含硫天然氣裝置設備安全防護措施

陳紅 彭俊 劉偉 鄭思佳

(中國石油運輸有限公司沙漠運輸分公司，新疆 巴音郭楞 841000)

1 設備腐蝕的主要影響因素

1.1 腐蝕類型

石油化工生產(chǎn)過程中使用到的設備選材經(jīng)常是以金屬材料為主，以不銹鋼材料最多。對于不銹鋼材料來說，其容易受到外部環(huán)境因素的影響，比如濕度、溫度、接觸介質(zhì)、空氣等條件都會對不銹鋼材質(zhì)的腐蝕速度造成影響。對于腐蝕現(xiàn)象的分類中，主要分為化學腐蝕和電化學腐蝕?；瘜W腐蝕主要是材料和各類化學介質(zhì)進行接觸，從而使金屬遭受破壞，主要是溫度高和環(huán)境干燥。電化學腐蝕主要是由于金屬材料予電解液發(fā)生接觸后，接觸表面發(fā)生電極反應進而產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，該反應通常屬于氧化還原反應，主要影響因素是環(huán)境的溫度和濕度。電化學腐蝕是金屬更加普遍的腐蝕形式。

化學腐蝕。在天然氣凈化處理過程中，由于工藝的需要，一般會對天然氣進行加熱以提高天然氣氣流溫度，在后面的設備雖然脫除了天然氣中絕大部分的水、硫化氫和二氧化碳。但是由于原料中含有的硫化氫、二氧化碳等酸性物資比較高，與冷凝水生成酸性液體。酸性液體會破壞金屬表面的保護膜，由于保護膜被破壞，酸性物質(zhì)會腐蝕金屬表面，現(xiàn)成化學腐蝕。

電化學腐蝕。對于設備壓力容器，材料無可避免的予其他金屬材料或者非金屬材料進行接觸，材料本身除了鐵元素以外，含有許多其他雜質(zhì)元素。鐵原子的標準電級電位比其他大多數(shù)的電機點位更低，就形成了鐵原子與其他雜質(zhì)構(gòu)成的電池結(jié)構(gòu)，形成了電位差，活潑的金屬失去電子備氧化。鐵原子作為陽極，發(fā)生氧化反應。電化學腐蝕可以分為在強酸下的析氫腐蝕和在弱酸性或者中性環(huán)境中的吸氧腐蝕。

1.2 胺液系統(tǒng)腐蝕的主要影響因素

胺腐蝕是由溶解的酸性氣體(H2S和CO2)、胺降解產(chǎn)物、熱穩(wěn)定胺鹽(HSAS)和其他雜質(zhì)引起的。設計、實際操作、胺的類型、雜志、溫度、流速等因素都會影響胺腐蝕的程度。

(1)胺的類型。甲基二乙醇胺(MDEA)的腐蝕性最弱，而單乙醇胺(MEA)的腐蝕性最強。就現(xiàn)在來看，大多數(shù)凈化廠都是用甲基二乙醇胺。

(2)熱穩(wěn)定鹽濃度。腐蝕性弱的通常是貧胺液，其導電率比較低是主要原因，如果胺液中過度累積熱穩(wěn)定鹽，則會導致電導率增加，從而加強對金屬的腐蝕速度。

(3)溫度。溫度越高，富胺液系統(tǒng)的腐蝕速度也會越快。

(4)酸性氣的溶解度和酸氣負荷。胺液中如果酸性物質(zhì)多的話，酸性氣體溶解也會加快腐蝕的速度。

(5)胺液腐蝕速度會隨著流速增加而增加。流速越高，剛表面的硫化物保護層越容易遭到破壞，從而加快腐蝕的速度。

1.3 硫磺回收裝置腐蝕的主要影響因素

(1)溫度越高，越容易導致高溫硫蒸汽腐蝕。

(2)配風量。配風量如果超過一定的量，會導致硫轉(zhuǎn)化率下降，導致SO2含量增多，加大了SO2穿透的可能性。

(3)停工操作的影響。硫磺回收單元的停工操作會加大對設備的影響，也就是說，硫磺回收裝置主要會受到溫度、配風量以及停工操作等因素的影響從而導致腐蝕。

1.4 尾氣處理裝置腐蝕的主要影響因素

(1)加氫量。尾氣處理裝置正常運行的時候，急冷水SO2會有嚴格控制，但是如果尾氣處理單元停工或者上游裝置操作不平衡就會導致加氫不足，導致加氫的反應器出口產(chǎn)生數(shù)量較多的SO2并使得其進入急冷塔，和水反應產(chǎn)生亞硫酸，在極短時間內(nèi)對設備造成嚴重的腐蝕。

