护系统，投资较小，且能够充分依据管道损伤原理，实现管道保护，综合经济性佳。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明的管道稳压系统示意图；

图2为本发明的停输泄放系统、硫磺再熔化压力保护系统和硫磺收集系统示意图。

具体实施方式

一种中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统，如图1和图2所示，主要包括：高点开孔管件1、高点稳压进气管2和5、球阀3和6、止回阀4和7、进气加热器8、温度变送器9、低点开孔管件11、球阀12/14、截止阀13、液硫螺杆泵15、液硫回收坑16、温度变送器17/21、闸阀22、盲法兰23、硫磺临时收集桶24和硫磺再熔化中空管25等。

其中，高点开孔管件1、高点稳压进气管2/5、球阀3/6、止回阀4/7、进气加热器8、温度变送器9等组成液体硫磺管道停输稳压系统，负责液硫硫磺排放过程中管道内压补充和管道稳压所需外界输入气体加热；低点开孔管件11、球阀12/14、截止阀13、液硫螺杆泵15、液硫回收池16、温度变送器17等组成液体硫磺管道停输泄放系统，负责液体硫磺管道停输后排出管道内硫磺；低点开孔管件11、温度变送器21、闸阀22、盲法兰23、硫磺临时收集桶24和硫磺再熔化中空管25等组成硫磺再熔化压力保护系统，负责硫磺管道再启动过程中实时泄放低点压力，配合加热熔化系统，进一步防止管道胀裂。

所示系统中，根据液体硫磺管道具体走向和起伏情况，分别考虑设置不同数量的液体硫磺管道停输稳压系统、液体硫磺管道停输泄放系统和硫磺再熔化压力保护系统。液体硫磺管道停输稳压系统设置在管道的沿程高点，引入稳压空气，促进系统排放液体硫磺；液体硫磺管道停输泄放系统和硫磺再熔化压力保护系统位于管道的沿程低点，最大程度排放管道内硫磺，同时也对最易发生管道胀裂的低点进行保护。

具体地，高点开孔管件1为带开孔的主管短节，可以为水平直管或弯管，与上下游干线管道焊接相连；开孔管件1的上部开口，开口数为2个，每个开口依次连接高点稳压进气管2和5，每路管道上依次安装球阀3/6和止回阀4/7，在液体硫磺管道正常运行时，球阀3/6处于关闭状态，止回阀4/7的流向为外界至主管，两路管道同时启用，保障进气稳定性；两路管道汇合后连接进气加热器8，用于液体硫磺管道低点泄放时，空气加热进入硫磺管道，以防止真空，同时热空气避免引起管道内硫磺加速冷凝；进气管道上安装有温度变送器9，用于进气温度检测；所述稳压系统的管道、阀门和管件均采用电伴热和保温系统，由单独电源供电，主管短节1的伴热与保温与主管道系统一致；主管短节1开口连接处采用加强级保温；主管道伴热、保温与温控系统独立运行。

具体地，低点开孔管件11为带开孔的主管短节，可以为水平直管或弯管，与上下游干线管道焊接相连；低点开孔管件11的下部开口，开口数为至少2个，分别连接液体硫磺泄放管道(1个口)和再熔化压力保护管道(1个以上口)。

其中，硫磺泄放管道包括了支管上依次安装的球阀12、截止阀13、球阀14，用于泄放初始阶段硫磺自流排放；同时安装了螺杆泵15旁路，用于泄放中后期硫磺辅助排放；支管末端为硫磺回收池16，用于接收和存放每一处低点排放系统所排出的液体硫磺；支管采用独立于干线管道的电伴热系统伴热，并采用保温层保温，保证管道处于加热状态，也可避免干线在此处发生热损失；硫磺回收池16容积为对应泄放范围下管道容积的0.9倍；储存池底层和边层依次设置沥青布、混凝土和塑料膜布；储存池附近设置灭火系统和有毒气体检测系统；支管上安装温度变送器17，用于目视支路伴热及保温性能。

其中，再熔化压力保护管道包括了支管上依次安装的闸阀22、盲法兰23，垂直向下安装，用于管道运行时防止硫磺泄漏，且在硫磺管道再启动(再熔化)中，提供压力保护(压力泄放)通道；硫磺临时收集桶24放置于盲法兰下方；支管采用独立于干线管道的电伴热系统伴热，并采用保温层保温，保证管道处于加热状态，也可避免干线在此处发生热损失；硫磺再熔化中空管25为钢制非标件，其组成为一段薄壁钢管和外套法兰，法兰尺寸与盲法兰23对应法兰尺寸一致，钢管上端部为加工后的锯齿口，上半部分为部分镂空结构，下部为常规钢管型式；硫磺再熔化中空管25用于硫磺再熔化初始阶段，打开盲法兰23后，利用移动加热设备为中空管25加热，其上端缓慢从支管插入残余硫磺中，受热的硫磺熔化后从中空管内侧流出，中空管缓慢上升，最终其法兰与支管法兰连接，再打开干线和支管的伴热系统，可为低点硫磺提供更大面积的膨胀与泄放通道，进一步保证再熔化安全。

