天然氣加工廠脫硫脫氮塔器設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)措施

宋亮(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)國(guó)際工程有限公司，北京 100000)

0 引言

天然氣總量相對(duì)短缺會(huì)成為嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的一大社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)因素。天然氣脫硫脫氮設(shè)備運(yùn)行作為全國(guó)清潔型天然氣技術(shù)開(kāi)發(fā)示范應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)階段的第一個(gè)最重要關(guān)節(jié)點(diǎn)，其生產(chǎn)運(yùn)行保障及高效、安全正常運(yùn)行要求的相關(guān)條件，將是平臺(tái)成功確保完成了實(shí)現(xiàn)國(guó)家天然氣產(chǎn)業(yè)運(yùn)行安全生產(chǎn)保障體系的重要關(guān)鍵前提，也是實(shí)現(xiàn)全國(guó)綠色經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略示范建設(shè)階段總體目標(biāo)，并確保長(zhǎng)期持續(xù)和順利高效運(yùn)轉(zhuǎn)的根本條件。

1 脫硫脫氮塔器設(shè)備工作原理

經(jīng)脫硫煙氣除塵分離系統(tǒng)脫硫后排外放逸的高濃度二氧化硫煙氣，將在引風(fēng)機(jī)葉片的抽吸動(dòng)力作用及控制條件下，直接排放進(jìn)入煙氣脫硝脫硫一體塔。煙氣自塔器的下噴口開(kāi)始向上或垂直向上行走，吸收的液滴自塔器頂上風(fēng)口開(kāi)始向下或垂直向下與濃二氧化硫的煙氣相互逆行。液滴彼此之間將在二氧化硫煙氣高壓氣流及噴霧控制條件影響下相互形成的一個(gè)相對(duì)比表面積會(huì)比較大的濃霧狀，氣液間可形成完全的垂直接觸。在設(shè)備底部的煙氣脫硫塔的煙氣脫硫吸收反應(yīng)區(qū)，液體混合物煙氣中存在大量的酸性偏亞堿性物質(zhì)會(huì)直接與煙氣的二氧化硫混合物發(fā)生脫硫吸收的反應(yīng)，最終燃燒生成亞硫酸鈣料漿，塔體下部的料漿送至石膏處理系統(tǒng)。在塔器脫硝吸收區(qū)，氮氧化物在催化還原劑作用下，分解為氮?dú)夂退蜃優(yōu)橄跛猁}[1]。

1.1 化學(xué)脫硫法

化學(xué)脫硫法中主要的也是可以再粗略點(diǎn)分為濕法脫硫工藝和半干法脫硫工藝技術(shù)等的兩大類(lèi)工藝技術(shù)。干法脫硫的化學(xué)脫硫技術(shù)工藝效率普遍較高，脫硫劑一般也都是不能被回收或者再生，適用于較低中品位的含硫有機(jī)氣體處理。

目前在國(guó)外，在工業(yè)和生產(chǎn)實(shí)際上的濕法脫硫的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已相對(duì)較少。濕法脫硫主要工藝溶液污染物中的化學(xué)還原與吸收反應(yīng)技術(shù)方法和生物氧化的再生及利用的方法，通常一般又被分為煙氣化學(xué)吸收法、脫硫設(shè)備和廢氣生物氧化還原法、脫硫裝置三種技術(shù)工藝類(lèi)型。濕法煙氣吸附脫硫的設(shè)備處理量比較大，操作時(shí)間比較靈活連續(xù)，適用安裝作業(yè)于石油天然氣處理量和濃度較大、硫化氫含量明顯偏于高的各種工作場(chǎng)合。

1.2 濕法脫硫技術(shù)

濕法脫硫工藝是先通過(guò)實(shí)現(xiàn)氣-液兩相充分接觸，將脫硫氣體液中游離的雜質(zhì)轉(zhuǎn)移到氣液相，從而可得到脫硫氣體質(zhì)的高效凈化，然后再對(duì)原脫硫液體進(jìn)行過(guò)濾再生，循環(huán)使用。其中較常用到的濕法脫硫工藝有催化還原氧化還原法脫硫和醇胺法脫硫等兩種，其中現(xiàn)在世界上應(yīng)用范圍最比較廣泛的工藝是醇胺法脫硫。

