綦江分廠天然氣凈化裝置運(yùn)行總結(jié)與問(wèn)題探討

邱 斌 顏 萍 李婷婷 王小強(qiáng)

(中國(guó)石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠綦江分廠)

綦江分廠天然氣凈化裝置運(yùn)行總結(jié)與問(wèn)題探討

邱 斌 顏 萍 李婷婷 王小強(qiáng)

(中國(guó)石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠綦江分廠)

依托重慶天然氣凈化總廠綦江分廠近6年的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分析了凈化裝置工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，探討了對(duì)部分工藝流程或設(shè)備進(jìn)行改造的必要性，提出并實(shí)施了具體的改造方案。改造前后的運(yùn)行結(jié)果驗(yàn)證了改造方案的有效性。

天然氣凈化 脫硫 脫水 硫磺回收

重慶天然氣凈化總廠綦江分廠于2006年10月開(kāi)始建設(shè)，2007年8月10日投產(chǎn)，處理東溪?dú)馓锏奶烊粴?，主要輸往東石線，供綦江、萬(wàn)盛地區(qū)使用。天然氣設(shè)計(jì)處理量為20×104m3/d(101.325 kPa，20 ℃)，原料氣設(shè)計(jì)壓力2.27 MPa，H2S摩爾分?jǐn)?shù)0.71%，CO2摩爾分?jǐn)?shù)0.05%。截至2013年4月30日，全廠安全運(yùn)行2 087天，累計(jì)處理天然氣3.7×108m3，輸出合格天然氣3.7×108m3，生產(chǎn)硫磺1 383.56 t，產(chǎn)品氣合格率100%，外排污水合格率100%。裝置實(shí)際運(yùn)行情況見(jiàn)圖1(去除停產(chǎn)和檢修期間月平均值)[1-5]。由于裝置處理量較小，硫磺產(chǎn)量較少，與同類處理量大的裝置相比，分廠沒(méi)有硫磺成型及稱量包裝系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)，生產(chǎn)出的液體硫磺送去液硫池冷卻凝固成型后出廠，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污水進(jìn)行外運(yùn)回注處理，而所需N2則直接外購(gòu)。

1 存在的問(wèn)題與技改方案

1.1脫硫單元

該裝置總體上運(yùn)行較平穩(wěn)，從開(kāi)產(chǎn)至今其處理量呈下降趨勢(shì)，如圖1所示。目前，由于上游開(kāi)采進(jìn)入后期，產(chǎn)量遞減較快，氣壓較低，原料氣需經(jīng)過(guò)增壓站的2臺(tái)增壓機(jī)增壓后進(jìn)入裝置，處理量為10×104m3/d，原料氣中H2S質(zhì)量濃度為7 g/m3左右，CO2質(zhì)量濃度為1.4 g/m3左右，溶液循環(huán)量為1.8 m3/h，裝置處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。凈化氣中H2S質(zhì)量濃度為10 mg/m3，CO2摩爾分?jǐn)?shù)為0.04%，H2S脫除率達(dá)99.86%。

1.1.1裝置設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

本裝置采用40%(w)的有機(jī)溶劑甲基二乙醇胺(MDEA)溶液脫除原料氣中絕大部分H2S和部分CO2，出塔濕氣經(jīng)凈化氣分離器分離夾帶的液體后送往脫水裝置。為應(yīng)對(duì)原料天然氣中H2S和CO2含量波動(dòng)以及處理量的波動(dòng)，在吸收塔自下而上的第10層、16層、22層塔盤(pán)分別設(shè)置貧液入口，滿足了裝置調(diào)整操作的需要[1]。這種設(shè)計(jì)理念突顯了裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合中小規(guī)模以及處理負(fù)荷波動(dòng)的凈化裝置的需要。

1.1.2存在問(wèn)題與技改方案

通過(guò)近6年的實(shí)際運(yùn)行，對(duì)裝置中存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，提出并實(shí)施了改造方案。

