关键词：高含硫天然气；净化装置；腐蚀特性
引言
某天然气净化厂共建设6套净化装置及配套设施，每套净化装置由2个系列的脱硫、脱水、硫磺回收、尾气处理和酸水汽提单元组成。以某气田高含硫天然气为原料，H2S和CO2平均含量分别为14%和8%(v/v)，采用MDEA法脱硫、TEG法脱水、常规克劳斯二级转化法硫磺回收、加氢还原吸收尾气、单塔低压汽提酸水的工艺路线。
1气田净化工艺流程
某气田净化厂采用了MDEA法选择性脱硫脱碳、TEG法脱水、常规Claus二级转化法硫磺回收、加氢还原吸收尾气处理以及酸性水汽提的工艺路线。
脱硫单元选择性脱除高含硫原料气中几乎所有的H2S、CO2及部分有机硫，经脱水单元脱水后，合格净化气外输。其中脱硫单元产生的酸性气在硫磺回收单元回收为液硫，液硫在储运车间成型后运至硫磺储运系统外销。尾气处理单元净化硫磺回收单元及酸水汽提单元产生的尾气，然后进入尾气焚烧炉焚烧，产出达到国家环保要求的烟气，通过烟囱排入大气。联合装置产生的酸性水送至酸性水汽提单元，处理合格后送至循环水厂循环使用。
2腐蚀分析及重点腐蚀部位的确定
净化厂的在线腐蚀监测系统采用电感探针实时监测技术，对全厂6套12个系列联合装置进行腐蚀状况的监测。根据系统反馈的腐蚀速率超标次数，重点腐蚀部位有4个：二级硫冷器E-305入口管线，超标7次；急冷水泵P-401出口管线，超标5次；末级硫冷器E-307出口管线，超标1次；胺液再生塔底重沸器E-104B气相返回管线，超标1次。
3腐蚀原因分析
3.1大气腐蚀
停工备用期间，设备内部残留的水、氧及硫化物等杂质的含量和种类、温度等是设备内部腐蚀的主要因素。在常温无水的条件下，温度对氧化作用极为缓慢，而湿度对大气腐蚀作用最大，直接影响了金属表面上液膜的形成及保持时间。在极度干燥的大气条件下，即便存在硫化物，腐蚀也会很快变慢并趋于停止;在潮湿的环境中，空气中的水与腐蚀产物以及表面沉积物凝结成水膜，形成了有一定电导和腐蚀性的电解质溶液，加速了电化学反应，而清洁的金属表面也会凝结一层厚度在0．1～1μm的水膜。存在较大温差时，设备内部处于干湿交替状态，金属锈层会进一步加速腐蚀。在潮湿状态时，锈层与溶解氧一起作为阴极去极化剂。
3Fe2O3+H2O+2e→2Fe3O4+2OH－
在干燥状态时，由于氧含量大，Fe3O4又能被重新氧化。
4Fe3O4+O2→6Fe2O3
因此，带锈层的金属加速腐蚀。在潮湿的大气中，金属表面形成的水膜较厚(1μm～1mm)，更容易进行阳极反应，腐蚀过程由阴极过程控制，氧的扩散速度是主要的控制步骤。无论在溶液中还是在不同厚度的薄膜中，氧的还原反应都是容易进行的。
3.2细菌腐蚀
装置停工期间存在的细菌按呼吸类型分成:好氧腐蚀菌和厌氧腐蚀菌。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆好氧腐蚀菌主要为硫氧化细菌、铁细菌和一些异氧菌等;厌氧腐蚀菌主要为硫酸盐还原菌。硫氧化细菌在无氧及多氧环境下不能生长，一般生活在氧与还原态硫同时存在的微好氧环境中，能够氧化硫化物产生强酸，含H2S时大量繁殖，在局部区域能氧化生成体积分数为10%的硫酸，使pH值降为1.0～1.4，对设备管线造成严重腐蚀。硫酸盐还原菌(简称SRB)分布于氮气保护下的厌氧环境，能够将SO2－4还原、降解有机物获取能量，产生H2S造成严重腐蚀。
4的防腐蚀措施分析
4.1缓蚀剂的添加