1.3 深冷脫氮工藝

深冷脫氮工藝一般是首先將常溫下具有一定工作壓力條件的液化天然氣經(jīng)壓縮機(jī)多次的節(jié)流及降溫工作后達(dá)到部分的液化過(guò)程或氮?dú)馊勘灰夯偻ㄟ^(guò)根據(jù)液化氮?dú)鈿渑c液態(tài)甲烷氫氣的氣體相對(duì)于揮發(fā)度之不同，用水蒸氣精餾脫水的物理方法進(jìn)行脫除液化氮?dú)狻?/p>

從原料氣性質(zhì)、脫氮目的要求及工藝設(shè)備費(fèi)用水平等各因素上綜合分析考慮，深冷法脫氮塔可進(jìn)一步分為單座塔、雙塔流和三塔流程。單塔流程技術(shù)簡(jiǎn)單、一次性運(yùn)行投資極低，但其分離過(guò)程效率低、操作時(shí)間彈性也差，一般也很少大規(guī)模采用；而三塔分離流程也僅被用于分離原料氣質(zhì)中碳重?zé)N含量很高的或氮?dú)夂科偷姆蛛x場(chǎng)合，目前國(guó)內(nèi)外普遍所采用到的多是雙塔分離流程[2]。

2 脫硫脫氮塔器設(shè)備常見(jiàn)故障分析

當(dāng)前，國(guó)家對(duì)能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略進(jìn)行重大整體性優(yōu)化調(diào)整，天然氣需求在全體居民一次能源總消費(fèi)支出總量中所占據(jù)的份額比重持續(xù)而快速穩(wěn)定的增長(zhǎng)提升，最終有望完全徹底取代廣大居民傳統(tǒng)能源單一的消費(fèi)傳統(tǒng)模式。經(jīng)營(yíng)天然氣終端供應(yīng)以及生產(chǎn)、銷(xiāo)售的企業(yè)，自身面對(duì)持續(xù)提升的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)與管理巨大壓力。如何做好天然氣脫硫脫氮設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，確保天然氣設(shè)備安全生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，是擺在每個(gè)天然氣工作人員面前的一個(gè)大問(wèn)題。

2.1 脫硫器設(shè)備常見(jiàn)故障分析

在對(duì)廢天然氣進(jìn)行濕法脫硫和處理廢氣的整個(gè)過(guò)程中，如果工藝處理效果得當(dāng)，還會(huì)直接得到大量高附加值的化工類(lèi)產(chǎn)品，進(jìn)而將給各處理企業(yè)單位帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)利益。目前，我國(guó)高等院校相關(guān)工程領(lǐng)域方面的許多研究人員，盡管已經(jīng)著手對(duì)煙氣脫硫控制過(guò)程機(jī)理進(jìn)行大量系統(tǒng)的調(diào)查研究，也確實(shí)對(duì)實(shí)際的脫硫工作過(guò)程的某些相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了一定范圍的改進(jìn)優(yōu)化，但是在進(jìn)行實(shí)際煙氣連續(xù)脫硫操作的生產(chǎn)過(guò)程中，仍然可能存在生產(chǎn)效率低、脫硫處理效果偏差嚴(yán)重以及連續(xù)脫硫生產(chǎn)設(shè)備不協(xié)調(diào)、系統(tǒng)不穩(wěn)定等一系列技術(shù)問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)各種煙氣脫硫設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行深入地研究分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)具有脫硫設(shè)備處理工藝的單位，在對(duì)實(shí)際中進(jìn)行煙氣脫硫的工作過(guò)程中，通常也都是采用直接的采用煙氣吸收-煙氣再生的脫硫模擬方法。同時(shí)通常還會(huì)直接選擇采用MDEA作為工作煙氣中的吸收劑。一般來(lái)說(shuō)，MDEA屬于是一種較容易吸附產(chǎn)生發(fā)泡物狀的懸浮粉狀物質(zhì)，在進(jìn)行煙氣脫硫設(shè)備凈化處理的脫硫工藝過(guò)程中，該種懸浮顆粒狀物質(zhì)又往往很容易吸收其他一些雜質(zhì)物，因而使吸附劑被污染，進(jìn)而可能使廢水中的該種懸浮塊狀物質(zhì)的總固黏度被升高，使得大大降低其脫硫或者除塵的工作效率。