(1) 個(gè)別設(shè)備選型不合理。原設(shè)計(jì)的濾筒式機(jī)械過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器均采用容器法蘭進(jìn)行緊固和密封，在平時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清洗、更換，導(dǎo)致過(guò)濾器差壓較大，過(guò)濾效果較差。在2009年、2012年大修時(shí)分別將其更換為快開(kāi)式封頭，使得日常維護(hù)更為方便，過(guò)濾效果明顯改善，如圖2～圖3所示。

(2) 操作安全隱患。對(duì)MDEA富液過(guò)濾器F-0102A/B進(jìn)行濾袋更換清洗時(shí)，原設(shè)計(jì)未設(shè)置MDEA貧液置換泵，無(wú)法利用貧液對(duì)過(guò)濾器內(nèi)富液進(jìn)行置換，增大了操作人員的操作危險(xiǎn)性，如圖4所示。故于2011年裝置大修時(shí)，增設(shè)MDEA貧液置換泵一臺(tái)(如圖5所示)，確保更換、清洗富液過(guò)濾器濾袋時(shí)的安全性[6]。

(3) 變更補(bǔ)水方式。原設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)補(bǔ)充水采用低位罐補(bǔ)充，操作繁瑣，再生系統(tǒng)波動(dòng)較大，溶液濃度不易控制。2008年將補(bǔ)充水的方式改為由蒸汽直接補(bǔ)入重沸器內(nèi)，該方法操作簡(jiǎn)便，系統(tǒng)波動(dòng)小，溶液濃度容易控制。

1.1.3尚需解決的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)裝置的改造，盡管解決了部分實(shí)際問(wèn)題，保障了裝置的正常運(yùn)行。但脫硫單元目前仍存在以下問(wèn)題：

(1) 原料氣進(jìn)裝置僅設(shè)置1級(jí)過(guò)濾分離，正常情況下，每年大修對(duì)其濾芯進(jìn)行更換?，F(xiàn)處理氣井開(kāi)采后期的原料氣，可能攜帶大量污物進(jìn)入裝置造成溶液污染，只能通過(guò)加強(qiáng)溶液過(guò)濾以降低影響。

(2) 因綦江分廠裝置與增壓站僅一墻之隔，且管線全部裸露于管架上，增壓機(jī)出口氣體溫度以及環(huán)境溫度對(duì)入塔氣體溫度影響較大。夏季原料氣入塔溫度高達(dá)50 ℃。而貧液冷卻器采用管殼式換熱器，泵出口至吸收塔入口管線距離較長(zhǎng)，加之循環(huán)量較小，貧液溫度受環(huán)境溫度影響較大，貧液入塔溫度最高達(dá)42 ℃，此時(shí)產(chǎn)品氣中的H2S質(zhì)量濃度接近20 mg/m3。

1.2脫水單元

該裝置采用99.7%(w)的三甘醇(TEG)作為吸收劑，脫除濕凈化氣中的水分，外輸商品氣水露點(diǎn)≤-5 ℃(在出廠壓力下)。

1.2.1存在問(wèn)題與技改方案

(1) 設(shè)備構(gòu)件制造粗糙。吸收塔溢流堰制造粗糙，如第1層受液盤(pán)處焊縫存在未焊透縫隙，破壞了受液盤(pán)的液封作用，影響吸收效果。2008年大修期間，分廠對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)焊，改善了吸收效果。

(2) 泵選型優(yōu)化。原設(shè)計(jì)所選TEG循環(huán)泵為柱塞泵，故障頻率較高，維修困難，循環(huán)流量穩(wěn)定性差。2008年大修時(shí)，分廠將其更換為齒輪泵，使用至今運(yùn)行效果良好，大大節(jié)省了維修成本。

1.2.2問(wèn)題探討

(1) 裝置循環(huán)量高于0.9 m3/h時(shí)，重沸器氣相超負(fù)荷，導(dǎo)致氣提氣帶液嚴(yán)重，再生效果變差，形成惡性循環(huán)，不能應(yīng)對(duì)原料氣含水量增大需提高TEG循環(huán)量的情況。

(2) 本單元設(shè)計(jì)時(shí)未設(shè)計(jì)新鮮水管線，且更換后的齒輪泵不能輸送新鮮水等黏度低的流體，大修時(shí)不能對(duì)本裝置進(jìn)行循環(huán)清洗，只能分別對(duì)高中低壓段清洗，清洗不方便。

