抗硫壓縮機(jī)在放空氣回收項(xiàng)目的應(yīng)用

陳 紅，葛曉波，張明星

（1.中國(guó)石油運(yùn)輸有限公司沙漠運(yùn)輸分公司，新疆庫(kù)爾勒 841000；2.中國(guó)石油運(yùn)輸有限公司長(zhǎng)慶運(yùn)輸分公司，陜西西安 710200）

1 現(xiàn)有含硫氣回收工藝簡(jiǎn)介

目前應(yīng)用較為廣泛的脫硫工藝主要有兩種，一種為濕法脫硫，一種為干法脫硫。

1.1 濕法脫硫

根據(jù)采用的脫硫溶劑不同分為：MDEA、Sulfinol-D、Sulfinol-M、MEA、DEA 等脫硫工藝。含硫原料氣從吸收混合器進(jìn)入與一級(jí)脫硫貧液強(qiáng)化傳質(zhì)接觸，進(jìn)入一級(jí)吸收器，脫硫富液由液位調(diào)節(jié)閥控制送往再生槽；經(jīng)一級(jí)脫硫后的氣體再依次進(jìn)入二級(jí)、三級(jí)超重力脫硫機(jī)與脫硫液旋轉(zhuǎn)離心力作用下逆流接觸，氣體中的H2S 被脫硫液吸收，脫硫液回到再生槽再生。脫除H2S 的原料氣經(jīng)塔頂出來(lái)在穩(wěn)壓閥作用下送出界區(qū)。

濕法脫硫的優(yōu)缺點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)是濕法脫硫工藝相對(duì)成熟，運(yùn)行成本低；它缺點(diǎn)是采用的容器較多、工藝流程復(fù)雜，前期投資成本大，一套50 000t/d 的濕法脫硫裝置，投資成本大約需要1 000萬(wàn)左右。

1.2 干法脫硫

干法脫硫采用的是活性炭或者其他介質(zhì)作為催化劑，使硫化氫與空氣中的氧氣反應(yīng)，生成單質(zhì)硫和水（H2S+1/2O2→H2O+S ↓）。1.0MPa，≤40℃的天然氣進(jìn)入雙塔脫硫系統(tǒng)，與來(lái)自空氣壓縮機(jī)的空氣混合，混合氣體首先進(jìn)入過(guò)濾器過(guò)濾，過(guò)濾掉其中的固體顆粒和液滴，然后進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔內(nèi)，硫化氫和氧氣反應(yīng)，生成水和單質(zhì)硫，脫硫后的天然氣H2S 含量低于20×10-6，作為產(chǎn)品氣外送。

干法脫硫的優(yōu)缺點(diǎn)：干法脫硫工藝優(yōu)點(diǎn)是流程相對(duì)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)是運(yùn)行過(guò)程需要配比空氣，對(duì)操作的精密性和安全性要求高，脫硫劑價(jià)格昂貴，運(yùn)行成本高。

2 抗硫壓縮機(jī)在放空氣回收應(yīng)用具備的條件

2.1 系統(tǒng)管網(wǎng)

在零散井附近應(yīng)具備系統(tǒng)管網(wǎng)或者管線，能夠把增壓后的含硫天然氣輸送至下游的處理廠進(jìn)行后續(xù)處理。

2.2 天然氣處理場(chǎng)站

從邊緣的零散井增壓后的天然氣進(jìn)入管線末端天然氣處理廠進(jìn)行天然氣脫硫、脫水、脫烴等處理，最終實(shí)現(xiàn)零散井天然氣回收的過(guò)程。

2.3 抗硫壓縮機(jī)技術(shù)成熟

隨著壓縮機(jī)的技術(shù)越來(lái)越成熟，抗硫壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)和材質(zhì)方面逐漸滿足處理含硫天然氣的要求，采用抗硫壓縮機(jī)進(jìn)行放空天然氣處理?xiàng)l件成熟。