另一方面，在進(jìn)行煙氣脫硫處理等后續(xù)天然氣處理過(guò)程中的相關(guān)各個(gè)環(huán)節(jié)中，如果在處理天然氣泡沫后實(shí)際產(chǎn)生釋放出天然氣泡沫顆粒分布相對(duì)較為均勻及穩(wěn)定，此時(shí)由MDEA實(shí)際產(chǎn)生的吸附的效果可能就也將因此大大降低，進(jìn)而有可能使后續(xù)處理天然氣過(guò)程中實(shí)際得到的天然氣泡沫顆粒仍然含有大量的有機(jī)硫化物，即天然氣泡沫的氣質(zhì)化學(xué)指標(biāo)達(dá)不到煙氣脫硫排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定的要求。由于脫硫除塵設(shè)備及各種其他脫硫凈化工藝相關(guān)的其他除塵設(shè)備之間往往相互有交叉與連接，受到外界環(huán)境與負(fù)荷的影響，脫硫和除塵器設(shè)備在工作期間往往會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的運(yùn)行不安全、不穩(wěn)定的運(yùn)行問(wèn)題[3]。

2.2 現(xiàn)存的問(wèn)題分析

(1)產(chǎn)品用途單一，專業(yè)方向局限和缺乏資源，導(dǎo)致在其應(yīng)用領(lǐng)域的研究受限。

(2)由于該生產(chǎn)裝置最主要的原料天然氣中，氦的含量明顯過(guò)低，導(dǎo)致該單位產(chǎn)品的制造設(shè)備成本普遍很高，因而目前越來(lái)越難以成功實(shí)現(xiàn)與其他國(guó)際氦礦的生產(chǎn)及技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。加之氣田產(chǎn)能將逐年不斷的增加或遞減，造成對(duì)天然氣資源的利用處理開(kāi)發(fā)能力在持續(xù)且大幅限度地下降，將使目前我國(guó)利用天然氣來(lái)提漲收購(gòu)氦價(jià)的石油資源經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步的惡化。

(3)目前，裝置安全運(yùn)行系統(tǒng)工況環(huán)境波動(dòng)影響大、變化頻率多，給保障裝置持續(xù)安全健康平穩(wěn)地運(yùn)行生產(chǎn)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

3 脫硫脫氮塔器設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)措施

3.1 脫硫脫氮塔器設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)措施

3.1.1 加快超重力脫硫技術(shù)的研究

重力脫硫術(shù)屬于當(dāng)前一種較為成熟、先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)，該種先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的普及應(yīng)用，可以進(jìn)一步使得煙氣脫硫凈化效率指標(biāo)和環(huán)境保護(hù)效果得到一定程度上的有效提升。該種新技術(shù)利用的主要脫硫原理，主要依靠重力設(shè)備本身產(chǎn)生的一種超重吸力作用，進(jìn)而會(huì)使得脫硫氣體組分中形成的各種氣體分子都可以獲得快速均勻的壓力擴(kuò)散，進(jìn)而能夠使得氣體分子之間迅速產(chǎn)生分離。一般條件的情況下，受大氣超重力環(huán)境的共同影響，分子間的氣體擴(kuò)散速度應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)地大于在一般的重力場(chǎng)影響下的分子之間氣體擴(kuò)散的速度，也就是說(shuō)完全可以使石油天然氣產(chǎn)品與被脫硫氣體物質(zhì)組分之間的有效接觸面積得到大大增加，進(jìn)而會(huì)使得各種脫硫產(chǎn)品效果性能都將得到了一定的程度上的改善。目前，我國(guó)企業(yè)在運(yùn)用該系統(tǒng)方面應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)并不成熟，部分是因?yàn)橛捎诿摿蛟O(shè)備本身的尺寸要求十分精確，較容易使脫硫試劑回路產(chǎn)生電流短路問(wèn)題，進(jìn)而達(dá)不到所要求的預(yù)期效果。

