天然氣脫硫裝置開停產(chǎn)的優(yōu)化措施

岳云喆，林萬洲，胡明，羅永輝，潘向東

(中國石油西南油氣田川東北作業(yè)分公司，四川 達(dá)州 636164)

0 引言

天然氣凈化是含硫天然氣從開采到用戶之間必不可少的重要環(huán)節(jié)，其具有高溫高壓、易燃易爆和有毒有害等特點，天然氣凈化裝置按計劃實施檢修是確保裝置保持長周期安全平穩(wěn)運行的重要措施之一，裝置檢修一般具有時間緊、任務(wù)重，各項工作環(huán)環(huán)相扣等特點[1]。鑒于目前各凈化裝置采用的硫磺回收工藝(包括尾氣處理工藝)不盡相同，其具體的開停產(chǎn)程序差異很大，因此本文不闡述該部分內(nèi)容。

1 工藝流程簡介

目前國內(nèi)天然氣凈化脫硫裝置主要采用溶劑法脫硫，其工藝大體一致，主要區(qū)別在于脫硫溶劑選型、再生重沸器結(jié)構(gòu)以及溶液過濾方式等方面，其中脫硫溶劑分為單純的甲基二乙醇胺水溶液以及復(fù)合溶液(如薩菲諾+甲基二乙醇胺水溶液、空間位阻胺+甲基二乙醇胺水溶液等)[2-3]；重沸器主要有熱虹吸式、釜式兩種型式[4]；溶液過濾則分為側(cè)重于富液過濾或貧液過濾，同時部分裝置還設(shè)置有溶液在線復(fù)活設(shè)施。

2 停產(chǎn)環(huán)節(jié)

停產(chǎn)環(huán)節(jié)大體步驟：熱循環(huán)、冷循環(huán)、溶液回收、水洗(除鹽水水洗、工業(yè)水水洗)、蒸汽吹掃、氮氣置換、工廠風(fēng)吹掃。

2.1 熱循環(huán)

熱循環(huán)的目的是將富液中H2S、CO2再生解析，以便后續(xù)溶液回收及儲存的安全，其終點指標(biāo)一般為富液中H2S含量低于0.3 g/L，或與貧液中H2S含量接近。

現(xiàn)行常規(guī)操作：溶液熱循環(huán)期間，一般采取將原料氣分離段至脫硫吸收塔流程進(jìn)行隔離，同時將該段原料氣進(jìn)行放空，以避免原料氣持續(xù)正向流動進(jìn)入脫硫吸收塔，導(dǎo)致富液質(zhì)量長時間再生不合格，影響停產(chǎn)進(jìn)度(筆者之前就職的凈化廠就曾出現(xiàn)過該問題，導(dǎo)致停產(chǎn)進(jìn)度受影響)；另外，還可倒通返輸燃料氣流程，從脫水裝置進(jìn)凈化天然氣逆向?qū)γ摿蜓b置進(jìn)行置換，此舉一方面可避免原料氣正向流動問題，另一方面也可對管線內(nèi)原料氣進(jìn)行置換，為后續(xù)置換、吹掃節(jié)約時間。但上述兩種方式，一定程度上存在天然氣浪費和環(huán)境污染問題。

另外，在蒸汽量充足情況下，也可適當(dāng)提高循環(huán)量，以此加快熱循環(huán)進(jìn)度。

注意事項：在熱循環(huán)期間，需將所有貧富液流程導(dǎo)入?yún)⑴c循環(huán)，避免出現(xiàn)死角，進(jìn)而影響后續(xù)停產(chǎn)操作及檢修。另外，在熱循環(huán)結(jié)束后將酸水導(dǎo)入酸水汽提裝置處理。

優(yōu)化建議：從原料氣進(jìn)口管線源頭處注入高壓氮氣，將原料氣快速置換至脫硫吸收塔內(nèi)吸收，以此減少含硫原料氣放空對環(huán)境的污染；同時，也可對管線內(nèi)原料氣進(jìn)行置換。

2.2 冷循環(huán)

冷循環(huán)的目的是將再生合格的溶液降低至較低溫度，以便后續(xù)溶液回收過程操作的安全，其終點指標(biāo)一般為再生塔貧液出口溫度達(dá)到50 ℃以下。