本发明的工作原理及工作过程为：

(1)液体硫磺管道在伴热系统故障时停输，介质被密闭在管道内。由于硫磺冷凝后体积膨胀率约为10％，因此满管存放的液体硫磺必然在凝固后引起管道破裂，需要尽快将尚具有流动能力的硫磺尽量排出系统，以避免昂贵的硫磺管道损坏。由于液体硫磺管道保温层效率较高，因此一般来讲，硫磺的凝固时间较长。停输后，启动管道各低点的硫磺泄放系统。典型地，维持支管电伴热系统正常运行，打开球阀12、截止阀13、球阀14，用于泄放初始阶段硫磺自流排放至硫磺回收池16；在此过程中，管道高点出现抽空现象，低点排放受到影响，需打开各高点稳压系统。典型地，启动进气加热器8，设定为130℃，以保证进气温度不引起管道内硫磺凝固，打开球阀3和6，保持稳压系统支路伴热与保温状态。管道高点连通大气后，低点可持续泄放，适当时候，可循环启动/停止螺杆泵15，用以小幅加速液体硫磺排放；硫磺基本不排出后，目测硫磺回收池16体积刻度线，估算管道内残余硫磺体积。

(2)受重力作用，管道内残余的液体硫磺极有可能积聚在管道低洼处，且在管道较低的几处位置有可能出现局部满管凝固的情况；在液体硫磺管道再启动时，满管凝固段因受热不均而出现两端凝固，中间熔化是极为危险的情况，熔化部分有可能引起管道环向破裂，因此考虑开启再熔化压力保护系统。典型地，在全线升温前，打开再熔化保护系统的盲法兰23，利用移动加热设备为中空管25加热，其上端缓慢从支管插入残余硫磺中，受热的硫磺熔化后从中空管内侧流出，中空管缓慢上升，最终其法兰与支管法兰连接，随后启动全线和支管伴热系统，采用90℃/120℃台阶式升温模式，以保证管道内硫磺缓慢、均匀熔化；低点积聚的凝固硫磺受热后可从管道内边缘和中空管外边缘同时经中空管25的镂空位置流向中空管25内侧，并持续排出，这在主管道内侧、低点主管道中心形成了通向大气的压力泄放通道，进一步保证了硫磺的再启动(再熔化)安全，进一步减小了管道在再启动过程中损坏的风险。

利用上述管道中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统进行安全泄放的方法，包括如下步骤：

步骤一：根据液体硫磺管道走向高程变化情况，选择沿线典型低点作为停输安全泄放点和再熔化压力保护点，设置液体硫磺管道停输泄放系统和硫磺再熔化压力保护系统；选择典型高点作为停输管道稳压进气点，设置液体硫磺管道停输稳压系统。

步骤二：在液体硫磺管道正常输送时，除主管道伴热系统正常运行外，周期性开/关低点液体硫磺停输泄放系统、高点稳压进气系统和硫磺再熔化压力保护系统的伴热元件，均采用加强保温层，保证三种系统处于恒温待命状态。

步骤三：在液体硫磺管道发生停输后，立即切断主液硫管线起点和末点阀门，依次开启低点液体硫磺停输泄放系统和高点稳压进气系统：打开低点泄放系统的球阀12、截止阀13和球阀14，硫磺自流排放至硫磺回收池16；同时开启稳压系统的进气加热器8，温度设定为130℃，打开球阀3和球阀6，高点持续高温进气稳压，低点持续排放；适当时候，循环启动/停止螺杆泵15，用以小幅加速液体硫磺排放；硫磺基本不排出后，目测硫磺回收池16体积刻度线，估算管道内残余硫磺体积。

步骤四：硫磺管道再启动时，首先进行安全再熔化。打开再熔化保护系统的盲法兰23，利用移动加热设备为中空管25加热，其上端缓慢从支管插入残余硫磺中，受热的硫磺熔化后从中空管内侧流出，中空管缓慢上升，最终其法兰与支管法兰连接，随后启动全线和支管伴热系统。采用90℃/120℃台阶式升温模式，以保证管道内硫磺缓慢、均匀熔化；低点积聚的凝固硫磺受热后可从管道内边缘和中空管外边缘同时经中空管25的镂空位置流向中空管25内侧，并持续排出，这在主管道内侧、低点主管道中心形成了通向大气的压力泄放通道。

Claims (7)

1.一种中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统，其特征在于：包括液体硫磺管道停输稳压系统、液体硫磺管道停输泄放系统、硫磺再熔化压力保护系统，其中：

