普光氣田凈化廠凈化裝置管線的材質(zhì)升級(jí)改造

王利波，董利剛，李碧曦

（1.中原油田普光分公司天然氣凈化廠凈化研究所，四川達(dá)州636156；2.中原油田普光分公司采氣廠普光采氣區(qū)，四川達(dá)州636156）

普光氣田凈化廠凈化裝置管線的材質(zhì)升級(jí)改造

王利波1，董利剛2，李碧曦1

（1.中原油田普光分公司天然氣凈化廠凈化研究所，四川達(dá)州636156；2.中原油田普光分公司采氣廠普光采氣區(qū)，四川達(dá)州636156）

普光氣田天然氣凈化廠是以普光氣田高含硫天然氣為原料，生產(chǎn)商品氣。該廠天然氣凈化聯(lián)合裝置多處管線存在腐蝕問(wèn)題，對(duì)原料氣管線、胺液系統(tǒng)部分富胺液管線、酸水汽提管線、凈化水管線進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)改造，提高了裝置、系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

高含硫天然氣；腐蝕；安全隱患；材質(zhì)升級(jí)

中原油田普光天然氣凈化廠是中國(guó)石化建設(shè)的首個(gè)高含硫天然氣凈化廠，其天然氣中H2S含量高達(dá)14.14%，CO2含量達(dá)8.63%［1］。該凈化廠共有6套聯(lián)合裝置，天然氣經(jīng)采氣廠集氣總站送至凈化裝置，生產(chǎn)商品氣和工業(yè)硫磺，凈化后的天然氣通過(guò)川氣東送管線送至下游各個(gè)用戶。

凈化廠于2007年8月31日正式開(kāi)工建設(shè)，2009年10月12日開(kāi)始投料試車，2010年8月31日正式轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。在凈化廠運(yùn)行期間，天然氣凈化聯(lián)合裝置多處管線因腐蝕問(wèn)題存在安全隱患，如果不及時(shí)對(duì)管線材質(zhì)進(jìn)行升級(jí)改造排除隱患，對(duì)凈化廠安全平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

1 原料氣管線材質(zhì)升級(jí)

在凈化廠投產(chǎn)之前，氣田采集的天然氣樣本中不含有氯離子，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中原料氣氣體組成不考慮氯離子，因此凈化廠裝置原料氣管線選用316L材料（不抗氯離子腐蝕），原料氣管線材質(zhì)為20R+316L復(fù)合管。而實(shí)際運(yùn)行中，原料氣夾帶的游離水中氯離子濃度達(dá)到1 500～3 600 mg/L。普光凈化廠原料氣攜帶氯離子濃度已遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求，存在氯離子誘導(dǎo)的硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。一旦發(fā)生氯離子誘導(dǎo)的硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，原料氣泄漏量大、速度快，波及范圍廣，存在人員中毒、火災(zāi)爆炸、環(huán)境污染、外供產(chǎn)品氣中斷、影響下游用戶用氣風(fēng)險(xiǎn)。于是在2016年全面開(kāi)展凈化廠停產(chǎn)檢維修工作，并將凈化廠東西區(qū)原料氣管線更換為抗氯離子腐蝕的管材。

1.1 系統(tǒng)管道

集氣總站送至凈化廠內(nèi)的工藝及熱力管網(wǎng)，稱為圖幅單元。該單元的原料氣管線選用20R+316L復(fù)合管材料，按照設(shè)計(jì)該種復(fù)合材料所允許攜液量控制在10～50 mg/m3，氯離子濃度控制在500～1 000 mg/L。實(shí)際運(yùn)行中，原料氣夾帶的游離水中氯離子濃度（1 500～3 600 mg/L）遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值，管線材質(zhì)20R+316L存在較大風(fēng)險(xiǎn)，而目前的無(wú)損檢測(cè)手段并不能夠全面正確反映管材的腐蝕狀態(tài)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，316L奧氏體不銹鋼材料對(duì)氯離子濃度：溫度＜60℃、H2S分壓＜350 kPa時(shí)，氯離子濃度不得超過(guò)50 mg/L。在目前H2S分壓超過(guò)1 MPa的情況下，316L管材已不適用。因此，使用316L復(fù)合管存在較大安全隱患。

INCOLOY825是鈦穩(wěn)定化處理的全奧氏體鎳鐵鉻合金，并添加了銅和鉬，是一種通用的工程合金，在氧化和還原環(huán)境下都具有抗酸和堿金屬腐蝕性能。INCOLOY825使用于帶有游離水和氯離子的原料氣管線［2］。

20R為屈服強(qiáng)度級(jí)別為245 MPa的容器用鋼板，屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，新標(biāo)準(zhǔn)改為Q245R。自集氣總站至凈化廠的原料氣管線目前使用的是Q245R+316L復(fù)合管。

