天然氣凈化的脫硫裝置腐蝕分析研究

周巍，何巧巧，王洋

（1.唐山冀東油田設(shè)計(jì)工程有限公司， 河北 唐山 063004）

（2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司， 四川 成都 610051）

（3.吉林吉化建修有限公司， 吉林 吉林 132021）

在天然氣的生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生高濃度的硫化物、CO2、水汽等，而這些物質(zhì)在一定溫度條件下，經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)，可在進(jìn)行凈化的金屬設(shè)備內(nèi)部，產(chǎn)生腐蝕性介質(zhì)，在長(zhǎng)期作用下，將導(dǎo)致金屬設(shè)備穿孔甚至開(kāi)裂，不僅影響天然氣的正常開(kāi)采輸送，而且天然氣的泄漏還會(huì)造成重大環(huán)保和安全事故，威脅生產(chǎn)人員的人身安全[1]。

所以，在天然氣凈化裝置受到嚴(yán)重腐蝕的情況下，若防腐蝕措施不到位，就會(huì)造成嚴(yán)重后果，因此非常有必要對(duì)天然氣凈化裝置，尤其是脫硫設(shè)備的腐蝕狀況及原因和防腐措施進(jìn)行研究，避免腐蝕狀況的發(fā)展，及時(shí)采取有效措施，保障設(shè)備的安全運(yùn)行，降低由于腐蝕造成的影響。

1 脫硫裝置腐蝕影響因素

目前對(duì)天然氣進(jìn)行凈化，在脫硫裝置中，采用甲基二乙醇胺（MDEA）有機(jī)溶劑，以吸收天然氣中含有的硫化氫和二氧化碳等一些酸性氣體，也就是醇胺法，在這個(gè)過(guò)程中，產(chǎn)生的胺降解等產(chǎn)物，可對(duì)設(shè)備造成極其嚴(yán)重的腐蝕影響。

（1）溫度的影響：在硫化氫和二氧化碳存在的條件下，若溫度太低，容易造成積液，會(huì)增加腐蝕的發(fā)生；而溫度太高，對(duì)電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程起到一個(gè)積極的作用，能夠促進(jìn)腐蝕的發(fā)生。因?yàn)闇囟忍突蛱叨紩?huì)造成不利影響，所以，設(shè)備內(nèi)部的溫度一般要求范圍在10～28℃以內(nèi)[2]。

（2）溶解酸氣負(fù)荷的影響：腐蝕的發(fā)生，與天然氣體中含有的酸性氣體的含量存在很大關(guān)系，當(dāng)溶液中的硫化氫和二氧化碳的含量增多，即酸氣負(fù)荷增大的情況下，腐蝕反應(yīng)的速率因?yàn)樗嵝詺怏w含量的增多而變得更快；而當(dāng)溶液中的酸氣負(fù)荷降低時(shí)，溶液泡沫的高度會(huì)相應(yīng)降低，同時(shí)也減少了溶液的浸泡，所以，這種情況下是能夠緩解腐蝕的產(chǎn)生的。

（3）胺濃度的影響：溶液中胺的作用，是對(duì)酸性氣體的吸收，濃度太低，達(dá)不到凈化的目的，而濃度太高，它對(duì)硫化氫和二氧化碳的吸收能力，也相應(yīng)加強(qiáng)，也就代表會(huì)讓凈化裝置內(nèi)的腐蝕發(fā)生的概率增加，因此，也需要讓溶液的胺濃度保持在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)。

（4）流速的影響：當(dāng)天然氣進(jìn)入脫硫裝置中后，若是氣體流速太快，那么不僅高速的沖擊氣流會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生沖刷腐蝕，也會(huì)增大設(shè)備內(nèi)腐蝕發(fā)生的速率；若是氣體流速太慢，則將容易造成積液，同樣會(huì)增加設(shè)備內(nèi)腐蝕的發(fā)生。所以，在輸送過(guò)程中，天然氣的流速也需要控制在合適的范圍內(nèi)。

（5）降解產(chǎn)物的影響：在長(zhǎng)時(shí)間的作用過(guò)程中，在高溫條件下，由于天然氣中含有的二氧化碳、氧氣等，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以及采用的有機(jī)溶劑產(chǎn)生的降解物質(zhì)，這些都會(huì)對(duì)脫硫裝置中的設(shè)備產(chǎn)生腐蝕的催化作用。