在保护含硫天然气输送管道的时候，除了使用物理保护方法还可以使用化学保护方法。其中一个较好的保护方法就是缓蚀剂的添加。将缓蚀剂在含硫天然气输送过程中进行添加，并且保护效果也比较好。缓蚀剂主要有两种使用方法，分别是加注和批处理。首先在含硫天然气输送中，对缓蚀剂的添加要和水分的含量成正比，每升水对缓蚀剂的加注量一定要按照一定标准进行，如果水分含量不能有效保持稳定，那么对缓蚀剂的加注要根据天然气的输送量进行，例如每立方的天然气加重0.1到0.5升的缓蚀剂。另外，还可以对管道进行批处理，对管道防腐蚀的批处理是根据季度完成的，批处理的实施原理和管道保护膜添加原理相似，这种方法可以进一步增强含硫天然气输送管道的抗腐蚀能力。
4.2利用电化学腐蚀措施
通过腐蚀原理可知，含硫天然气在电化学的基础上对输送管道产生腐蚀，可见将电化学腐蚀措施使用在输送管道中，可以有效的降低输送管道受腐蚀性。目前我国电化学腐蚀措施中常用的方法就是阴极保护法，该方法的主要原理就是在电化学变化的基础上，牺牲阳极，使输送管道中某个金属材料一端的电势更低，将其作为牺牲体，从而在管道中产生腐蚀性电化学反应，从而在管材电势更高的一端聚集更多的电子，对输送管道有更好的保护。这种措施可以使管道受长时间的抗腐蚀保护，不需要多次对输送管道进行管理与防护，保护范围和抗干扰能力也更广更强。目前在含硫天然气输送管道防腐蚀管理中，该方法具有较广的使用。
4.3脱硫系统单个容器和塔顶破沫网部分
1）再生塔顶回流罐的清洗：清洗设备泵出口通过排污阀后法兰，连接管线至清洗槽。将清洗剂溶液打入，装满后浸泡（因罐顶部无放空，上半部分又无液位计，故在装液时应防止清洗液由顶部管线窜至其他部位）。2）天然气进料过滤分离器、天然气进料聚结分离器的清洗：更换过滤器滤芯，加强原料气过滤效果，加强原料气过滤排液。过滤器是天然气调压橇必备设备，其作用是保障流量计等设备的正常使用并确保其计量精度。在滤芯的失效形式中最常见的为堵塞失效，即污物微粒堵塞了滤芯滤材中的微孔结构而产生的失效。由于滤芯的特殊结构形式，使用常规机械清洗与压力吹洗无法达到良好的清洗效果甚至会损坏滤芯。滤芯一旦失效，目前普遍做法就是更换滤芯。3）再生塔底重沸器的清洗：循环清洗，由再生塔底重沸器流出，充满后由再生塔底重沸器底部排污阀后法兰连接管线至清洗槽，然后由再生塔底排污管线打至再生塔底进行循环清洗，循环冲洗，增加冲洗清洁情况，达到清洗水清澈为合格说明。其次还可采用管束抽芯冲洗(机械冲洗)。4）胺液回收罐的清洗：加药浸泡，对回收罐进行清淤作业。保证所采样品是循环的、瞬时的，且不需清洗采样器，如果必须清洗采样器，则由采样人员自行处置并将清洗后的废液倒入污油网收罐。5）顶部破沫网部分的清洗：顶部破沫网部分在打开上部人孔时使用喷枪进行冲洗。采用钝化清洗法对装备进行防腐处理，各容器清洗完成后，打开人孔无硫化氢及臭味，器壁及内部构件无污染，设备内部呈现设备本色，取得了良好的清洗效果。6）检修完成后，在开工前，对脱硫单元循环冲洗和塔器的冲洗作业。
结束语
本文对高含硫天然气净化装置的腐蚀情况进行了分析研究，取得的相关数据可为设备腐蚀问题的解决提供参考，并在经济性和安全性上提升设备的性能。
参考文献
[1]杨黎鹏,李维国.含硫天然气脱硫净化装置模块化设计[J].中国石油大学学报(自然科学版),2019,43(03):176-182.
[2]金涛.高含硫天然气净化装置检修污水控制优化[J].化工管理,2019(17):77-78.
论文作者:岳森
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年1期
论文发表时间:2020/3/25
标签：天然气论文; 装置论文; 含硫论文; 管线论文; 设备论文; 管道论文; 电化学论文; 《工程管理前沿》2020年1期论文;