抗硫压缩机在放空气回收项目的应用

2021-01-08葛晓波张明星

化工设计通讯 2021年1期

关键词：零散气阀含硫

陈红，葛晓波，张明星

（1.中国石油运输有限公司沙漠运输分公司，新疆库尔勒 841000；2.中国石油运输有限公司长庆运输分公司，陕西西安 710200）

1 现有含硫气回收工艺简介

目前应用较为广泛的脱硫工艺主要有两种，一种为湿法脱硫，一种为干法脱硫。

1.1 湿法脱硫

根据采用的脱硫溶剂不同分为：MDEA、Sulfinol-D、Sulfinol-M、MEA、DEA 等脱硫工艺。含硫原料气从吸收混合器进入与一级脱硫贫液强化传质接触，进入一级吸收器，脱硫富液由液位调节阀控制送往再生槽；经一级脱硫后的气体再依次进入二级、三级超重力脱硫机与脱硫液旋转离心力作用下逆流接触，气体中的H2S 被脱硫液吸收，脱硫液回到再生槽再生。脱除H2S 的原料气经塔顶出来在稳压阀作用下送出界区。

湿法脱硫的优缺点：主要优点是湿法脱硫工艺相对成熟，运行成本低；它缺点是采用的容器较多、工艺流程复杂，前期投资成本大，一套50 000t/d 的湿法脱硫装置，投资成本大约需要1 000万左右。

1.2 干法脱硫

干法脱硫采用的是活性炭或者其他介质作为催化剂，使硫化氢与空气中的氧气反应，生成单质硫和水（H2S+1/2O2→H2O+S ↓）。1.0MPa，≤40℃的天然气进入双塔脱硫系统，与来自空气压缩机的空气混合，混合气体首先进入过滤器过滤，过滤掉其中的固体颗粒和液滴，然后进入脱硫塔，在脱硫塔内，硫化氢和氧气反应，生成水和单质硫，脱硫后的天然气H2S 含量低于20×10-6，作为产品气外送。

干法脱硫的优缺点：干法脱硫工艺优点是流程相对简单，操作简便；缺点是运行过程需要配比空气，对操作的精密性和安全性要求高，脱硫剂价格昂贵，运行成本高。

2 抗硫压缩机在放空气回收应用具备的条件

2.1 系统管网

在零散井附近应具备系统管网或者管线，能够把增压后的含硫天然气输送至下游的处理厂进行后续处理。

2.2 天然气处理场站

从边缘的零散井增压后的天然气进入管线末端天然气处理厂进行天然气脱硫、脱水、脱烃等处理，最终实现零散井天然气回收的过程。

2.3 抗硫压缩机技术成熟

随着压缩机的技术越来越成熟，抗硫压缩机的设计和材质方面逐渐满足处理含硫天然气的要求，采用抗硫压缩机进行放空天然气处理条件成熟。

3 抗硫压缩机在零散井放空气回收的应用

3.1 采用抗硫压缩机对零散井放空气进行回收

零散井含硫放空天然气，按照前期回收站设计，如果要对含硫气进行回收，则需要对天然气进行脱硫处理，才能进行后续回收工艺。天然气进行脱硫处理面临的是脱硫剂消耗大，脱硫成本高的问题。随着科技的进步，抗硫压缩机的技术越来越成熟，以及塔三联的投产，含硫管线的建立，对含硫气进行增压直接进入系统管网的条件成熟。放空天然气回收逐渐采用新工艺，部分井站不再进行天然气脱硫，采用抗硫压缩机直接增压进入系统管网。新工艺的采用减少了脱硫剂的消耗，降低了天然气回收的成本，提高了天然气的收益率。

对零散井放空天然气进行回收，需要进行脱硫处理工艺单元替换为抗硫压缩机工艺，利用抗硫压缩机对含硫天然气进行增压进入系统管网。项目开展包括设计院进行前期设计，抗硫压缩机选型及设备采购，项目组织实施三个阶段。