3.1.2 重視加強(qiáng)對(duì)生物脫硫技術(shù)

生物脫硫法屬于另外一項(xiàng)目前較為經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全的氣體脫硫處理技術(shù)，在企業(yè)使用該種凈化技術(shù)治理煙氣過(guò)程中，可不需要去購(gòu)買(mǎi)那些價(jià)格較高的化學(xué)吸附試劑。該種治理技術(shù)原理主要是通過(guò)依靠微生物本身的一些生命活動(dòng)去除天然氣管道中存在的有毒硫化物。相對(duì)應(yīng)用于企業(yè)其他環(huán)保技術(shù)項(xiàng)目而言，該種節(jié)能技術(shù)方案還不完善，但卻可以在短期內(nèi)使進(jìn)行脫硫和處理項(xiàng)目的工業(yè)能耗大大降低，提高整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)利益，而且在進(jìn)行脫硫工藝過(guò)程的中并不會(huì)同時(shí)產(chǎn)生大量對(duì)生產(chǎn)環(huán)境也有明顯污染效應(yīng)的有害物質(zhì)，該種環(huán)保技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。

3.2 脫氮的一些建議

(1)立足專業(yè)技術(shù)，拓展新應(yīng)用領(lǐng)域。目前，公司主導(dǎo)產(chǎn)品尚未能涉及乙烷烴回收、天然氣的脫氨氮處理和液態(tài)氦燃料的低溫液化。未來(lái)可隨著石油天然氣新開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的實(shí)際需要，繼續(xù)擴(kuò)展低溫深冷處理技術(shù)的業(yè)務(wù)涉及范圍，將上述多方技術(shù)向更多產(chǎn)品領(lǐng)域集中，發(fā)揮自身專業(yè)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在一定的程度上可避免由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一帶來(lái)的可能制約主業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展能力的問(wèn)題。

(2)繼續(xù)走液化天然氣聯(lián)產(chǎn)綜合氣化提氦產(chǎn)業(yè)化的道路，提高用低純含硫氦天然氣聯(lián)合提氦系統(tǒng)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)性?？赏瑫r(shí)考慮開(kāi)發(fā)建設(shè)液化天然氣聯(lián)產(chǎn)脫硫氮聯(lián)合提氦、天然氣聯(lián)合提氦聯(lián)產(chǎn)輕烴或液化LNG聯(lián)產(chǎn)一體化的裝置，達(dá)到降低系統(tǒng)單位產(chǎn)品能耗指標(biāo)和進(jìn)一步增加天然氣產(chǎn)品產(chǎn)量，積極引進(jìn)探索研究新產(chǎn)品的液化天然氣聯(lián)產(chǎn)提氦工藝。

(3)將設(shè)備操作和運(yùn)行條件優(yōu)化試驗(yàn)與常規(guī)技術(shù)裝置改造相結(jié)合，努力解決好現(xiàn)有工藝裝置面臨的熱處理量大幅線性下降趨勢(shì)，以及設(shè)備工況適應(yīng)性較差等實(shí)際客觀問(wèn)題；可通過(guò)以工藝參數(shù)模擬數(shù)值計(jì)算等為試驗(yàn)手段，調(diào)整裝置運(yùn)行中的工藝參數(shù)以及工藝設(shè)備的尺寸變化趨勢(shì)，有效提高現(xiàn)有裝置工況的設(shè)計(jì)適應(yīng)性[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，天然氣加工廠設(shè)備的運(yùn)行安全，是天然氣戰(zhàn)略實(shí)施的基礎(chǔ)，同時(shí)也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)得以快速發(fā)展的根基。關(guān)注天然氣加工廠的設(shè)備維護(hù)和安全運(yùn)營(yíng)管理，具有十分重要的意義。通過(guò)一系列的解決措施，將有效提升天然氣加工廠的設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)能力。