綜合考慮，綜合普光原料氣管線材質(zhì)升級(jí)改造之圖幅單元的原料氣選用Q245R+INCOLOY825復(fù)合管材料。

1.2 裝置管道

凈化廠原料氣自圖幅單元、界區(qū)、進(jìn)入裝置區(qū)域內(nèi)。自開(kāi)工以來(lái)，檢測(cè)到原料氣中夾帶的游離水及氯離子較多。裝置區(qū)域內(nèi)脫硫部分設(shè)備、管線及儀表大多數(shù)采用316L不銹鋼材質(zhì)，隨著氯離子在系統(tǒng)中逐漸累積，腐蝕現(xiàn)象會(huì)日益嚴(yán)重，裝置運(yùn)行將面臨較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

綜合考慮安全及投資的原因，根據(jù)進(jìn)料氣的組成，將裝置區(qū)域內(nèi)部分原料氣進(jìn)料管線及相關(guān)閥門儀表材質(zhì)由316L提升至INCOLOY825（抗氯離子腐蝕）。所有原料氣管線自界區(qū)至原料氣切斷閥部分拆除原316L材質(zhì)管線，更換為INCOLOY825材質(zhì)，管線相對(duì)位置、支撐形式均保持不變。切斷閥XV-10105以后原料氣管線材質(zhì)保持不變。將切斷閥XV-10105之前的管線材質(zhì)升級(jí)，能避免進(jìn)料管線因氯離子腐蝕發(fā)生泄漏，進(jìn)而影響全廠其它聯(lián)合裝置正常生產(chǎn)。當(dāng)切斷閥XV-10105之后發(fā)生泄漏，可遠(yuǎn)程關(guān)閉切斷閥XV-10105，切斷裝置進(jìn)料進(jìn)行維修，其它聯(lián)合裝置正常生產(chǎn)。

2 工藝管線材質(zhì)升級(jí)

2.1 富液測(cè)管線材質(zhì)升級(jí)

輸送至凈化廠的原料氣首先進(jìn)入脫硫單元，采用胺液吸收法脫除H2S、CO2。貧富胺液通過(guò)貧富胺液換熱器進(jìn)行熱量的交換，以促進(jìn)胺液更好地吸收H2S及胺液再生［3］。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，貧富胺液換熱器E-101A/B與E-101C/D、E-101C/D與E-101E/F的富液側(cè)連接管線、彎頭減薄嚴(yán)重。富胺液管線操作溫度為90℃，操作壓力為0.53 MPa，材質(zhì)為20#，壁厚13 mm。裝置大檢修期間，壓力管道檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，富液管線均存在腐蝕減薄現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)壁厚減薄量高達(dá)近50%。管線最小壁厚及壁厚減薄量見(jiàn)表1。

表1 富胺液管線壁厚及減薄量

經(jīng)過(guò)分析，富胺液升溫過(guò)程中胺液中吸收的H2S存在部分溢出，管線內(nèi)介質(zhì)由純液相變?yōu)闅庖簝上?，從而造成H2S-CO2腐蝕、沖刷腐蝕等。由于富胺液中含有硫化氫，一旦發(fā)生泄漏，易發(fā)生人員中毒、環(huán)境污染等事件，帶來(lái)安全隱患。

20#鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，含碳量為0.2%，屬于低碳鋼，具有良好的機(jī)械性能和加工性能。316L不銹鋼是屬于純奧氏體不銹鋼中的一種超低碳不銹鋼，它是在高鉻不銹鋼中添加適當(dāng)?shù)逆嚩纬傻木哂袏W氏體組織的不銹鋼，由于含有較高的鎳、鉻、鉬等合金元素，能夠使金屬表面形成一層不溶解于某些介質(zhì)的堅(jiān)固的氧化薄膜（鈍化膜），使金屬與外界介質(zhì)隔離而不發(fā)生化學(xué)作用，使其具有很好的耐腐蝕性能、抗氧化性能，并具有塑性、韌性和較好的機(jī)械性能、加工性能和焊接性能［4］。在耐腐蝕、抗氧化方面，316L更優(yōu)越于20#。綜合考慮，將富液側(cè)管線材質(zhì)由20#碳鋼升級(jí)為316L不銹鋼。

2.2 汽提凈化水管線材質(zhì)升級(jí)

凈化廠酸水汽提單元主要用于處理尾氣處理單元急冷塔連續(xù)排放的酸性水、脫硫單元胺液再生塔頂回流罐及硫磺回收單元酸氣分液罐間斷排放的酸性水。采用單塔低壓汽提（利用酸水汽提塔C-501）技術(shù)，主要將酸性水中中的硫化氫、二氧化碳解析出來(lái)，解析出來(lái)的酸性氣至尾氣處理單元的急冷塔（C-401），合格后的凈化水經(jīng)換熱（酸水汽提塔進(jìn)料/產(chǎn)品換熱器E-501A/B）、冷卻（凈化水冷卻器E-503）后出裝置。處理后的凈化水滿足凈化水的各項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)盡可能的回用［5］。

經(jīng)過(guò)歷年檢測(cè)，汽提凈化水管線腐蝕較嚴(yán)重，易發(fā)生酸性水泄漏、硫化氫外溢等事件。管線腐蝕后造成汽提凈化水中鐵離子含量偏高，汽提凈化水作為補(bǔ)水回用至循環(huán)水場(chǎng)，導(dǎo)致循環(huán)水場(chǎng)中鐵離子含量超標(biāo)，引發(fā)循環(huán)水水質(zhì)波動(dòng)，導(dǎo)致循環(huán)水冷卻器腐蝕加劇，存在安全隱患。歷年壓力管道檢測(cè)壁厚及減薄量見(jiàn)表2、圖1。