所述液体硫磺管道停输稳压系统包括高点开孔管件和设置在高点开孔管件上的两路高点稳压进气管，在两路高点稳压进气管上均依次设置球阀和止回阀，在两路高点稳压进气管汇合后连接进气加热器，在汇合后的进气管道上安装有温度变送器；

所述液体硫磺管道停输泄放系统包括低点开孔管件和与低点开孔管件连接的液体硫磺泄放支管，在液体硫磺泄放支管上依次设置温度变送器、第一球阀、截止阀和第二球阀，在第二球阀处设置液硫螺杆泵旁路，在液体硫磺泄放支管末端设置液硫回收池，所述液硫回收池底层和边层均依次设置沥青布、混凝土和塑料膜布；

所述硫磺再熔化压力保护系统包括低点开孔管件和设置在低点开孔管件上的至少1路再熔化压力保护支管，在每路再熔化压力保护支管上均依次安装闸阀和盲法兰，在盲法兰下方设置硫磺临时收集桶，所述再熔化压力保护系统还包括硫磺再熔化中空管；

所述高点开孔管件为上部开孔的主管短节，所述低点开孔管件为下部开孔的主管短节，二者均为水平直管或弯管，与上下游干线管道焊接相连。

2.根据权利要求1所述的中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统，其特征在于：所述硫磺再熔化中空管包括一段薄壁钢管和外套法兰，所述外套法兰与盲法兰对应尺寸一致，所述钢管上端部加工有锯齿口，上半部分为部分镂空结构。

3.一种利用权利要求1所述中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、根据液体硫磺管道走向高程变化情况，选择沿线典型低点作为停输安全泄放点；选择典型高点作为停输管道稳压进气点；

步骤二、在液体硫磺管道发生停输后，立即切断主液硫管线起点和末点阀门，依次开启液体硫磺管道停输泄放系统和液体硫磺管道停输稳压系统；打开液体硫磺管道停输泄放系统的第一球阀和第二球阀，向液硫回收池排放高温液体硫磺；当硫磺排放一定时间后，打开液体硫磺管道停输稳压系统球阀，并通过加热高点稳压进气管上的引气口注入高温空气；

步骤三、当液体硫磺管道停输泄放系统出料非常缓慢或停止后，关闭液体硫磺管道停输稳压系统和液体硫磺管道停输泄放系统，完成停输泄放过程；

步骤四、再启动时，首先开启硫磺再熔化压力保护系统，依次包括解除低点开孔管件的再熔化压力保护支管的盲法兰、开启局部电伴热系统、安装硫磺再熔化中空管、开启中空管加热系统；

步骤五、全线开启伴热和温控系统，分步、缓慢将温度提升至90℃和120℃；在硫磺熔化过程中，低点硫磺通过插入式硫磺再熔化中空管、管道系统排入硫磺临时收集桶；

步骤六、当系统升温至120℃并稳定后、硫磺呈现液态且从硫磺再熔化中空管持续排出时，终止介质泄放；旋转取出硫磺再熔化中空管，并关闭硫磺熔化管道闸阀，完成液体硫磺再熔化保护过程。

4.根据权利要求3所述的中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统的方法，其特征在于：在液体硫磺管道正常输送时，除主管道伴热系统正常运行外，周期性开、关液体硫磺管道停输泄放系统的伴热元件，利用主管道伴热系统维持液体硫磺管道停输稳压系统和硫磺再熔化压力保护系统温度，保证进气和排放通道的管道和附件处于恒温待命状态；高点稳压进气管上的引气口和再熔化压力保护支管上的泄放口保持常闭、保温状态；所有引气口及所含阀门和泄放口及所含阀门均采用加强保温层，由管道伴热系统统一进行正常输送时伴热；泄放口及所含阀门采用独立电伴热系统伴热。

5.根据权利要求3所述的中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统的方法，其特征在于：当步骤二所述液体硫磺排出速度降低后，周期性开、关小流量液硫泵，以提高液体硫磺排出速度。

6.根据权利要求3所述的中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统的方法，其特征在于：在步骤三所述关闭液体硫磺管道停输稳压系统和液体硫磺管道停输泄放系统后，需保证液硫回收池的灭火系统和有毒气体检测系统正常运作；开启硫磺再熔化压力保护系统上支管闸阀，避免再熔化过程中阀门卡死。

7.根据权利要求3所述的中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统的方法，其特征在于：步骤四所述安装硫磺再熔化中空管时，缓慢将预热硫磺再熔化中空管插入管道，利用硫磺再熔化中空管温度熔化部分硫磺，待硫磺再熔化中空管插入到位后，固定硫磺再熔化中空管；在硫磺再熔化中空管末端连接硫磺临时收集桶，管道熔化的硫磺通过硫磺再熔化中空管内、外侧流出。