3 抗硫壓縮機(jī)在零散井放空氣回收的應(yīng)用

3.1 采用抗硫壓縮機(jī)對(duì)零散井放空氣進(jìn)行回收

零散井含硫放空天然氣，按照前期回收站設(shè)計(jì)，如果要對(duì)含硫氣進(jìn)行回收，則需要對(duì)天然氣進(jìn)行脫硫處理，才能進(jìn)行后續(xù)回收工藝。天然氣進(jìn)行脫硫處理面臨的是脫硫劑消耗大，脫硫成本高的問(wèn)題。隨著科技的進(jìn)步，抗硫壓縮機(jī)的技術(shù)越來(lái)越成熟，以及塔三聯(lián)的投產(chǎn)，含硫管線的建立，對(duì)含硫氣進(jìn)行增壓直接進(jìn)入系統(tǒng)管網(wǎng)的條件成熟。放空天然氣回收逐漸采用新工藝，部分井站不再進(jìn)行天然氣脫硫，采用抗硫壓縮機(jī)直接增壓進(jìn)入系統(tǒng)管網(wǎng)。新工藝的采用減少了脫硫劑的消耗，降低了天然氣回收的成本，提高了天然氣的收益率。

對(duì)零散井放空天然氣進(jìn)行回收，需要進(jìn)行脫硫處理工藝單元替換為抗硫壓縮機(jī)工藝，利用抗硫壓縮機(jī)對(duì)含硫天然氣進(jìn)行增壓進(jìn)入系統(tǒng)管網(wǎng)。項(xiàng)目開(kāi)展包括設(shè)計(jì)院進(jìn)行前期設(shè)計(jì)，抗硫壓縮機(jī)選型及設(shè)備采購(gòu)，項(xiàng)目組織實(shí)施三個(gè)階段。

3.1.1 抗硫壓縮機(jī)進(jìn)行放空天然氣回收設(shè)計(jì)

按照設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)，對(duì)含硫井的放空氣進(jìn)行這樣設(shè)計(jì)，把原有的脫硫單元及其輔助設(shè)施，利用抗硫壓縮機(jī)進(jìn)行替換，對(duì)場(chǎng)站的原有不抗硫管線采用抗硫材質(zhì)管線（L245NCS），對(duì)場(chǎng)站進(jìn)行安裝硫化氫監(jiān)控設(shè)備，對(duì)場(chǎng)站硫化氫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.1.2 抗硫壓縮機(jī)的選型

按照設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)以及零散井的氣量、硫化氫含硫、氣體組分等條件進(jìn)行壓縮機(jī)的選型，要求壓縮機(jī)的處理量能夠滿足零散井的處理要求；壓縮機(jī)抗硫條件滿足≤50 000×10-6；壓縮機(jī)的排氣壓力大于管網(wǎng)壓力，一般設(shè)計(jì)要求排氣壓力為16MPa。

3.1.3 抗硫壓縮機(jī)的安裝使用

抗硫壓縮機(jī)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，安排專業(yè)人員進(jìn)行安裝施工，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和安裝要求進(jìn)行施工安裝，檢驗(yàn)合格后進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。調(diào)試運(yùn)行按照操作流程一步步進(jìn)行，保證抗硫壓縮機(jī)的安全投運(yùn)。

3.2 抗硫壓縮機(jī)進(jìn)行零散井放空氣運(yùn)行安全

（1）做好硫化氫的監(jiān)控，在硫化氫容易聚集處安裝硫化氫檢測(cè)儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)硫化氫泄漏。

（2）操作管理。嚴(yán)格操作流程，規(guī)范操作人員行為，對(duì)確保抗硫壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命至關(guān)重要。

（3）掌握影響硫化氫的腐蝕因素，采用相應(yīng)的措施確?？沽驂嚎s機(jī)安全運(yùn)行。

①pH 的影響

含硫天然氣中，隨著pH 的降低，其對(duì)鋼材的腐蝕性加劇，材料對(duì)硫化氫腐蝕應(yīng)力開(kāi)裂的敏感性增強(qiáng)，特別是pH 小于6時(shí)，材料對(duì)硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂特別敏感。

②溫度的影響

當(dāng)溫度高于室溫時(shí)，隨著溫度的升高，材料對(duì)硫化氫應(yīng)力腐蝕的敏感性降低，在室溫左右，材料的硫化氫應(yīng)力腐蝕最為嚴(yán)重。

③壓力的影響

壓力增高，硫化氫的分壓增加，在溶液中的溶解度增大，同時(shí)，氫向金屬內(nèi)部擴(kuò)散速度也增大，促進(jìn)鋼材的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