現(xiàn)行常規(guī)操作：熱循環(huán)結(jié)束后，立即停運重沸器蒸汽，啟運所有冷換設(shè)備，加快溶液降溫冷卻。

注意事項：在冷循環(huán)前，若原料氣管線段至脫硫吸收塔未進(jìn)行泄壓或置換，需切斷此流程，避免含硫介質(zhì)在冷循環(huán)期間進(jìn)入脫硫段，污染再生合格溶液。

2.3 溶液回收

溶液回收顧名思義是對溶液進(jìn)行回收，以備復(fù)產(chǎn)時重復(fù)使用。

現(xiàn)行常規(guī)操作：冷循環(huán)結(jié)束后，通過貧液水冷器后出口至溶液儲罐流程將系統(tǒng)內(nèi)大部分溶液進(jìn)行回收，在此期間，盡可能將脫硫吸收塔、閃蒸罐內(nèi)溶液向再生塔內(nèi)壓送(若裝置無此流程，則利用各塔罐設(shè)備及各回收點按高、中、低壓依次開展回收)。待系統(tǒng)各點液位較低時，則利用系統(tǒng)各溶液回收點將溶液回收至低位罐。期間，按照高、中、低壓順序依次進(jìn)行回收，再通過補充泵泵入溶液儲罐。

注意事項：(1)溶液回收時，嚴(yán)格按照高、中、低壓順序進(jìn)行，避免發(fā)生竄壓；另外需反復(fù)多次進(jìn)行溶液回收操作，盡可能提高回收率。(2)溶液回收完成后，需做好氮氣保護(hù)工作。

優(yōu)化建議：新建裝置，在設(shè)計時需充分考慮后續(xù)的可操作性。(1)每處低點位置需設(shè)計固定溶液回收管線及現(xiàn)場排污管線；(2)溶液回收總管至儲罐的連通管線，以便可直接將溶液回收至溶液儲罐。

2.4 水洗(除鹽水水洗、工業(yè)水水洗)

水洗分為除鹽水水洗、工業(yè)水水洗。除鹽水水洗是為進(jìn)一步回收系統(tǒng)內(nèi)溶液，減少溶液損失，以及降低對環(huán)境的污染。工業(yè)水水洗則是在除鹽水水洗基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對系統(tǒng)進(jìn)行清洗，降低系統(tǒng)內(nèi)污物殘留量。

現(xiàn)行常規(guī)操作：除鹽水水洗時，按正常溶液循環(huán)操作進(jìn)行，盡可能降低系統(tǒng)擾動，減少稀溶液中固體雜質(zhì)攜帶量，隨后按溶液回收步驟進(jìn)行。

工業(yè)水水洗循環(huán)時，則需小量多次調(diào)整循環(huán)量，加大系統(tǒng)擾動，同時在水洗循環(huán)期間，開啟各點排污閥進(jìn)行沖擊式排污，待各點液位較低后，停止循環(huán)，隨后采取大劑量排放，以此盡可能將系統(tǒng)內(nèi)污物帶出。

注意事項：排污時可根據(jù)裝置設(shè)計特點，盡可能將水壓送至排污速度較快點。另外，針對多套裝置共同使用排污管網(wǎng)，在排污時需重點關(guān)注運行列排污井或排污漏斗處情況。

優(yōu)化建議：(1)新建裝置，在設(shè)計時需充分考慮儲罐數(shù)量，以便后續(xù)回收稀溶液，一方面降低因回收不徹底造成的溶液浪費，另一方面降低污水處理負(fù)荷。(2)工業(yè)水水洗環(huán)節(jié)，可向系統(tǒng)內(nèi)加入脫硫劑等化學(xué)試劑，以便降低系統(tǒng)內(nèi)H2S含量。(3)若后續(xù)裝置不考慮采用蒸汽吹掃環(huán)節(jié)，可考慮在水洗時啟運重沸器，對系統(tǒng)進(jìn)行熱水水洗。

2.5 氮氣置換

氮氣置換的目的是將系統(tǒng)內(nèi)H2S置換，確保后續(xù)檢修施工安全。

現(xiàn)行常規(guī)操作：水洗結(jié)束后，中低壓段可隨即進(jìn)氮氣進(jìn)行置換以及開展排污，而高壓段則需先將系統(tǒng)泄壓至低于氮氣壓力后，再向系統(tǒng)加入氮氣進(jìn)行置換及開展排污；另外，針對一些盲端，則需進(jìn)行容積式置換。在置換期間，需將置換氣導(dǎo)入火炬。

