天然气净化的脱硫装置腐蚀分析研究

周巍，何巧巧，王洋

（1.唐山冀东油田设计工程有限公司， 河北 唐山 063004）

（2.中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司， 四川 成都 610051）

（3.吉林吉化建修有限公司， 吉林 吉林 132021）

在天然气的生产过程中，会产生高浓度的硫化物、CO2、水汽等，而这些物质在一定温度条件下，经电化学反应，可在进行净化的金属设备内部，产生腐蚀性介质，在长期作用下，将导致金属设备穿孔甚至开裂，不仅影响天然气的正常开采输送，而且天然气的泄漏还会造成重大环保和安全事故，威胁生产人员的人身安全[1]。

所以，在天然气净化装置受到严重腐蚀的情况下，若防腐蚀措施不到位，就会造成严重后果，因此非常有必要对天然气净化装置，尤其是脱硫设备的腐蚀状况及原因和防腐措施进行研究，避免腐蚀状况的发展，及时采取有效措施，保障设备的安全运行，降低由于腐蚀造成的影响。

1 脱硫装置腐蚀影响因素

目前对天然气进行净化，在脱硫装置中，采用甲基二乙醇胺（MDEA）有机溶剂，以吸收天然气中含有的硫化氢和二氧化碳等一些酸性气体，也就是醇胺法，在这个过程中，产生的胺降解等产物，可对设备造成极其严重的腐蚀影响。

（1）温度的影响：在硫化氢和二氧化碳存在的条件下，若温度太低，容易造成积液，会增加腐蚀的发生；而温度太高，对电化学反应的过程起到一个积极的作用，能够促进腐蚀的发生。因为温度太低或太高都会造成不利影响，所以，设备内部的温度一般要求范围在10～28℃以内[2]。

（2）溶解酸气负荷的影响：腐蚀的发生，与天然气体中含有的酸性气体的含量存在很大关系，当溶液中的硫化氢和二氧化碳的含量增多，即酸气负荷增大的情况下，腐蚀反应的速率因为酸性气体含量的增多而变得更快；而当溶液中的酸气负荷降低时，溶液泡沫的高度会相应降低，同时也减少了溶液的浸泡，所以，这种情况下是能够缓解腐蚀的产生的。

（3）胺浓度的影响：溶液中胺的作用，是对酸性气体的吸收，浓度太低，达不到净化的目的，而浓度太高，它对硫化氢和二氧化碳的吸收能力，也相应加强，也就代表会让净化装置内的腐蚀发生的概率增加，因此，也需要让溶液的胺浓度保持在一个适宜的范围内。

（4）流速的影响：当天然气进入脱硫装置中后，若是气体流速太快，那么不仅高速的冲击气流会对设备产生冲刷腐蚀，也会增大设备内腐蚀发生的速率；若是气体流速太慢，则将容易造成积液，同样会增加设备内腐蚀的发生。所以，在输送过程中，天然气的流速也需要控制在合适的范围内。

（5）降解产物的影响：在长时间的作用过程中，在高温条件下，由于天然气中含有的二氧化碳、氧气等，会发生化学反应，以及采用的有机溶剂产生的降解物质，这些都会对脱硫装置中的设备产生腐蚀的催化作用。

2 脱硫装置腐蚀原因

在天然气净化的整个过程中，由于上述腐蚀的影响因素，将对不同的设备造成不同程度的腐蚀。

（1）对于吸收塔，是从吸收塔的底部将含硫的原料气，送到上部，然后和从上到下而来的MDEA贫液相互接触，进而发生化学反应，以除去天然气中的酸性气体。在这一过程中，吸收塔中下部的腐蚀速率要高于上部，下部溶液的酸气负荷偏高，而随着温度的影响，下部的腐蚀程度又更进一步加深。

（2）对于重沸器，进入到设备里的蒸汽，会有比较高的温度和流动速度，蒸汽遇冷之后形成水溶液，会在设备内壁造成气液两相流的不稳定流动，对设备内壁造成严重的冲刷，而且温度较高，腐蚀严重。

（3）对于再生塔，是从再生塔的上部将温度达到80～90℃的富液送往下部，和从下部上来的蒸汽进行接触，将接触后生成的贫液从再生塔的底部送出。在这一过程中，受到温度的影响，再生塔下部腐蚀程度偏高，而且又受到大量的酸气以及蒸汽的冲刷，使得再生塔下部的腐蚀程度，要比上部严重得多[3]。

（4）贫富液换热器，含有很多的二氧化碳和硫化氢的溶液从吸收塔中流出，它与从再生塔中流过来的贫液进行热交换，使得部分硫化氢和二氧化碳被析出，在这一时刻，又受到了流速和温度的双重影响，导致了对贫富液换热器的严重腐蚀。