3.1.1 抗硫压缩机进行放空天然气回收设计

按照设计院的设计，对含硫井的放空气进行这样设计，把原有的脱硫单元及其辅助设施，利用抗硫压缩机进行替换，对场站的原有不抗硫管线采用抗硫材质管线（L245NCS），对场站进行安装硫化氢监控设备，对场站硫化氢进行实时监控。

3.1.2 抗硫压缩机的选型

按照设计院的设计以及零散井的气量、硫化氢含硫、气体组分等条件进行压缩机的选型，要求压缩机的处理量能够满足零散井的处理要求；压缩机抗硫条件满足≤50 000×10-6；压缩机的排气压力大于管网压力，一般设计要求排气压力为16MPa。

3.1.3 抗硫压缩机的安装使用

抗硫压缩机到达现场后，安排专业人员进行安装施工，严格按照标准和安装要求进行施工安装，检验合格后进行调试运行。调试运行按照操作流程一步步进行，保证抗硫压缩机的安全投运。

3.2 抗硫压缩机进行零散井放空气运行安全

（1）做好硫化氢的监控，在硫化氢容易聚集处安装硫化氢检测仪器进行实时监控，及时发现硫化氢泄漏。

（2）操作管理。严格操作流程，规范操作人员行为，对确保抗硫压缩机的安全运行，延长压缩机使用寿命至关重要。

（3）掌握影响硫化氢的腐蚀因素，采用相应的措施确保抗硫压缩机安全运行。

①pH 的影响

含硫天然气中，随着pH 的降低，其对钢材的腐蚀性加剧，材料对硫化氢腐蚀应力开裂的敏感性增强，特别是pH 小于6时，材料对硫化氢应力腐蚀开裂特别敏感。

②温度的影响

当温度高于室温时，随着温度的升高，材料对硫化氢应力腐蚀的敏感性降低，在室温左右，材料的硫化氢应力腐蚀最为严重。

③压力的影响

压力增高，硫化氢的分压增加，在溶液中的溶解度增大，同时，氢向金属内部扩散速度也增大，促进钢材的应力腐蚀开裂。

④浓度的影响

硫化氢浓度越高，材料至开裂的时间越短，反之，硫化氢浓度越低，材料至开裂的时间越长。

⑤液态烃

在烃-水相和气-液相界面，硫化氢对钢材产生严重的局部腐蚀。

根据以上所述，在压缩机使用中，控制影响硫化氢腐蚀的因素，采取相应的措施，能更有效地保证设备的安全运行。

4 抗硫压缩机在零散井放空气回收的优势

4.1 流程简单

抗硫压缩机进行零散井天然气回收，工艺流程十分简单，单井天然气经过简单的预处理分离后，进入压缩机增压然后进入系统管网。

4.2 投产成本低

由于采用抗硫压缩机进行零散井放空天然气回收流程简单，需要配备的辅助设备少，故投资成本相对较少，建设一座3×104m3/d 的处理站，设备投资及建站施工预计约为350万元，远低于传统天然气回收工艺投资建站成本。

4.3 运行成本低

采用抗硫压缩机进行含硫井天然气回收，不需要进行脱硫处理，脱硫成本降低；同时辅助设备减少，流程简化，运行人员减少，可以降低人员成本。

5 抗硫压缩机出现的故障分析及处理

5.1 管线振动问题

压缩机与管线连接处，由于管线较长，管卡间隔大，部分管线出现振动，采取增加管卡，固定支撑等措施，解决了管线振动问题。

5.2 气阀弹簧、阀片损坏问题

压缩机能否更合理、更高效、更经济运行，很大程度上取决于气阀的结构和性能。缘于此，气阀也被称为压缩机的心脏。前期抗硫压缩机试运行中，气阀阀片损坏，弹簧断裂，经过对其材质进行化学成分分析，金属性能分析，强度分析，发现气阀阀片、弹簧的材质，满足不了抗硫要求。经过厂家的攻关，设计制造了适应高含硫天然气的气阀。