注意事項：若置換點需現(xiàn)場排放則需對排放點用警戒帶隔離并警示標(biāo)示，同時關(guān)鍵放空檢測部位也需專人監(jiān)護(hù)。

優(yōu)化建議：若裝置有足夠的高壓氮氣，可采取在系統(tǒng)水洗時，向高壓段注入氮氣進(jìn)行循環(huán)。另外，也可將氮氣置換與水洗步驟先后順序進(jìn)行優(yōu)化，以此盡可能降低風(fēng)險。

2.6 蒸汽吹掃

據(jù)筆者了解，含硫裝置即便在氮氣置換合格情況下，在后續(xù)人工清洗、檢修環(huán)節(jié)，也存在H2S逸出案例。高含硫裝置，相對于其他中低含硫裝置而言，系統(tǒng)吹掃難度更大、耗時更長。蒸汽吹掃的目的是徹底去除系統(tǒng)內(nèi)H2S，確保后續(xù)檢修施工安全。

現(xiàn)行常規(guī)操作：在進(jìn)行蒸汽吹掃時，先行對設(shè)備進(jìn)行充分暖管，完成后，及時加大蒸汽吹掃量。在蒸汽吹掃初期，系統(tǒng)內(nèi)H2S會隨蒸汽一并逸出，因此需密閉處理逸出氣體，即氣相進(jìn)入放空系統(tǒng)，液相則回收至低位罐。

注意事項：在蒸汽吹掃前，需將不耐高溫的設(shè)備儀表進(jìn)行隔離，同時在操作過程中，需確保設(shè)備內(nèi)不帶壓，以此降低蒸汽溫度帶來的設(shè)備損壞風(fēng)險。另外，需加強各低點排凝，緩慢開啟、關(guān)閉閥門，防止水錘[5]。同時在蒸汽吹掃結(jié)束后，進(jìn)行自然降溫，另外氮氣臨時管線引氮氣做好防護(hù)準(zhǔn)備。

優(yōu)化建議：新建裝置在設(shè)計時應(yīng)充分考慮設(shè)備儀表選型，選用可耐高溫材質(zhì)，以便能拉通對整個系統(tǒng)進(jìn)行蒸汽吹掃，進(jìn)一步降低系統(tǒng)中H2S含量。

2.7 工廠風(fēng)吹掃

工廠風(fēng)吹掃的目的是確保裝置設(shè)備管線內(nèi)氧氣含量達(dá)到人員進(jìn)入條件。

現(xiàn)行常規(guī)操作：工廠風(fēng)吹掃可大致按照氮氣置換流程進(jìn)行，但是需要主要的是，工廠風(fēng)吹掃不進(jìn)入放空系統(tǒng)，以此避免因FeS自燃造成不可控的后果。同時，在吹掃時嚴(yán)格控制系統(tǒng)不帶壓。

注意事項：由于脫硫系統(tǒng)較多的FeS，與空氣中的氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放出大量的熱，形成連鎖反應(yīng)，易發(fā)生FeS自燃[6]。因此在進(jìn)行工廠風(fēng)吹掃時，需密切關(guān)注各點溫度，特別是原料氣管線段。另外，在吹掃前建議將各點濾芯濾袋取出。

3 開產(chǎn)環(huán)節(jié)

開產(chǎn)環(huán)節(jié)大體步驟：氮氣置換、系統(tǒng)檢漏、水洗(工業(yè)水水洗、除鹽水水洗)、系統(tǒng)進(jìn)溶液、冷循環(huán)、熱循環(huán)。

3.1 氮氣置換

氮氣置換的目的是將系統(tǒng)內(nèi)氧氣置換，確保后續(xù)可燃性氣體進(jìn)入的安全。

現(xiàn)行常規(guī)操作：開產(chǎn)環(huán)節(jié)的氮氣置換流程與停產(chǎn)環(huán)節(jié)氮氣置換流程大致相同；另外，針對部分管段無法按流程置換區(qū)域，可采取容積式置換方式。

3.2 系統(tǒng)檢漏

系統(tǒng)檢漏是開產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要步驟，其目的是確保后續(xù)裝置進(jìn)料(有毒有害、可燃性介質(zhì))安全無泄漏。