1.3硫磺回收裝置

本裝置設(shè)計(jì)采用直流法常規(guī)Claus工藝二級(jí)催化反應(yīng)處理來(lái)自脫硫單元的酸氣，因設(shè)計(jì)負(fù)荷(60 m3/h)與實(shí)際負(fù)荷(最大30 m3/h)相差較大，開(kāi)工生產(chǎn)28 h后因系統(tǒng)堵塞而被迫停止運(yùn)行。整改后，改為酸氣進(jìn)入主燃燒爐燃燒后經(jīng)一級(jí)冷凝冷卻器冷卻，再經(jīng)液硫捕集器捕集后進(jìn)入灼燒爐燃燒排放。但因裝置熱量不足、操作不易掌握及硫磺回收裝置尾氣排放不達(dá)標(biāo)等原因，硫磺回收率僅為60%。2008年整改時(shí)，將一級(jí)反應(yīng)器投入使用，此時(shí)硫磺回收率提高至85%左右。為了進(jìn)一步提高硫磺回收率，將二級(jí)反應(yīng)器投入使用。由于實(shí)際酸氣負(fù)荷較小，氣氣換熱器換熱面積過(guò)大，氣氣換熱器不能滿足投運(yùn)生產(chǎn)條件等原因，2010年大修時(shí)將氣氣換熱器更換為電加熱器，硫磺回收裝置流程如圖6所示。

1.3.1存在問(wèn)題與技改方案

(1) 原設(shè)計(jì)未考慮到廠區(qū)所在區(qū)域地下水較多，液硫封未做防水隔離設(shè)計(jì)，特別是下雨之后，地下水受熱蒸發(fā)吸熱，造成大量熱損失。2009年大修時(shí)，對(duì)液硫封管線進(jìn)行整改，增加了隔水層，減少了熱損失，同時(shí)也減輕了管線的腐蝕。

(2) 原設(shè)計(jì)中所有過(guò)程氣和液硫蒸汽夾套管線在法蘭跨接處均直接使用彎管連接，如圖7所示，檢修時(shí)不易拆裝，分廠在歷年大修時(shí)逐步更換為法蘭連接，見(jiàn)圖8。

(3) 由于實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況不一致，主燃燒爐產(chǎn)生的熱量不足，廢熱鍋爐設(shè)計(jì)換熱面積過(guò)大，投運(yùn)時(shí)大煙管僅使用1根，且廢熱鍋爐前煙箱左右兩側(cè)鋼板均腐蝕穿孔。進(jìn)反應(yīng)器的過(guò)程氣溫度主要靠廢熱鍋爐前煙箱頂部出口過(guò)程氣二管程蝶閥來(lái)控制，而二管程蝶閥只能通過(guò)手動(dòng)操作控制，操作靈敏度低，在硫磺回收單元開(kāi)停產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生蝶閥堵塞現(xiàn)象，對(duì)生產(chǎn)操作帶來(lái)不利的影響。因此，在2011年檢修時(shí)對(duì)廢熱鍋爐進(jìn)行了更換。

(4) 尾氣進(jìn)灼燒爐靜壓箱設(shè)計(jì)時(shí)與TEG氣提氣(入靜壓箱約90 ℃左右)同側(cè)，二者匯合后溫度下降，尾氣中的硫?qū)⑾鋬?nèi)出口堵死。2009年大修時(shí),將尾氣灼燒爐入口改在灼燒爐二次配風(fēng)口處，水平管道改為向捕集器方向傾斜的坡度，有效解決了上述問(wèn)題。

1.3.2問(wèn)題探討

目前，裝置處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，酸氣流量在17 m3/h左右，經(jīng)尾氣灼燒爐灼燒后從煙囪排放的SO2總量≤15 kg/h，符合國(guó)家環(huán)保要求[2]。但此時(shí)僅靠酸氣燃燒放熱不足以達(dá)到生產(chǎn)條件，向主燃燒爐中加入燃料氣進(jìn)行混合燃燒，以確保硫磺回收單元正常生產(chǎn)。目前，裝置存在的主要問(wèn)題如下：