④濃度的影響

硫化氫濃度越高，材料至開(kāi)裂的時(shí)間越短，反之，硫化氫濃度越低，材料至開(kāi)裂的時(shí)間越長(zhǎng)。

⑤液態(tài)烴

在烴-水相和氣-液相界面，硫化氫對(duì)鋼材產(chǎn)生嚴(yán)重的局部腐蝕。

根據(jù)以上所述，在壓縮機(jī)使用中，控制影響硫化氫腐蝕的因素，采取相應(yīng)的措施，能更有效地保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

4 抗硫壓縮機(jī)在零散井放空氣回收的優(yōu)勢(shì)

4.1 流程簡(jiǎn)單

抗硫壓縮機(jī)進(jìn)行零散井天然氣回收，工藝流程十分簡(jiǎn)單，單井天然氣經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的預(yù)處理分離后，進(jìn)入壓縮機(jī)增壓然后進(jìn)入系統(tǒng)管網(wǎng)。

4.2 投產(chǎn)成本低

由于采用抗硫壓縮機(jī)進(jìn)行零散井放空天然氣回收流程簡(jiǎn)單，需要配備的輔助設(shè)備少，故投資成本相對(duì)較少，建設(shè)一座3×104m3/d 的處理站，設(shè)備投資及建站施工預(yù)計(jì)約為350萬(wàn)元，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)天然氣回收工藝投資建站成本。

4.3 運(yùn)行成本低

采用抗硫壓縮機(jī)進(jìn)行含硫井天然氣回收，不需要進(jìn)行脫硫處理，脫硫成本降低；同時(shí)輔助設(shè)備減少，流程簡(jiǎn)化，運(yùn)行人員減少，可以降低人員成本。

5 抗硫壓縮機(jī)出現(xiàn)的故障分析及處理

5.1 管線振動(dòng)問(wèn)題

壓縮機(jī)與管線連接處，由于管線較長(zhǎng)，管卡間隔大，部分管線出現(xiàn)振動(dòng)，采取增加管卡，固定支撐等措施，解決了管線振動(dòng)問(wèn)題。

5.2 氣閥彈簧、閥片損壞問(wèn)題

壓縮機(jī)能否更合理、更高效、更經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，很大程度上取決于氣閥的結(jié)構(gòu)和性能。緣于此，氣閥也被稱為壓縮機(jī)的心臟。前期抗硫壓縮機(jī)試運(yùn)行中，氣閥閥片損壞，彈簧斷裂，經(jīng)過(guò)對(duì)其材質(zhì)進(jìn)行化學(xué)成分分析，金屬性能分析，強(qiáng)度分析，發(fā)現(xiàn)氣閥閥片、彈簧的材質(zhì)，滿足不了抗硫要求。經(jīng)過(guò)廠家的攻關(guān)，設(shè)計(jì)制造了適應(yīng)高含硫天然氣的氣閥。

5.3 氣缸磨損問(wèn)題

在抗硫壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，多次發(fā)現(xiàn)三級(jí)氣缸出現(xiàn)磨損，經(jīng)過(guò)運(yùn)行人員、維護(hù)人員、廠家人員的分析討論，認(rèn)為可能是氣缸進(jìn)入液體、雜質(zhì)所致。廠家安排焊工進(jìn)行管線改造，在壓縮機(jī)三級(jí)氣缸進(jìn)行管線加裝過(guò)濾器，對(duì)可能存在的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾。改造后，抗硫壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，氣缸出現(xiàn)故障的頻率降低。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)抗硫壓縮機(jī)進(jìn)行零散井放空氣回收的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)和分析，介紹了抗硫壓縮機(jī)在放空氣回收過(guò)程的存在的問(wèn)題、存在的優(yōu)勢(shì)、需要的條件。為下一步對(duì)含硫放空天然氣的回收提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1）抗硫壓縮機(jī)在邊緣零散井天然氣回收中完全是可行的。

2）抗硫壓縮機(jī)在邊緣零散井回收過(guò)程中比傳統(tǒng)的采用干法脫硫在經(jīng)濟(jì)上存在明顯的優(yōu)勢(shì)。

3）采用抗硫壓縮機(jī)進(jìn)行零散井天然氣回收，由于沒(méi)有進(jìn)行脫硫處理安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)增加，在進(jìn)行場(chǎng)站布局和安全監(jiān)控方面一定要反復(fù)論證，全面考慮，確保場(chǎng)站安全平穩(wěn)運(yùn)行。