天然气脱硫装置开停产的优化措施

岳云喆，林万洲，胡明，罗永辉，潘向东

(中国石油西南油气田川东北作业分公司，四川 达州 636164)

0 引言

天然气净化是含硫天然气从开采到用户之间必不可少的重要环节，其具有高温高压、易燃易爆和有毒有害等特点，天然气净化装置按计划实施检修是确保装置保持长周期安全平稳运行的重要措施之一，装置检修一般具有时间紧、任务重，各项工作环环相扣等特点[1]。鉴于目前各净化装置采用的硫磺回收工艺(包括尾气处理工艺)不尽相同，其具体的开停产程序差异很大，因此本文不阐述该部分内容。

1 工艺流程简介

目前国内天然气净化脱硫装置主要采用溶剂法脱硫，其工艺大体一致，主要区别在于脱硫溶剂选型、再生重沸器结构以及溶液过滤方式等方面，其中脱硫溶剂分为单纯的甲基二乙醇胺水溶液以及复合溶液(如萨菲诺+甲基二乙醇胺水溶液、空间位阻胺+甲基二乙醇胺水溶液等)[2-3]；重沸器主要有热虹吸式、釜式两种型式[4]；溶液过滤则分为侧重于富液过滤或贫液过滤，同时部分装置还设置有溶液在线复活设施。

2 停产环节

停产环节大体步骤：热循环、冷循环、溶液回收、水洗(除盐水水洗、工业水水洗)、蒸汽吹扫、氮气置换、工厂风吹扫。

2.1 热循环

热循环的目的是将富液中H2S、CO2再生解析，以便后续溶液回收及储存的安全，其终点指标一般为富液中H2S含量低于0.3 g/L，或与贫液中H2S含量接近。

现行常规操作：溶液热循环期间，一般采取将原料气分离段至脱硫吸收塔流程进行隔离，同时将该段原料气进行放空，以避免原料气持续正向流动进入脱硫吸收塔，导致富液质量长时间再生不合格，影响停产进度(笔者之前就职的净化厂就曾出现过该问题，导致停产进度受影响)；另外，还可倒通返输燃料气流程，从脱水装置进净化天然气逆向对脱硫装置进行置换，此举一方面可避免原料气正向流动问题，另一方面也可对管线内原料气进行置换，为后续置换、吹扫节约时间。但上述两种方式，一定程度上存在天然气浪费和环境污染问题。

另外，在蒸汽量充足情况下，也可适当提高循环量，以此加快热循环进度。

注意事项：在热循环期间，需将所有贫富液流程导入参与循环，避免出现死角，进而影响后续停产操作及检修。另外，在热循环结束后将酸水导入酸水汽提装置处理。

优化建议：从原料气进口管线源头处注入高压氮气，将原料气快速置换至脱硫吸收塔内吸收，以此减少含硫原料气放空对环境的污染；同时，也可对管线内原料气进行置换。

2.2 冷循环

冷循环的目的是将再生合格的溶液降低至较低温度，以便后续溶液回收过程操作的安全，其终点指标一般为再生塔贫液出口温度达到50 ℃以下。

现行常规操作：热循环结束后，立即停运重沸器蒸汽，启运所有冷换设备，加快溶液降温冷却。

注意事项：在冷循环前，若原料气管线段至脱硫吸收塔未进行泄压或置换，需切断此流程，避免含硫介质在冷循环期间进入脱硫段，污染再生合格溶液。

2.3 溶液回收

溶液回收顾名思义是对溶液进行回收，以备复产时重复使用。

现行常规操作：冷循环结束后，通过贫液水冷器后出口至溶液储罐流程将系统内大部分溶液进行回收，在此期间，尽可能将脱硫吸收塔、闪蒸罐内溶液向再生塔内压送(若装置无此流程，则利用各塔罐设备及各回收点按高、中、低压依次开展回收)。待系统各点液位较低时，则利用系统各溶液回收点将溶液回收至低位罐。期间，按照高、中、低压顺序依次进行回收，再通过补充泵泵入溶液储罐。

注意事项：(1)溶液回收时，严格按照高、中、低压顺序进行，避免发生窜压；另外需反复多次进行溶液回收操作，尽可能提高回收率。(2)溶液回收完成后，需做好氮气保护工作。