2 脫硫裝置腐蝕原因

在天然氣凈化的整個(gè)過(guò)程中，由于上述腐蝕的影響因素，將對(duì)不同的設(shè)備造成不同程度的腐蝕。

（1）對(duì)于吸收塔，是從吸收塔的底部將含硫的原料氣，送到上部，然后和從上到下而來(lái)的MDEA貧液相互接觸，進(jìn)而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以除去天然氣中的酸性氣體。在這一過(guò)程中，吸收塔中下部的腐蝕速率要高于上部，下部溶液的酸氣負(fù)荷偏高，而隨著溫度的影響，下部的腐蝕程度又更進(jìn)一步加深。

（2）對(duì)于重沸器，進(jìn)入到設(shè)備里的蒸汽，會(huì)有比較高的溫度和流動(dòng)速度，蒸汽遇冷之后形成水溶液，會(huì)在設(shè)備內(nèi)壁造成氣液兩相流的不穩(wěn)定流動(dòng)，對(duì)設(shè)備內(nèi)壁造成嚴(yán)重的沖刷，而且溫度較高，腐蝕嚴(yán)重。

（3）對(duì)于再生塔，是從再生塔的上部將溫度達(dá)到80～90℃的富液送往下部，和從下部上來(lái)的蒸汽進(jìn)行接觸，將接觸后生成的貧液從再生塔的底部送出。在這一過(guò)程中，受到溫度的影響，再生塔下部腐蝕程度偏高，而且又受到大量的酸氣以及蒸汽的沖刷，使得再生塔下部的腐蝕程度，要比上部嚴(yán)重得多[3]。

（4）貧富液換熱器，含有很多的二氧化碳和硫化氫的溶液從吸收塔中流出，它與從再生塔中流過(guò)來(lái)的貧液進(jìn)行熱交換，使得部分硫化氫和二氧化碳被析出，在這一時(shí)刻，又受到了流速和溫度的雙重影響，導(dǎo)致了對(duì)貧富液換熱器的嚴(yán)重腐蝕。

經(jīng)分析認(rèn)為，對(duì)脫硫裝置的腐蝕，主要包括沖刷造成的腐蝕、酸性氣體的化學(xué)反應(yīng)腐蝕以及胺溶液反應(yīng)后降解產(chǎn)物造成的腐蝕。

3 脫硫裝置防腐措施研究

對(duì)脫硫裝置的防腐研究，應(yīng)根據(jù)腐蝕發(fā)生的各種影響條件，有針對(duì)性地采取相應(yīng)的措施。

3.1 工藝參數(shù)的控制

（1）胺溶液的凈化：天然氣在采用醇胺溶劑法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間凈化的過(guò)程中，造成天然氣中攜帶的其他雜質(zhì)，存在不斷積累的現(xiàn)象，而這些雜質(zhì)若不能及時(shí)除去，就有可能導(dǎo)致腐蝕的加速，所以應(yīng)定期對(duì)過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行檢查清理，對(duì)胺溶液進(jìn)行凈化。

（2）控制再生溫度：再生塔底部的重沸器，它的溫度關(guān)系著酸氣解析的程度。因?yàn)闇囟仍礁?，?huì)導(dǎo)致腐蝕速率的加快，所以，溫度越低越好，也就是在為重沸器提供熱源時(shí)，應(yīng)該采用低壓蒸汽，降低酸氣的含量。

（3）控制溶液的流速：因流速越高，越容易對(duì)設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生沖刷作用，破壞設(shè)備的保護(hù)膜，導(dǎo)致腐蝕的進(jìn)一步加劇。根據(jù)有關(guān)研究，換熱器管程中的流速要小于0.9m/s，而進(jìn)入再生塔時(shí)的流速要低于1.2m/s[4]。

（4）控制溶液的濃度和酸氣負(fù)荷：對(duì)酸性氣體的吸收不能過(guò)量，胺濃度太高，吸收能力超過(guò)負(fù)荷，溶液中的二氧化碳和硫化氫就越多，導(dǎo)致酸氣負(fù)荷太重，對(duì)腐蝕產(chǎn)生的影響加大，腐蝕速率加快，所以要控制溶液的胺濃度以及酸氣負(fù)荷，在它們?cè)龃髸r(shí)，要采用去離子水，對(duì)它們進(jìn)行調(diào)整[5]。

