Condenseurs à soufre : ce que nous avons vu sur le terrain

Condenseurs à soufrene sont pas des équipements glamour. Mais dans les unités de récupération du soufre, ils sont absolument essentiels. Si vous vous trompez, vous aurez affaire à des tubes bouchés, des plaques tubulaires corrodées et des incendies de soufre. Faites-les correctement et ils fonctionneront pendant des années avec un minimum d'attention.

Nous avons conçu, installé et dépanné des condenseurs de soufre dans des raffineries et des usines de traitement de gaz. Voici ce qui a réellement fonctionné-et ce qui n'a pas fonctionné.

Ce que fait réellement un condenseur à soufre

Dans une unité de récupération du soufre (procédé Claus), le soufre quitte le four de réaction et les convertisseurs sous forme de vapeur, mélangé au gaz de procédé. Le condenseur de soufre refroidit ce flux, condense la vapeur de soufre élémentaire en soufre liquide et la sépare du gaz.

Le soufre liquide est ensuite stocké ou solidifié. Le gaz restant-maintenant dépourvu de soufre-va à l'étape de conversion suivante ou à l'incinération.

Le défi crucial : le soufre se condense à environ 120-160 degrés, en fonction de la pression. En dessous d'environ 115 degrés, le soufre devient extrêmement visqueux (certaines formes de soufre peuvent atteindre 10 000 cP). Au-dessus d'environ 160 degrés, il ne se condense pas. Vous devez maintenir la température de la paroi du tube dans une fenêtre étroite-généralement entre 130 et 145 degrés -pour un fonctionnement efficace.

Les deux types que nous voyons réellement

• -coquille-et-tubes refroidis à l'eau : le gaz de traitement circule à travers les tubes (ou la coque), refroidissant l'eau de l'autre côté. Il s’agit du type le plus courant dans les grandes SRU.
• Refroidissement par air-(ventilateur à ailettes-) : l'air ambiant souffle sur des tubes à ailettes. Moins courant, utilisé dans les endroits où l'eau est rare ou dans des unités plus petites.

Dans les deux cas, les tubes sont généralement disposés verticalement ou légèrement inclinés-et non horizontaux. Pourquoi? Le soufre liquide s'écoule mieux des surfaces verticales. Les tubes horizontaux peuvent contenir du soufre liquide au fond du tube, ce qui crée des problèmes de solidification et de colmatage.

La fenêtre de fonctionnement : plus étroite que vous ne le pensez
Voici le défi de la température en chiffres réels.

Matériaux des plaques tubulaires et des tubes : ce que nous spécifions

Les condenseurs à soufre présentent un problème de corrosion unique. Le gaz de procédé contient du dioxyde de soufre, du sulfure d'hydrogène et de la vapeur d'eau. Lorsqu'ils sont refroidis en dessous du point de rosée, ils forment des acides sulfureux et sulfurique.

Notre expérience matérielle :

• Plaques tubulaires : l'acier au carbone avec une surépaisseur de corrosion est marginale. Nous avons vu des piqûres en 5 ans. Nous spécifions désormais un revêtement 304L ou 316L pour la face de la plaque tubulaire.
• Tubes : l'acier au carbone peut fonctionner avec une bonne tolérance à la corrosion, mais le 304L ou le 316L sont plus sûrs. Pour les services humides, 316L est le minimum.
• Coque : l'acier au carbone convient généralement, avec une marge de corrosion.
• Brides et joints : utilisez du graphite ou une spirale-enroulée avec une charge de graphite. Les joints en PTFE ne sont PAS destinés au service au soufre-le soufre dégrade le PTFE à des températures élevées.

Nous avons vu une fois une usine utiliser des tubes 304L et des tôles tubulaires en acier au carbone. La plaque tubulaire s'est corrodée autour des trous des tubes-corrosion caverneuse. Les joints des tubes fuyaient. L'usine a dû remplacer la totalité de la plaque tubulaire au bout de 3 ans. Le coût supplémentaire d’une plaque tubulaire gainée aurait été d’environ 20 % du coût de remplacement.

Disposition des tubes : droit vertical, pas de tubes en U-

Nous l’avons appris à nos dépens. Les faisceaux de tubes en U-dans les condenseurs à soufre créent des branches mortes où le soufre liquide s'accumule et se solidifie. Le soufre piégé se dilate lorsqu'il est chauffé et peut fendre le tube.

Notre cahier des charges : des tubes droits verticaux avec une évacuation par le fond. La plaque tubulaire au fond permet au soufre liquide de s'écouler librement.

Pas de tube : utilisez un pas carré (et non triangulaire) pour permettre le nettoyage des voies. Si vous utilisez un pas triangulaire, vous ne pouvez pas tiger les tubes s'ils se bouchent. Et dans le service du soufre, le bouchage des tubes n'est pas une question de "si"- mais de "quand".

Le risque d’incendie dont personne ne parle

Le soufre solide brûle. Il brûle très chaud et crée du dioxyde de soufre, gazeux toxique et corrosif.

Notre check-list de prévention :

• Installer des capteurs de température sur la coque en plusieurs points
• Si un chauffage à vapeur est utilisé, assurez-vous que le condensat s'écoule librement
• Ne laissez jamais le niveau de soufre liquide dépasser le faisceau de tubes (une bride de niveau et une alarme de niveau élevé-sont essentielles).
• Avoir un système de purge à l’azote en cas d’urgence

Entretien : la réalité pratique

L’entretien du condenseur à soufre n’est pas glamour. Mais c'est nécessaire.

Ce que nous recommandons :

Orifices de purge- : installez-les au bas des côtés de la coque et du tube (le cas échéant) pour évacuer le soufre liquide pendant l'arrêt.

Connexions de nettoyage-sur-place (CIP) : une connexion de vapeur ou d'eau chaude pour faire fondre et éliminer le soufre des tubes.

Manways : suffisamment grands pour accéder à la plaque tubulaire. Un passage d'homme de 500 mm est préférable à un passage d'homme de 300 mm.

Espace de tirage des tubes : les tubes verticaux nécessitent un dégagement en hauteur. Nous avons vu des usines installer des condenseurs avec une marge insuffisante pour le retrait du faisceau de tubes-cet erreur coûte beaucoup plus tard.

Liste de contrôle opérationnel pour les condenseurs à soufre

Avant le démarrage-, pendant le fonctionnement et pendant l'arrêt :

• Contrôle de la température – température du gaz de sortie entre 135 et 145 degrés. Pas en dessous de 120 degrés.
• Niveau de soufre liquide – maintenir en dessous du faisceau de tubes. Utilisez des alarmes de niveau.
• Débit d’eau de refroidissement – ​​contrôle par température et non par débit. Contrôle de contournement, pas d'étranglement.
• Inspection – contrôles visuels mensuels de la plaque tubulaire et des extrémités des tubes pour détecter toute corrosion ou pontage de soufre.
• Programme de nettoyage – basé sur la chute de pression et non sur le calendrier. Si la chute de pression dépasse la conception, planifiez le nettoyage.
• Hivérisation – si l'unité peut se déconnecter par temps froid, envisagez un traçage thermique ou un rembourrage à la vapeur pour éviter le gel du soufre.
• Arrêt d'urgence : purge à l'azote et vidange de tout le soufre liquide avant que l'unité ne refroidisse en dessous de 120 degrés.