由圖5能夠看出隨著泵浦光功率的增加，綠光的強(qiáng)度出現(xiàn)了顯著的增強(qiáng)，但發(fā)射光譜峰值的位置并沒(méi)有改變，且以540nm和549nm兩個(gè)發(fā)射峰熒光強(qiáng)度的增加尤為顯著。一般而言, 將紅外波段的激光轉(zhuǎn)化為紫外光或可見(jiàn)光，必定有多光子過(guò)程參與，在上轉(zhuǎn)換發(fā)光沒(méi)有達(dá)到飽和的情況下，通過(guò)簡(jiǎn)化的速率方程，上轉(zhuǎn)換發(fā)光的強(qiáng)度和泵浦光強(qiáng)度之間的關(guān)系可以用下式來(lái)加以描述[9]：

(1) 當(dāng)酸氣量較少時(shí)，廢熱鍋爐一管程后過(guò)程氣溫度從1 085 ℃降至約300 ℃，熱損失大，目前，所有過(guò)程氣均通過(guò)一管程后直接進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器。

(2) 過(guò)程氣從廢熱鍋爐出口進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器前溫度降低至約200 ℃，在進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器前的過(guò)程氣管道中有6.5 ℃/m的溫降，其主要原因可能是過(guò)程氣流量偏低，而過(guò)程氣管徑是按酸氣量為60 m3/h設(shè)計(jì)的，散熱面積相對(duì)較大，故在過(guò)程氣量偏低時(shí)溫降較大。

(3) 主燃燒爐配風(fēng)只有主路控制，尾氣在線分析儀未投入使用，進(jìn)入酸氣燃燒爐的空氣量通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)，不能精確控制入主燃燒爐的空氣量，從而不能保證進(jìn)反應(yīng)器的過(guò)程氣中n(H2S)∶n(SO2)精確到2∶1，從而影響硫磺回收率[3]。

(4) 一二級(jí)反應(yīng)器床層上、中、下層溫度基本一致，溫差不大，主要原因是反應(yīng)床層面積相對(duì)于現(xiàn)在的負(fù)荷而言富裕量較大，導(dǎo)致反應(yīng)器上、中、下床層溫度無(wú)明顯變化。

(5) 因分廠無(wú)制氮系統(tǒng)，酸氣燃燒爐看窗風(fēng)使用儀表風(fēng)，裝置停產(chǎn)時(shí)若不通入儀表風(fēng)可能會(huì)因硫磺冷凝堵塞看窗，通入則會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)O2過(guò)剩。

1.4公用工程

循環(huán)冷卻水主要用于脫硫脫水裝置，本裝置為敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，循環(huán)回水靠余壓進(jìn)入冷卻塔，在冷卻塔中通過(guò)接觸和蒸發(fā)散熱的方式帶走水中熱量，達(dá)到對(duì)循環(huán)水進(jìn)行冷卻降溫的目的。

投產(chǎn)初期循環(huán)水池濁度一直較高，尤其是夏季，只能通過(guò)大量補(bǔ)排水的方式控制循環(huán)水濁度，新鮮水消耗量較大。2009年大修時(shí)增設(shè)了一臺(tái)旁濾器(纖維球過(guò)濾器)，使10%(w)的循環(huán)水進(jìn)入過(guò)濾器過(guò)濾，此后循環(huán)水濁度維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

1.4.2空氣系統(tǒng)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩臺(tái)螺桿式空壓機(jī)，并設(shè)置兩套風(fēng)冷型冷干機(jī)對(duì)儀表風(fēng)進(jìn)行冷卻干燥，但其干燥效果較差，尤其是冬天，氣溫下降，水露點(diǎn)偏高，容易銹蝕儀表。2009年大修時(shí)，在每套儀表風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)冷型冷干機(jī)后，各增加1套LA43型吸附式干燥器，確保了儀表風(fēng)的質(zhì)量。兩套吸附式干燥器與空氣壓縮機(jī)配套同時(shí)使用，運(yùn)行平穩(wěn)，檢修次數(shù)少。凈化空氣儲(chǔ)罐可滿足工廠停電后15 min的儀表供風(fēng)量。

2 裝置總體評(píng)價(jià)