优化建议：新建装置，在设计时需充分考虑后续的可操作性。(1)每处低点位置需设计固定溶液回收管线及现场排污管线；(2)溶液回收总管至储罐的连通管线，以便可直接将溶液回收至溶液储罐。

2.4 水洗(除盐水水洗、工业水水洗)

水洗分为除盐水水洗、工业水水洗。除盐水水洗是为进一步回收系统内溶液，减少溶液损失，以及降低对环境的污染。工业水水洗则是在除盐水水洗基础上，进一步对系统进行清洗，降低系统内污物残留量。

现行常规操作：除盐水水洗时，按正常溶液循环操作进行，尽可能降低系统扰动，减少稀溶液中固体杂质携带量，随后按溶液回收步骤进行。

工业水水洗循环时，则需小量多次调整循环量，加大系统扰动，同时在水洗循环期间，开启各点排污阀进行冲击式排污，待各点液位较低后，停止循环，随后采取大剂量排放，以此尽可能将系统内污物带出。

注意事项：排污时可根据装置设计特点，尽可能将水压送至排污速度较快点。另外，针对多套装置共同使用排污管网，在排污时需重点关注运行列排污井或排污漏斗处情况。

优化建议：(1)新建装置，在设计时需充分考虑储罐数量，以便后续回收稀溶液，一方面降低因回收不彻底造成的溶液浪费，另一方面降低污水处理负荷。(2)工业水水洗环节，可向系统内加入脱硫剂等化学试剂，以便降低系统内H2S含量。(3)若后续装置不考虑采用蒸汽吹扫环节，可考虑在水洗时启运重沸器，对系统进行热水水洗。

2.5 氮气置换

氮气置换的目的是将系统内H2S置换，确保后续检修施工安全。

现行常规操作：水洗结束后，中低压段可随即进氮气进行置换以及开展排污，而高压段则需先将系统泄压至低于氮气压力后，再向系统加入氮气进行置换及开展排污；另外，针对一些盲端，则需进行容积式置换。在置换期间，需将置换气导入火炬。

注意事项：若置换点需现场排放则需对排放点用警戒带隔离并警示标示，同时关键放空检测部位也需专人监护。

优化建议：若装置有足够的高压氮气，可采取在系统水洗时，向高压段注入氮气进行循环。另外，也可将氮气置换与水洗步骤先后顺序进行优化，以此尽可能降低风险。

2.6 蒸汽吹扫

据笔者了解，含硫装置即便在氮气置换合格情况下，在后续人工清洗、检修环节，也存在H2S逸出案例。高含硫装置，相对于其他中低含硫装置而言，系统吹扫难度更大、耗时更长。蒸汽吹扫的目的是彻底去除系统内H2S，确保后续检修施工安全。

现行常规操作：在进行蒸汽吹扫时，先行对设备进行充分暖管，完成后，及时加大蒸汽吹扫量。在蒸汽吹扫初期，系统内H2S会随蒸汽一并逸出，因此需密闭处理逸出气体，即气相进入放空系统，液相则回收至低位罐。

注意事项：在蒸汽吹扫前，需将不耐高温的设备仪表进行隔离，同时在操作过程中，需确保设备内不带压，以此降低蒸汽温度带来的设备损坏风险。另外，需加强各低点排凝，缓慢开启、关闭阀门，防止水锤[5]。同时在蒸汽吹扫结束后，进行自然降温，另外氮气临时管线引氮气做好防护准备。

优化建议：新建装置在设计时应充分考虑设备仪表选型，选用可耐高温材质，以便能拉通对整个系统进行蒸汽吹扫，进一步降低系统中H2S含量。

2.7 工厂风吹扫

工厂风吹扫的目的是确保装置设备管线内氧气含量达到人员进入条件。

现行常规操作：工厂风吹扫可大致按照氮气置换流程进行，但是需要主要的是，工厂风吹扫不进入放空系统，以此避免因FeS自燃造成不可控的后果。同时，在吹扫时严格控制系统不带压。