表2 歷年壓力管道檢測(cè)壁厚/mm

圖1 汽提凈化水管線壁厚減薄量

從表2和圖1可以看出，壁厚減薄較嚴(yán)重。2014年2月對(duì)一聯(lián)合兩列P-501出口及P-501至E-501管線進(jìn)行檢測(cè)，壁厚為2.5 mm、1.68 mm，壁厚減薄量高達(dá)58%、72%；2013年5月對(duì)五聯(lián)合兩列P-501出口進(jìn)行檢測(cè)，壁厚為2.21 mm，壁厚減薄量高達(dá)63%。

經(jīng)過(guò)汽提凈化水管線表面腐蝕產(chǎn)物分析，主要為鐵氧化物和硫鐵化合物，判定為H2S-H2O腐蝕。考慮到汽提凈化水管線腐蝕多發(fā)生在高溫段（C-501—E-501）以及材質(zhì)的選擇、經(jīng)濟(jì)原因等，將汽提凈化水部分管線C-501至E-501的管線（包括管線上的儀表閥門）材質(zhì)由20#升級(jí)為316L。另外，將酸性水管線E-501至C-501（酸性水高溫段）管線材質(zhì)由20#升級(jí)為316L。

2.3 急冷水管線材質(zhì)升級(jí)

凈化廠尾氣處理單元是將前單元產(chǎn)生的尾氣中的硫化物還原為H2S，還原后的高溫尾氣進(jìn)入急冷塔進(jìn)行冷卻而后進(jìn)入尾氣吸收塔進(jìn)一步吸收，急冷水進(jìn)入酸水汽提單元進(jìn)行凈化。在檢修中發(fā)現(xiàn)，急冷塔內(nèi)部存在大量腐蝕坑、急冷水管線腐蝕減薄嚴(yán)重，易發(fā)生酸性水泄漏、硫化氫外溢等事件，同時(shí)，急冷水腐蝕造成汽提凈化水中鐵離子含量偏高。經(jīng)原因分析，主要是急冷水中H2S和CO2造成的酸腐蝕導(dǎo)致的。考慮急冷水腐蝕多發(fā)生在高溫段及材質(zhì)選擇、經(jīng)濟(jì)原因，將急冷水自急冷塔C-401至過(guò)濾器SR-401管線（包括相關(guān)的回流及排凝線）材質(zhì)由20#鋼升級(jí)為316L不銹鋼。

3 結(jié)束語(yǔ)

該天然氣凈化廠利用2016年全面停產(chǎn)檢維修，將凈化廠東西區(qū)原料氣管線、富液測(cè)管線、汽提凈化水部分管線、急冷水系統(tǒng)部分管線進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)。裝置運(yùn)行后無(wú)安全事故的發(fā)生，提高了凈化廠生產(chǎn)裝置的本質(zhì)安全性，提高了裝置、系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

［1］鄭立軍.普光天然氣凈化廠硫化氫防護(hù)技術(shù)措施綜述［J］.石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2011，27（3）：43-47.

［2］王玉，李曉玲，李德，等.Incoloy825+12Cr2Mo1R復(fù)合板封頭沖壓加工研制［J］.中國(guó)化工裝備，2015（4）39-41.

［3］曾文全，韓曉蘭.普光氣田天然氣凈化廠脫硫系統(tǒng)腐蝕研究與防護(hù)［J］.氣體凈化，2011（4）：15-18.

［4］潘正軍.20#碳鋼與316L不銹鋼異種鋼的焊接［J］.廣東造船，2005（3）：26-29.

［5］何金龍，胡天友，彭修軍.天然氣凈化廠脫硫系統(tǒng)防腐措施研究［J］.石油與天然氣化工，2006，35（2）：110-113.

Material upgrading modification of pipelines in purification plant of Puguang Gas field

Wang Libo1，Dong Ligang2，Li Bixi1
（1.Research Institute of Natural Gas Purification plant of Zhongyuan Oil Field Puguang Company,Dazhou 636156,China;2.Puguang Gas Production Zone of Zhongyuan Oil Field Puguang Company,Dazhou 63516,China）

The Natural Gas Purification Plant of Puguang Gas field uses high sulfur natural gas of Puguang Gas Field as raw material to produce commercial gas.Corrosion problem of many pipelines occurred in the integrated unit of this natural gas purification plant.So the material upgrading modification of feed gas pipelines,some of rich-amine liquid pipelines,sour water stripping pipelines and purified water pipelines was made,which improved the reliability of the plant and system.

high sulfur natural gas;corrosion;potential safety hazard;material upgrading

TE986

B

1671-4962（2017）06-0045-03

2017-07-21

王利波，女，工程師，碩士研究生，2014年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，現(xiàn)從事天然氣凈化裝置防腐技術(shù)研究工作。