天然气加工厂脱硫脱氮塔器设备维护与保养措施

2022-11-19宋亮中国葛洲坝集团国际工程有限公司北京100000

化工管理 2022年26期

宋亮(中国葛洲坝集团国际工程有限公司，北京 100000)

0 引言

天然气总量相对短缺会成为严重制约经济持续发展的一大社会风险因素。天然气脱硫脱氮设备运行作为全国清洁型天然气技术开发示范应用平台建设阶段的第一个最重要关节点，其生产运行保障及高效、安全正常运行要求的相关条件，将是平台成功确保完成了实现国家天然气产业运行安全生产保障体系的重要关键前提，也是实现全国绿色经济战略示范建设阶段总体目标，并确保长期持续和顺利高效运转的根本条件。

1 脱硫脱氮塔器设备工作原理

经脱硫烟气除尘分离系统脱硫后排外放逸的高浓度二氧化硫烟气，将在引风机叶片的抽吸动力作用及控制条件下，直接排放进入烟气脱硝脱硫一体塔。烟气自塔器的下喷口开始向上或垂直向上行走，吸收的液滴自塔器顶上风口开始向下或垂直向下与浓二氧化硫的烟气相互逆行。液滴彼此之间将在二氧化硫烟气高压气流及喷雾控制条件影响下相互形成的一个相对比表面积会比较大的浓雾状，气液间可形成完全的垂直接触。在设备底部的烟气脱硫塔的烟气脱硫吸收反应区，液体混合物烟气中存在大量的酸性偏亚碱性物质会直接与烟气的二氧化硫混合物发生脱硫吸收的反应，最终燃烧生成亚硫酸钙料浆，塔体下部的料浆送至石膏处理系统。在塔器脱硝吸收区，氮氧化物在催化还原剂作用下，分解为氮气和水或变为硝酸盐[1]。

1.1 化学脱硫法

化学脱硫法中主要的也是可以再粗略点分为湿法脱硫工艺和半干法脱硫工艺技术等的两大类工艺技术。干法脱硫的化学脱硫技术工艺效率普遍较高，脱硫剂一般也都是不能被回收或者再生，适用于较低中品位的含硫有机气体处理。

目前在国外，在工业和生产实际上的湿法脱硫的开发应用已相对较少。湿法脱硫主要工艺溶液污染物中的化学还原与吸收反应技术方法和生物氧化的再生及利用的方法，通常一般又被分为烟气化学吸收法、脱硫设备和废气生物氧化还原法、脱硫装置三种技术工艺类型。湿法烟气吸附脱硫的设备处理量比较大，操作时间比较灵活连续，适用安装作业于石油天然气处理量和浓度较大、硫化氢含量明显偏于高的各种工作场合。

1.2 湿法脱硫技术

湿法脱硫工艺是先通过实现气-液两相充分接触，将脱硫气体液中游离的杂质转移到气液相，从而可得到脱硫气体质的高效净化，然后再对原脱硫液体进行过滤再生，循环使用。其中较常用到的湿法脱硫工艺有催化还原氧化还原法脱硫和醇胺法脱硫等两种，其中现在世界上应用范围最比较广泛的工艺是醇胺法脱硫。

1.3 深冷脱氮工艺

深冷脱氮工艺一般是首先将常温下具有一定工作压力条件的液化天然气经压缩机多次的节流及降温工作后达到部分的液化过程或氮气全部被液化，再通过根据液化氮气氢与液态甲烷氢气的气体相对于挥发度之不同，用水蒸气精馏脱水的物理方法进行脱除液化氮气。

从原料气性质、脱氮目的要求及工艺设备费用水平等各因素上综合分析考虑，深冷法脱氮塔可进一步分为单座塔、双塔流和三塔流程。单塔流程技术简单、一次性运行投资极低，但其分离过程效率低、操作时间弹性也差，一般也很少大规模采用；而三塔分离流程也仅被用于分离原料气质中碳重烃含量很高的或氮气含量偏低的分离场合，目前国内外普遍所采用到的多是双塔分离流程[2]。

2 脱硫脱氮塔器设备常见故障分析

当前，国家对能源结构战略进行重大整体性优化调整，天然气需求在全体居民一次能源总消费支出总量中所占据的份额比重持续而快速稳定的增长提升，最终有望完全彻底取代广大居民传统能源单一的消费传统模式。经营天然气终端供应以及生产、销售的企业，自身面对持续提升的生产运营与管理巨大压力。如何做好天然气脱硫脱氮设备的维护和保养，确保天然气设备安全生产的实现，是摆在每个天然气工作人员面前的一个大问题。

2.1 脱硫器设备常见故障分析

在对废天然气进行湿法脱硫和处理废气的整个过程中，如果工艺处理效果得当，还会直接得到大量高附加值的化工类产品，进而将给各处理企业单位带来了一定的经济利益。目前，我国高等院校相关工程领域方面的许多研究人员，尽管已经着手对烟气脱硫控制过程机理进行大量系统的调查研究，也确实对实际的脱硫工作过程的某些相关参数进行了一定范围的改进优化，但是在进行实际烟气连续脱硫操作的生产过程中，仍然可能存在生产效率低、脱硫处理效果偏差严重以及连续脱硫生产设备不协调、系统不稳定等一系列技术问题。