注意事项：由于脱硫系统较多的FeS，与空气中的氧气接触发生氧化反应，释放出大量的热，形成连锁反应，易发生FeS自燃[6]。因此在进行工厂风吹扫时，需密切关注各点温度，特别是原料气管线段。另外，在吹扫前建议将各点滤芯滤袋取出。

3 开产环节

开产环节大体步骤：氮气置换、系统检漏、水洗(工业水水洗、除盐水水洗)、系统进溶液、冷循环、热循环。

3.1 氮气置换

氮气置换的目的是将系统内氧气置换，确保后续可燃性气体进入的安全。

现行常规操作：开产环节的氮气置换流程与停产环节氮气置换流程大致相同；另外，针对部分管段无法按流程置换区域，可采取容积式置换方式。

3.2 系统检漏

系统检漏是开产环节的重要步骤，其目的是确保后续装置进料(有毒有害、可燃性介质)安全无泄漏。

现行常规操作：目前中低含硫装置一般采用净化天然气、原料天然气相结合方式对系统进行检漏；部分高含硫装置则使用高压氮气进行检漏；另外一些装置则采用氦氮混合气对系统进行检漏—其中先行用氮气进行中低压初检，随后再加入氦气进行精检，同时辅以法兰管理(根据压力等级调整螺栓扭矩)。从实际情况来看，采取氦氮检漏(使用氦质谱检测仪进行检漏，即使最微小的泄漏也可得到确认[7])辅以法兰管理，在后期生产运行过程中，鲜有出现泄漏情况。

优化建议：(1)在氮气置换完成后，向系统进部分水，将系统近似于正常生产状态(液相与气相区别开来)，以此降低系统检漏难度。(2)中低含硫装置建议采用高压氮气或氦氮检漏方式，因若使用净化天然气、原料天然气检漏，在后续检漏出现漏点，一方面存在较大安全风险，另一方面若需打开盲板或短接等处理时也较为麻烦(需进行泄压、置换，方可安全作业)。(3)重点关注低、高压贫砜胺液泵的机封泄漏情况(包括内漏和外漏)，该双端面机封隔离液设置有低压联锁保护，因此需在水洗或试运行时观察机封底部、机封旋转轴、冲洗系统有无泄漏，以及持续关注机封隔离液压力的趋势变化。

3.3 水洗(工业水水洗、除盐水水洗)

水洗分为工业水水洗、除盐水水洗。工业水水洗的目的是将检修过程中带入的污物去除。除盐水水洗则是在工业水水洗基础上，进一步对系统进行清洗，降低系统内污物残留量。

现行常规操作：水洗循环时，需小量多次调整循环量，加大系统扰动，同时在水洗循环期间，开启各点排污阀进行排污，待各点液位较低后，停止循环，随后采取大剂量排放，以此尽可能将系统内污物带出。

注意事项：排污时可根据装置设计特点，尽可能将水压送至排污速度较大点。

优化建议：新建装置，在设计时需充分考虑储罐数量，以便提前制备除盐水并储存在罐中以备使用；另外，还需充分考虑工业水进水点及进水方式。

3.4 系统进溶液、冷循环、热循环

现行常规操作：通过循环泵直接将储罐内溶液向系统泵入，后续少量则通过补充泵进行补充。待系统液位充足且高点排气完成后，则启泵循环，循环正常后，则向重沸器进蒸汽开始热循环。

注意事项：在通过循环泵直接进液时，需密切关注储罐情况(若是通过顶部呼吸阀或排气管线与大气导通则需确认其工作正常，最保险方式则为打开罐顶部人孔)，避免出现抽吸过快或流程不畅，导致储罐受损。

优化建议：在进行热循环前，可将系统持液量控制在较低值，以便降低重沸器投运难度，以及减少凝结水浪费。

4 结语

天然气脱硫装置开停产是一项繁杂的过程，尤其是高含硫天然气处理装置，其开停产过程较日常正常生产所面临的安全挑战更大。因此，在此过程中各部门、各参与人员需严格按照开停产方案执行并紧密配合，同时装置开停产方案也需在实践中进一步核实验证，以期积极践行“按写的做，按做的写”标准，最大限度降低开停产环节作业风险，确保天然气装置的安、稳、长、满、优运行。