(2)急冷水循環(huán)量。急冷水循環(huán)量越高，越容易對快捷量造成沖刷腐蝕。

(3)溫度。急冷水裝置在60攝氏度以下會容易出現(xiàn)硫化物應力腐蝕開裂。

(4)加氫量。加氫量的變少會使得加氫反應器出口產(chǎn)生數(shù)量比較多的SO2進入急冷場，和水反應形成亞硫酸，對設備產(chǎn)生較強的腐蝕性。

1.5 酸水氣體裝置腐蝕的主要影響因素

(1)溫度，溫度適量提高可以減少酸性氣體在管壁中的冷凝，從而減少酸性水的腐蝕。

(2)流速。高流速的區(qū)域會在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生嚴重的腐蝕。(3)急冷水pH值也會對酸水氣體裝置腐蝕造成影響。

2 高含硫天然氣裝置設備防護措施

2.1 結(jié)合腐蝕影響因素，優(yōu)化現(xiàn)有工藝技術(shù)

提高胺液凈化裝置凈化能力，減少胺液的熱穩(wěn)定鹽含量，穩(wěn)定操作、合理控制富胺液的酸氣負荷、再生溫度等指標，在停工期間要加快富胺液的再生速度。注重對硫冷器的進出口溫度進行嚴格控制，有條件的話可以對相關(guān)設備和管線進行升級更新。具體為：

(1)胺液裝置控制策略：對富液側(cè)管線的碳鋼材質(zhì)進行升級，提高胺液凈化裝置的凈化能力，以降低熱穩(wěn)定鹽的含量。合理控制富胺液的酸氣負荷等指標。

(2)優(yōu)化停工除硫的裝置，嚴格控制進出口的溫度，避免因為低溫導致水蒸氣凝結(jié)從而產(chǎn)生酸腐蝕，另外對于設備的材質(zhì)應該優(yōu)先選擇含防腐涂層的設備。

(3)尾氣處理裝置。修復或者升級急冷水高溫的段管線，嚴格控制急冷水的pH值。

(4)酸水處理裝置。修復或者升級酸水汽提的高溫段管線，以加強管線的保溫能力，實時監(jiān)測腐蝕情況，確?？茖W合理掌握設備的狀態(tài)成都。

2.2 表面防腐

在設備與腐蝕介質(zhì)接觸的表面涂抹一層防腐層是非常常用的一種手段。經(jīng)常采用防腐漆作為防腐材料，如環(huán)氧樹脂、領苯二甲脂等，為了更好的做好防腐，應該根據(jù)防腐材料的性能和表面情況進行選擇。首先進行表面處理，表面處理是防腐敗工作的第一關(guān)，它的好壞直接影響防腐施工質(zhì)量，因此在施工中要認真對待，嚴格要求。此施工表面處理工作內(nèi)容包括：除銹、鏟除舊漆皮，除去油污及雜物，還應使用金屬表面具有合適的粗糙度。除銹時，嚴禁使用機械噴吵和電動砂輪打磨，可采用人工除銹和化學除銹等方法。鋼板表面除銹處理后，95%表面積，除去看得見的銹跡，5%的面積允許原來的銹斑存在。用合金鋼鏟子將氣柜上的原舊漆皮全部鏟除。用丙酮或其它易揮發(fā)清洗濟除去氣柜表面上的油、焦油及其它污物。表面處理工作結(jié)束。經(jīng)甲、乙雙方聯(lián)合驗收合格后，即可涂刷環(huán)氧瀝青料底漆二遍，以防受潮生銹。表面處理和涂涮第一遍底漆可分段統(tǒng)一進行。待底漆二遍完全干燥后，經(jīng)甲、乙雙方聯(lián)合驗收合格后，刷面料漆。刷面料漆完成后，進行測厚檢測。