現(xiàn)行常規(guī)操作：目前中低含硫裝置一般采用凈化天然氣、原料天然氣相結(jié)合方式對系統(tǒng)進(jìn)行檢漏；部分高含硫裝置則使用高壓氮氣進(jìn)行檢漏；另外一些裝置則采用氦氮混合氣對系統(tǒng)進(jìn)行檢漏—其中先行用氮氣進(jìn)行中低壓初檢，隨后再加入氦氣進(jìn)行精檢，同時輔以法蘭管理(根據(jù)壓力等級調(diào)整螺栓扭矩)。從實際情況來看，采取氦氮檢漏(使用氦質(zhì)譜檢測儀進(jìn)行檢漏，即使最微小的泄漏也可得到確認(rèn)[7])輔以法蘭管理，在后期生產(chǎn)運行過程中，鮮有出現(xiàn)泄漏情況。

優(yōu)化建議：(1)在氮氣置換完成后，向系統(tǒng)進(jìn)部分水，將系統(tǒng)近似于正常生產(chǎn)狀態(tài)(液相與氣相區(qū)別開來)，以此降低系統(tǒng)檢漏難度。(2)中低含硫裝置建議采用高壓氮氣或氦氮檢漏方式，因若使用凈化天然氣、原料天然氣檢漏，在后續(xù)檢漏出現(xiàn)漏點，一方面存在較大安全風(fēng)險，另一方面若需打開盲板或短接等處理時也較為麻煩(需進(jìn)行泄壓、置換，方可安全作業(yè))。(3)重點關(guān)注低、高壓貧砜胺液泵的機封泄漏情況(包括內(nèi)漏和外漏)，該雙端面機封隔離液設(shè)置有低壓聯(lián)鎖保護(hù)，因此需在水洗或試運行時觀察機封底部、機封旋轉(zhuǎn)軸、沖洗系統(tǒng)有無泄漏，以及持續(xù)關(guān)注機封隔離液壓力的趨勢變化。

3.3 水洗(工業(yè)水水洗、除鹽水水洗)

水洗分為工業(yè)水水洗、除鹽水水洗。工業(yè)水水洗的目的是將檢修過程中帶入的污物去除。除鹽水水洗則是在工業(yè)水水洗基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對系統(tǒng)進(jìn)行清洗，降低系統(tǒng)內(nèi)污物殘留量。

現(xiàn)行常規(guī)操作：水洗循環(huán)時，需小量多次調(diào)整循環(huán)量，加大系統(tǒng)擾動，同時在水洗循環(huán)期間，開啟各點排污閥進(jìn)行排污，待各點液位較低后，停止循環(huán)，隨后采取大劑量排放，以此盡可能將系統(tǒng)內(nèi)污物帶出。

注意事項：排污時可根據(jù)裝置設(shè)計特點，盡可能將水壓送至排污速度較大點。

優(yōu)化建議：新建裝置，在設(shè)計時需充分考慮儲罐數(shù)量，以便提前制備除鹽水并儲存在罐中以備使用；另外，還需充分考慮工業(yè)水進(jìn)水點及進(jìn)水方式。

3.4 系統(tǒng)進(jìn)溶液、冷循環(huán)、熱循環(huán)

現(xiàn)行常規(guī)操作：通過循環(huán)泵直接將儲罐內(nèi)溶液向系統(tǒng)泵入，后續(xù)少量則通過補充泵進(jìn)行補充。待系統(tǒng)液位充足且高點排氣完成后，則啟泵循環(huán)，循環(huán)正常后，則向重沸器進(jìn)蒸汽開始熱循環(huán)。

注意事項：在通過循環(huán)泵直接進(jìn)液時，需密切關(guān)注儲罐情況(若是通過頂部呼吸閥或排氣管線與大氣導(dǎo)通則需確認(rèn)其工作正常，最保險方式則為打開罐頂部人孔)，避免出現(xiàn)抽吸過快或流程不暢，導(dǎo)致儲罐受損。

優(yōu)化建議：在進(jìn)行熱循環(huán)前，可將系統(tǒng)持液量控制在較低值，以便降低重沸器投運難度，以及減少凝結(jié)水浪費。

4 結(jié)語

天然氣脫硫裝置開停產(chǎn)是一項繁雜的過程，尤其是高含硫天然氣處理裝置，其開停產(chǎn)過程較日常正常生產(chǎn)所面臨的安全挑戰(zhàn)更大。因此，在此過程中各部門、各參與人員需嚴(yán)格按照開停產(chǎn)方案執(zhí)行并緊密配合，同時裝置開停產(chǎn)方案也需在實踐中進(jìn)一步核實驗證，以期積極踐行“按寫的做，按做的寫”標(biāo)準(zhǔn)，最大限度降低開停產(chǎn)環(huán)節(jié)作業(yè)風(fēng)險，確保天然氣裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行。