通过对各种烟气脱硫设备的生产过程参数进行深入地研究分析，发现大多数具有脱硫设备处理工艺的单位，在对实际中进行烟气脱硫的工作过程中，通常也都是采用直接的采用烟气吸收-烟气再生的脱硫模拟方法。同时通常还会直接选择采用MDEA作为工作烟气中的吸收剂。一般来说，MDEA属于是一种较容易吸附产生发泡物状的悬浮粉状物质，在进行烟气脱硫设备净化处理的脱硫工艺过程中，该种悬浮颗粒状物质又往往很容易吸收其他一些杂质物，因而使吸附剂被污染，进而可能使废水中的该种悬浮块状物质的总固黏度被升高，使得大大降低其脱硫或者除尘的工作效率。

另一方面，在进行烟气脱硫处理等后续天然气处理过程中的相关各个环节中，如果在处理天然气泡沫后实际产生释放出天然气泡沫颗粒分布相对较为均匀及稳定，此时由MDEA实际产生的吸附的效果可能就也将因此大大降低，进而有可能使后续处理天然气过程中实际得到的天然气泡沫颗粒仍然含有大量的有机硫化物，即天然气泡沫的气质化学指标达不到烟气脱硫排放的相关标准或规定的要求。由于脱硫除尘设备及各种其他脱硫净化工艺相关的其他除尘设备之间往往相互有交叉与连接，受到外界环境与负荷的影响，脱硫和除尘器设备在工作期间往往会出现严重的运行不安全、不稳定的运行问题[3]。

2.2 现存的问题分析

(1)产品用途单一，专业方向局限和缺乏资源，导致在其应用领域的研究受限。

(2)由于该生产装置最主要的原料天然气中，氦的含量明显过低，导致该单位产品的制造设备成本普遍很高，因而目前越来越难以成功实现与其他国际氦矿的生产及技术竞争。加之气田产能将逐年不断的增加或递减，造成对天然气资源的利用处理开发能力在持续且大幅限度地下降，将使目前我国利用天然气来提涨收购氦价的石油资源经济性进一步的恶化。

(3)目前，装置安全运行系统工况环境波动影响大、变化频率多，给保障装置持续安全健康平稳地运行生产带来了新的挑战。

3 脱硫脱氮塔器设备维护与保养措施

3.1 脱硫脱氮塔器设备维护与保养措施

3.1.1 加快超重力脱硫技术的研究

重力脱硫术属于当前一种较为成熟、先进的环保技术，该种先进技术设备的普及应用，可以进一步使得烟气脱硫净化效率指标和环境保护效果得到一定程度上的有效提升。该种新技术利用的主要脱硫原理，主要依靠重力设备本身产生的一种超重吸力作用，进而会使得脱硫气体组分中形成的各种气体分子都可以获得快速均匀的压力扩散，进而能够使得气体分子之间迅速产生分离。一般条件的情况下，受大气超重力环境的共同影响，分子间的气体扩散速度应该远远地大于在一般的重力场影响下的分子之间气体扩散的速度，也就是说完全可以使石油天然气产品与被脱硫气体物质组分之间的有效接触面积得到大大增加，进而会使得各种脱硫产品效果性能都将得到了一定的程度上的改善。目前，我国企业在运用该系统方面应用的先进技术并不成熟，部分是因为由于脱硫设备本身的尺寸要求十分精确，较容易使脱硫试剂回路产生电流短路问题，进而达不到所要求的预期效果。

3.1.2 重视加强对生物脱硫技术

生物脱硫法属于另外一项目前较为经济、环保、安全的气体脱硫处理技术，在企业使用该种净化技术治理烟气过程中，可不需要去购买那些价格较高的化学吸附试剂。该种治理技术原理主要是通过依靠微生物本身的一些生命活动去除天然气管道中存在的有毒硫化物。相对应用于企业其他环保技术项目而言，该种节能技术方案还不完善，但却可以在短期内使进行脱硫和处理项目的工业能耗大大降低，提高整个企业生产的经济利益，而且在进行脱硫工艺过程的中并不会同时产生大量对生产环境也有明显污染效应的有害物质，该种环保技术具有良好的应用前景。

3.2 脱氮的一些建议

(1)立足专业技术，拓展新应用领域。目前，公司主导产品尚未能涉及乙烷烃回收、天然气的脱氨氮处理和液态氦燃料的低温液化。未来可随着石油天然气新开发产品的实际需要，继续扩展低温深冷处理技术的业务涉及范围，将上述多方技术向更多产品领域集中，发挥自身专业与技术优势，在一定的程度上可避免由于产品结构单一带来的可能制约主业长期发展能力的问题。

(2)继续走液化天然气联产综合气化提氦产业化的道路，提高用低纯含硫氦天然气联合提氦系统的循环经济性。可同时考虑开发建设液化天然气联产脱硫氮联合提氦、天然气联合提氦联产轻烃或液化LNG联产一体化的装置，达到降低系统单位产品能耗指标和进一步增加天然气产品产量，积极引进探索研究新产品的液化天然气联产提氦工艺。

(3)将设备操作和运行条件优化试验与常规技术装置改造相结合，努力解决好现有工艺装置面临的热处理量大幅线性下降趋势，以及设备工况适应性较差等实际客观问题；可通过以工艺参数模拟数值计算等为试验手段，调整装置运行中的工艺参数以及工艺设备的尺寸变化趋势，有效提高现有装置工况的设计适应性[4]。