经分析认为，对脱硫装置的腐蚀，主要包括冲刷造成的腐蚀、酸性气体的化学反应腐蚀以及胺溶液反应后降解产物造成的腐蚀。

3 脱硫装置防腐措施研究

对脱硫装置的防腐研究，应根据腐蚀发生的各种影响条件，有针对性地采取相应的措施。

3.1 工艺参数的控制

（1）胺溶液的净化：天然气在采用醇胺溶剂法进行长时间净化的过程中，造成天然气中携带的其他杂质，存在不断积累的现象，而这些杂质若不能及时除去，就有可能导致腐蚀的加速，所以应定期对过滤设备进行检查清理，对胺溶液进行净化。

（2）控制再生温度：再生塔底部的重沸器，它的温度关系着酸气解析的程度。因为温度越高，会导致腐蚀速率的加快，所以，温度越低越好，也就是在为重沸器提供热源时，应该采用低压蒸汽，降低酸气的含量。

（3）控制溶液的流速：因流速越高，越容易对设备内部产生冲刷作用，破坏设备的保护膜，导致腐蚀的进一步加剧。根据有关研究，换热器管程中的流速要小于0.9m/s，而进入再生塔时的流速要低于1.2m/s[4]。

（4）控制溶液的浓度和酸气负荷：对酸性气体的吸收不能过量，胺浓度太高，吸收能力超过负荷，溶液中的二氧化碳和硫化氢就越多，导致酸气负荷太重，对腐蚀产生的影响加大，腐蚀速率加快，所以要控制溶液的胺浓度以及酸气负荷，在它们增大时，要采用去离子水，对它们进行调整[5]。

（5）避免氧气在系统中的进入：氧气的存在，容易发生氧化作用，不仅会降低溶液中有效胺的含量，降低脱硫效果，增加溶液对设备的腐蚀性，而且氧化后的产物也会导致对设备的腐蚀程度的增大，所以在系统中可以采用氮气，对系统中的氧气进行清除。

3.2 系统外防腐措施

（1）选择合理的设备材料：腐蚀发生在金属设备上，所以要对设备的材料进行合理选择，选取高耐腐蚀的材料，尤其是针对硫的抗腐蚀，如合金钢、碳素钢等，而且可以对部分材料进行相应的热处理，进一步增加材料的抗腐蚀性[6]。

（2）使用内涂层：因酸性气体与金属表面进行接触产生腐蚀，为使酸性气体和金属表面隔开，可以在设备内部的金属表面采用非金属材料进行喷涂覆盖，达到防止腐蚀的目的。

（3）采用缓蚀剂：缓蚀剂可以抑制金属发生电化学反应，在设备进行天然气脱硫前，注入缓蚀剂，在金属设备的表面形成保护膜，以防止腐蚀发生。

（4）对溶液进行定期检查：设备在长时间运行之后，若产生降解物和杂质，也会再增加设备的腐蚀速率，所以定期对溶液进行清理检查过滤，降低杂质和降解物对腐蚀产生的影响。

3.3 关键设备防腐

（1）吸收塔：针对吸收塔的防腐，可以采用不锈钢进行耐蚀衬里，同时可以用高压水对腐蚀结垢及时进行冲洗清理，并结合使用缓蚀剂。

（2）再生塔：针对再生塔的防腐，可以使用不锈钢在塔上部施加保护，并对塔上部表面采用喷涂非金属进行保护处理，结合使用缓蚀剂。

（3）贫富液换热器：主要针对换热器壳程的腐蚀，采用涂敷非金属防腐涂层进行保护处理，并及时进行清洗。

（4）重沸器：针对重沸器，同样可以采用涂敷非金属防腐涂层并及时进行清洗。

4 结论

在天然气的净化过程中，脱硫装置的腐蚀现象会对整个净化系统造成影响，降低设备的使用寿命，严重的甚至威胁人身安全，所以必须对腐蚀现象进行研究并做最佳的防腐措施。本文对脱硫装置的腐蚀原因及影响因素进行分析，提出了具体的防腐措施，在现有技术条件下，可最大程度降低腐蚀的发生速率。下一步还需继续进行防腐措施的研究，以保障天然气净化装置更加有效安全地运行。

◆参考文献

[1] 张强，黄刚华，江晶晶，等. 含硫气田天然气净化厂腐蚀控制与监/检测[J].石油与天然气化工，2018，47(2)：19-25.

[2] 龚甍. 天然气的脱硫净化研究[D].西安：西安石油大学，2017.

[3] 王丽萍. 天然气脱硫装置腐蚀控制技术应用[J].硫酸工业，2016，(4)：57-59.

[4] 韩鹏. 普光气田脱硫技术的研究和应用[J].内蒙古石油化工，2014，40(1)：113-114.

[5] 曹文全，韩晓兰，赵景峰. 普光天然气净化厂脱硫系统腐蚀及其防护措施[J].化学工业与工程技术，2011，32(6)：57-60.

[6] 何金龙，熊钢.川渝气田天然气净化技术的进步与发展方向[J].石油与天然气化工，2008，(S1)：112-120+166.