大型硫磺回收裝置末級硫冷凝器泄漏分析

術(shù)阿杰（中原油田普光分公司天然氣凈化廠，四川達州636156）

大型硫磺回收裝置末級硫冷凝器泄漏分析

術(shù)阿杰（中原油田普光分公司天然氣凈化廠，四川達州636156）

普光氣田天然氣凈化廠是國內(nèi)首座百億方級高含硫天然氣凈化工程，是我國“十一五”重點項目--川氣東送工程的核心組成部分，建設(shè)有6套12列凈化裝置及配套設(shè)施，年處理能力為120億m3，年產(chǎn)凈化氣95億m3，年產(chǎn)硫磺200萬t。在生產(chǎn)運行過程中。

凈化廠;硫磺;冷凝器;泄漏

天然氣凈化廠處理的是高含硫天然氣，原料氣體H2S含量14.14%(v)，CO2含量8.63%(v)，有機硫含量340.6mg/m3，大部分設(shè)備介質(zhì)中均含有H2S和有機硫介質(zhì)，總硫含量大致在0.01%～60.55%之間，而且水汽共存，主要的腐蝕介質(zhì)是溶于水的H2S、CO2介質(zhì)、胺液及其降解產(chǎn)物，這些腐蝕介質(zhì)對材料造成不同類型、不同程度的腐蝕，組合在一起對材料的腐蝕具有催化加速作用，造成凈化廠部分設(shè)備、管線腐蝕嚴(yán)重。

1 高含硫凈化裝置工藝簡介

天然氣凈化廠凈化裝置采用MDEA法脫硫、TEG法脫水、直流克勞斯及二級催化轉(zhuǎn)化法硫磺回收、在線制氫還原吸收尾氣處理、單塔低壓酸水汽提的高含硫天然氣凈化工藝路線。工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 天然氣凈化工藝流程簡圖

來自上游的高含H2S天然氣先進入天然氣脫硫單元，經(jīng)過脫硫劑MDEA吸收后外輸清潔的天然氣產(chǎn)品。富含H2S的MDEA高溫低壓環(huán)境下，再生產(chǎn)生的含H2S酸性氣體送至硫磺回收單元，經(jīng)克勞斯?fàn)t反應(yīng)后，生成單質(zhì)硫，經(jīng)過三級冷卻后，形成液態(tài)硫，進入液硫池。

2 末級硫冷凝器腐蝕情況

天然氣凈化廠末級硫冷凝器（E-307）由馬來西亞KNM公司制造，共有12臺，均為固定管板式換熱器（?2500/?3000mm，總長17950mm），換熱管2316根，規(guī)格?38.1x4.19mm，長度7620mm，材質(zhì)為SA-179(10#)。

在設(shè)備運行過程中，多次出現(xiàn)末級硫冷凝器腐蝕泄露情況，造成管程液硫凝固，堵塞管束，嚴(yán)重影響到生產(chǎn)裝置的正常運行。

3 腐蝕原因分析

122-E-307泄漏次數(shù)最多，通過宏觀檢查、內(nèi)窺鏡檢查、管板、管束腐蝕產(chǎn)物分析，對其進行腐蝕泄漏原因分析如下：

3.1 宏觀檢查。

3.2 內(nèi)窺鏡檢查。

3.3 管板、管束腐蝕產(chǎn)物微觀形貌分析。

3.4 X射線衍射成分分析。

此外需特別注意的是，原設(shè)備管頭焊接焊深為7mm，現(xiàn)場切割發(fā)現(xiàn)部分管頭焊接焊深僅有3mm，焊深遠達不到設(shè)計要求，在酸性氣與管板溫差熱應(yīng)力、管頭焊縫殘余應(yīng)力共同作用下更易引起管頭應(yīng)力腐蝕開裂。

4 應(yīng)對措施

針對設(shè)備存在應(yīng)力腐蝕問題，對設(shè)備換熱管與管板連接結(jié)構(gòu)形式進行優(yōu)化，對管板進行重新設(shè)計，采用柔性薄管板代替原剛性管板，用以吸收熱膨脹，減小溫差應(yīng)力，避免應(yīng)力腐蝕開裂。同時對ND鋼（抗硫酸碳鋼）、10#滲鋁管、10#管及08Cr2Al?Mo鋼管進行應(yīng)力腐蝕及均勻腐蝕試驗，通過多次腐蝕試驗，最終確定換熱管選用10#管。

5 應(yīng)用后效果

天然氣凈化廠2012年9月、2013年3月分別對發(fā)生過泄漏的122系列、141系列末級硫冷器進行了更換，技改設(shè)備投運后運行效果良好，徹底解決了末級硫冷凝器頻繁發(fā)生腐蝕泄露的問題。

6 結(jié)語

通過對腐蝕現(xiàn)象及產(chǎn)物的分析，設(shè)備腐蝕的主要原因是管口應(yīng)力開裂，導(dǎo)致有液態(tài)水進入殼程，與硫蒸汽形成酸性腐蝕。通過現(xiàn)場應(yīng)用證明，對于硫磺回收單元末級硫冷凝器，采用柔性管板代替剛性管板，可以吸收熱膨脹，減小溫差應(yīng)力，可以避免末級硫冷凝器管口應(yīng)力腐蝕開裂，減少末級硫冷凝器的進一步腐蝕。

[1]劉玉法，40kt/a硫磺回收及尾氣處理裝置的運行，齊魯石油化工，1999年01期.

[2]韓志華，硫磺回收裝置的腐蝕及防護措施，化工設(shè)計，2009年03期.

[3]張立勝，硫磺回收裝置腐蝕原因及機理研究，石油化工設(shè)備技術(shù)，2011年05期.

術(shù)阿杰（1983-）男，漢族，四川達州人，工程師，主要從事設(shè)備管理工作。