2.3 選擇抗硫性好的材質(zhì)

天然氣設備與油氣中的硫化氫等腐蝕介質(zhì)是直接接觸的，腐蝕和應力腐蝕是造成失效的主要形式。石油天然氣行業(yè)設備選材考慮的因素主要包括：材料的機械性能、奶腐蝕性能、焊接性能、可獲量和價格等，而腐蝕方面主要考慮腐蝕和應力腐蝕兩個方面。由于應力腐蝕的危害性具有突發(fā)性和災難性，國內(nèi)外的選材標準大多有限考慮應力腐蝕，針對油氣田材料選材的標準有NACE MR0175、ISO 15156和國內(nèi)行業(yè)標準SY/T 0599—2006。選用的材質(zhì)主要包括：碳鋼、低合金鋼、耐腐蝕合金和非金屬材料。碳鋼和低合金鋼由于良好的機械性能、可加工性和經(jīng)濟性，兼有加工制造工藝成熟等優(yōu)點是油氣集輸設備設施的主要應用材料。在低腐蝕和中等腐蝕環(huán)境中可以應用碳鋼和低合金鋼，腐蝕性較高的環(huán)境可以配合加入緩蝕劑，采取在線監(jiān)測和定期清管等技術(shù)保障其安全運行。對于天然氣凈化裝置，一般選擇耐腐蝕合金。耐腐蝕合金主要包括：馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、22Cr雙相不銹鋼。其中316L不銹鋼有其良好的耐腐蝕性能，用于地面設施用的儀表部分、壓緊連接管件和地面控制管線等部件時，對開采環(huán)境的溫度、硫化氫分壓、氯化物濃度和pH值等單個環(huán)境因素沒有限制，是目前高含硫氣田設備的首選材料。具體選用何種抗硫材質(zhì)，根據(jù)現(xiàn)場實際接觸的介質(zhì)和運行條件進行確定。

2.4 定期對內(nèi)部進行相應的清理

定期對設備內(nèi)部腐蝕情況進行檢測，對內(nèi)部腐蝕狀態(tài)進行實施監(jiān)測，掌握實際的腐蝕速率和腐蝕現(xiàn)象，進行風險評估。定期對設備內(nèi)部進行清理作業(yè)，對內(nèi)腐蝕嚴重的設備清理后進行內(nèi)防腐。

2.5 針對現(xiàn)場急冷塔腐蝕修復問題進行現(xiàn)場修復

對于現(xiàn)場急冷塔腐蝕修復問題采用類激光高能脈沖冷焊修補技術(shù)和超音速冷噴涂技術(shù)現(xiàn)場修復急冷塔。

2.6 設備更新改造

對于部分設備的設計不合理的現(xiàn)象，可以對硫磺冷卻器、中間胺液冷卻器和部分管線進行設備更新改造研究，加強對凈化裝置設備腐蝕的進城的控制，以確保凈化裝置能夠?qū)崿F(xiàn)長期安全高效運行。

3 結(jié)語

高含硫凈化裝置設備的主要腐蝕介質(zhì)包括H2S、CO2、胺液和胺液的降解物質(zhì)。凈化裝置的主要腐蝕區(qū)域主要是胺液再生裝置、硫磺回收冷卻裝置、急冷水裝置等。在實踐操作中，可以通過結(jié)合腐蝕影響因素，優(yōu)化現(xiàn)有工藝技術(shù)；表面防腐；選擇抗硫性好的材質(zhì)；定期對內(nèi)部進行相應的清理；針對現(xiàn)場急冷塔腐蝕修復問題進行現(xiàn)場修復；設備更新改造等途徑對高含硫天然氣凈化裝置設備進行維護防護，以確保凈化裝置能夠?qū)崿F(xiàn)長期安全高效運行。