(1) 裝置布置緊湊，中間為主體裝置，輔助生產(chǎn)設(shè)施和公用工程圍繞工藝裝置區(qū)周圍布置，廠區(qū)綠化布置合理。

(2) 工廠采用集散控制系統(tǒng)(DCS)對(duì)全廠生產(chǎn)裝置進(jìn)行集中控制和管理，儀表先進(jìn)，可有效確保工廠安全平穩(wěn)操作，保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗、減少員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工廠經(jīng)濟(jì)效益。

(3) 全廠設(shè)置了1套電視監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)重要生產(chǎn)部位進(jìn)行24 h全方位監(jiān)控。

(4) 設(shè)置單獨(dú)的DCS系統(tǒng)、ESD控制系統(tǒng)、F&G火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，并對(duì)重要控制回路采用雙重控制(即1套用于控制，1套用于聯(lián)鎖監(jiān)控)，有效防止故障的發(fā)生，確保設(shè)備和員工人身安全。

(5) 本工程除脫水單元循環(huán)泵(齒輪泵)及配套變頻器從國(guó)外引進(jìn)外，其余設(shè)備及材料均在國(guó)內(nèi)采購(gòu)，有效地節(jié)省了工程投資。

(6) 硫磺回收單元過(guò)程氣再熱采用電加熱器，平穩(wěn)運(yùn)行兩年多，其能源供應(yīng)方便，結(jié)構(gòu)緊湊，溫度自動(dòng)控制，操作方便，無(wú)污染，并采用了閉路循環(huán)供熱，熱量損失小，節(jié)能效果顯著。電加熱器投運(yùn)后，硫磺回收率提高了6%，增加了硫磺產(chǎn)量，大大減少了尾氣中SO2排放量，帶來(lái)了較好的環(huán)保效益。

(7) 脫硫單元活性炭過(guò)濾器采用快開(kāi)濾芯式過(guò)濾，吸附過(guò)濾效果好，操作方便。

(8) 分廠無(wú)制氮系統(tǒng)，所需N2均需對(duì)外采購(gòu)，由于此條件限制，MDEA、TEG溶液配制罐及儲(chǔ)罐均未采用N2保護(hù)，罐內(nèi)溶液容易發(fā)生氧化變質(zhì)，儲(chǔ)罐腐蝕嚴(yán)重。

(9) 排污管線設(shè)計(jì)時(shí)采用碳鋼材質(zhì)，易腐蝕，且腐蝕碎片將落入管線，造成部分管線堵塞。

3 結(jié) 語(yǔ)

綦江分廠在原東溪化工車間廠址上重新修建，有著深遠(yuǎn)的歷史意義，雖然其處理量較小，但對(duì)于已進(jìn)入開(kāi)采后期、產(chǎn)量遞減的氣井而言，其天然氣凈化廠的處理量也在逐步下降，綦江分廠在工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理、生產(chǎn)技術(shù)中的經(jīng)驗(yàn)可為類似小型天然氣處理裝置提供技術(shù)參考。

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RunningexperienceandproblemsofnaturalgaspurificationunitinQijiangbranchofChongqingNaturalGasPurificationPlantGeneral

QiuBin，YanPing，LiTingting，WangXiaoqiang

(QijiangBranchofChongqingNaturalGasPurificationPlantGeneral,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany，Chongqing401433，China)

Relying on the nearly six years operational experience of Qijiang branch of Chongqing Natural Gas Purification Plant General, the advantages and disadvantages of process design of the purification device were analyzed, the necessity of process and equipment transformation was discussed, and the specific transformation program was proposed. The operation results have verified the validity of modification scheme.

natural gas purification, desulfurization, dehydration, sulfur recovery

TE644

：BDOI: 10.3969/j.issn.1007-3426.2014.01.005

2013-08-01；

2013-09-05；編輯：溫冬云

邱斌(1979-)，男，2000年7月畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)，現(xiàn)任職于中國(guó)石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠綦江分廠，主要從事天然氣處理裝置生產(chǎn)管理工作。地址：(401220)重慶市長(zhǎng)壽區(qū)桃花大道44號(hào)重慶凈化總廠物資采購(gòu)部。電話：023-40492083。E-mail：qiub@petrochina.com.cn