（5）避免氧氣在系統(tǒng)中的進(jìn)入：氧氣的存在，容易發(fā)生氧化作用，不僅會(huì)降低溶液中有效胺的含量，降低脫硫效果，增加溶液對(duì)設(shè)備的腐蝕性，而且氧化后的產(chǎn)物也會(huì)導(dǎo)致對(duì)設(shè)備的腐蝕程度的增大，所以在系統(tǒng)中可以采用氮?dú)猓瑢?duì)系統(tǒng)中的氧氣進(jìn)行清除。

3.2 系統(tǒng)外防腐措施

（1）選擇合理的設(shè)備材料：腐蝕發(fā)生在金屬設(shè)備上，所以要對(duì)設(shè)備的材料進(jìn)行合理選擇，選取高耐腐蝕的材料，尤其是針對(duì)硫的抗腐蝕，如合金鋼、碳素鋼等，而且可以對(duì)部分材料進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，進(jìn)一步增加材料的抗腐蝕性[6]。

（2）使用內(nèi)涂層：因酸性氣體與金屬表面進(jìn)行接觸產(chǎn)生腐蝕，為使酸性氣體和金屬表面隔開(kāi)，可以在設(shè)備內(nèi)部的金屬表面采用非金屬材料進(jìn)行噴涂覆蓋，達(dá)到防止腐蝕的目的。

（3）采用緩蝕劑：緩蝕劑可以抑制金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在設(shè)備進(jìn)行天然氣脫硫前，注入緩蝕劑，在金屬設(shè)備的表面形成保護(hù)膜，以防止腐蝕發(fā)生。

（4）對(duì)溶液進(jìn)行定期檢查：設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后，若產(chǎn)生降解物和雜質(zhì)，也會(huì)再增加設(shè)備的腐蝕速率，所以定期對(duì)溶液進(jìn)行清理檢查過(guò)濾，降低雜質(zhì)和降解物對(duì)腐蝕產(chǎn)生的影響。

3.3 關(guān)鍵設(shè)備防腐

（1）吸收塔：針對(duì)吸收塔的防腐，可以采用不銹鋼進(jìn)行耐蝕襯里，同時(shí)可以用高壓水對(duì)腐蝕結(jié)垢及時(shí)進(jìn)行沖洗清理，并結(jié)合使用緩蝕劑。

（2）再生塔：針對(duì)再生塔的防腐，可以使用不銹鋼在塔上部施加保護(hù)，并對(duì)塔上部表面采用噴涂非金屬進(jìn)行保護(hù)處理，結(jié)合使用緩蝕劑。

（3）貧富液換熱器：主要針對(duì)換熱器殼程的腐蝕，采用涂敷非金屬防腐涂層進(jìn)行保護(hù)處理，并及時(shí)進(jìn)行清洗。

（4）重沸器：針對(duì)重沸器，同樣可以采用涂敷非金屬防腐涂層并及時(shí)進(jìn)行清洗。

4 結(jié)論

在天然氣的凈化過(guò)程中，脫硫裝置的腐蝕現(xiàn)象會(huì)對(duì)整個(gè)凈化系統(tǒng)造成影響，降低設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重的甚至威脅人身安全，所以必須對(duì)腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行研究并做最佳的防腐措施。本文對(duì)脫硫裝置的腐蝕原因及影響因素進(jìn)行分析，提出了具體的防腐措施，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，可最大程度降低腐蝕的發(fā)生速率。下一步還需繼續(xù)進(jìn)行防腐措施的研究，以保障天然氣凈化裝置更加有效安全地運(yùn)行。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 張強(qiáng)，黃剛?cè)A，江晶晶，等. 含硫氣田天然氣凈化廠腐蝕控制與監(jiān)/檢測(cè)[J].石油與天然氣化工，2018，47(2)：19-25.

[2] 龔甍. 天然氣的脫硫凈化研究[D].西安：西安石油大學(xué)，2017.

[3] 王麗萍. 天然氣脫硫裝置腐蝕控制技術(shù)應(yīng)用[J].硫酸工業(yè)，2016，(4)：57-59.

[4] 韓鵬. 普光氣田脫硫技術(shù)的研究和應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2014，40(1)：113-114.

[5] 曹文全，韓曉蘭，趙景峰. 普光天然氣凈化廠脫硫系統(tǒng)腐蝕及其防護(hù)措施[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2011，32(6)：57-60.

[6] 何金龍，熊鋼.川渝氣田天然氣凈化技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展方向[J].石油與天然氣化工，2008，(S1)：112-120+166.