高含硫天然氣凈化裝置檢修污水控制優化

張鋼強（中國石化中原油田普光分公司天然氣凈化廠）

普光天然氣凈化廠以高含硫化氫（H2S體積分數14.14%）天然氣為原料[1]，凈化裝置的脫硫系統會產生大量的FeS，吸附在設備和管道上，一旦遇到空氣極易發生自燃[2-4]。此外，當設備停工吹掃時，積存在設備內的H2S、小分子硫醇、氨氮等有毒有害物質隨放空擴散到裝置現場及周圍環境中，造成檢修現場及周圍伴有惡臭，造成人身傷害和環境污染。因此，在檢修前應對設備與管道進行化學清洗，而化學清洗完成后還需進行一次水洗工序，以徹底清除系統內殘存的化學清洗劑。

聯合裝置因化學清洗、水洗產生大量的高濃度檢修污水，主要由化學清洗廢液和水洗廢液兩部分組成。化學清洗廢液由脫硫主系統、酸氣分離罐、急冷塔系統、酸水汽提系統、地下罐及高、低壓火炬收集罐等系統化學清洗后退液所產生，水洗廢液由上述系統在化學清洗結束后，加上脫水系統進行水洗時產生。

以普光氣田目前應用的污水處理工藝，雖可實現化學清洗液、水洗廢液的廠內處理，但是處理難度比較大，相關工藝仍在優化研究階段，消耗大量藥劑，處理周期較長，處理成本較高。這就要求分析污水來源，優化化學清洗及水洗工藝，減少檢修污水的總量。

1 檢修污水來源

1.1 化學清洗流程

清洗設備通過富胺液閃蒸罐（D-102）北側底部排污管線將清洗劑裝入D-102，再由D-102自壓入胺液再生塔（C-104），啟動C-104底部貧胺液泵（P-102），經過貧、富胺液換熱器（E-101A/F）、貧液空冷器（A-101A/H）和冷卻器（E-106A/B），然后分為三路：第一路由C-104底部P-102出口去D-102頂部閃蒸氣吸收塔（C-103），進入閃蒸罐；第二路由C-104底部P-102出口去尾氣吸收塔（C-402），經C-402底部半富胺液泵（P-402）返回一級主吸收塔（C-101）頂部；第三路到高壓貧胺液泵（P-101）入口，經P-101打入二級主吸收塔（C-102），然后啟動C-102底部中間胺液泵（P-106），經過冷卻器（E-105）打入C-101頂部，最后由C-101底部自壓入閃蒸罐，此時脫硫系統大循環建立完成。具體流程如圖1所示[5]。

1.2 化學清洗

凈化裝置檢修之前，為了有效避免硫化亞鐵及系統內惡臭物質造成人員傷害、設備腐蝕及環境污染，需要對系統進行以除臭、鈍化為目的的化學清洗。為了優化停工過程，縮短停工時間，減輕勞動強度，減少檢修污水排放量，普光凈化廠采用退液→水洗→除臭鈍化→水洗→蒸塔程序，將其中除臭、鈍化兩個過程合二為一，此過程主要產生高COD除臭、鈍化液[6]。

圖1 脫硫系統化學清洗流程

1.3 化學清洗后水洗

化學清洗后，需要對系統進行水洗，以除去惡臭、鈍化殘液。水洗廢液主要由脫硫主系統、酸氣分離罐、急冷塔系統、酸水汽提系統、地下罐及高、低壓火炬收集罐等系統在化學清洗結束后，加上脫水系統進行水洗時產生，這部分水洗液COD含量高，無法實現直接進入絮凝反應池生化處理。

2 控制措施優化

2.1 化學清洗工藝

2.1.1 化學清洗設備及藥劑用量原則

單元凈化裝置需要進行化學清洗的系統主要有脫硫主系統、酸氣分離罐、急冷塔系統、酸水汽提系統、地下罐及高、低壓火炬收集罐等系統，全部化學清洗廢液退至酸水罐區。化學清洗劑用量基本原則根據清洗設備、管線等的體積來計算，使用濃度為10%（質量分數）。需要進行化學清洗的主要設備如表1所示。

2.1.2 化學清洗方案

1）脫硫主系統上水建立冷循環，各容器液位達到40%以上（一般控制在50%左右），穩定2 h后加注化學清洗劑。

2）脫硫主系統與急冷水系統、酸氣分離罐同時進行化學清洗。

3）高、低壓火炬收集罐加注滿罐溶液后（含10%化學清洗劑），浸泡+循環清洗處理。

4）地下罐加注滿罐溶液后（含10%化學清洗劑），浸泡+循環清洗處理。

2.1.3 化學清洗方案后工藝

1）急冷水系統提前12～24 h進行化學清洗，清洗廢液作為脫硫主系統及D-301化學清洗的載體使用，D-301清洗液排至脫硫主系統。

方案優化后，化學清洗廢液減少50 m3。

表1 主要設備概況

2）實行脫硫主系統冷循環建立與加藥同步進行，系統塔器液位維持在40%，D-102液位維持在30%。

方案優化后，減少化學清洗廢液250 m3。

3）脫硫主系統清洗廢液作為高、低壓火炬罐化學清洗液的載體，加入適量化學清洗溶劑后，采用50%～60%液位浸泡＋循環清洗模式。

方案優化后，化學清洗廢液減少64 m3。

4）將地下罐作為脫硫主系統、酸水氣提系統、火炬罐系統的化學清洗退液中轉站，安排在最后清洗，采用其他系統的清洗廢液作為載體，80%液位浸泡＋循環清洗模式。

方案優化后，化學清洗廢液減少20 m3。

2.2 水洗工藝

2.2.1 脫水系統

鑒于脫水系統不含FeS、H2S等有毒有害物質，不需要進行化學清洗，只進行水洗。脫水系統僅對需要開人孔作業的產品氣分液罐（D-204）進行蒸塔作業，基本不產生水洗廢液。

工藝優化后，水洗廢液減少20 m3。

2.2.2 水洗退液工藝流程

設備與管線在完成化學清洗后，還需進行一次水洗工序，以徹底清除系統內殘存的化學清洗劑，產生的水洗廢液最終排入污水處理場T-104罐。

原退液流程：水洗廢液→裝置污水提升池→污水處理場污水池→污水處理場T-104罐，由于污水處理場污水池同時在接收日常的生產污水，所以水洗廢液無法與其他低濃度污水實現“清污分流”。

新增退液流程：水洗廢液→酸水管線→污水處理場T-104罐，水洗廢液全部密閉排放至T-104罐，不與其他污水混合，真正實現“清污分流”，減少污水排放量。

工藝流程優化后，水洗廢液減少328 m3。

2.3 高濃度檢修污水生化處理工藝

通過大量的試驗，探索出將高濃檢修污水與生產、生活污水配比后再進行生化處理的可行途徑，實現高濃度檢修污水廠內處理。具體處理過程如圖2所示。

圖2 檢修污水與生產、生活污水配比處理示意圖

3 效益分析

通過對化學清洗工藝、水洗工藝及退液流程的優化，凈化廠從產生高濃度檢修污水的源頭進行控制，污水總量明顯減少，取得了巨大的經濟效益和環保效益。優化前后檢修污水量對比如表2所示。

表2 優化前后污水排放量對比

3.1 減少拉運回注費

高濃度檢修污水拉運回注費按1 019.03元/m3計算，優化前化學清洗廢液的拉運回注費用為194.63萬元。優化后，化學清洗廢液仍然計劃拉運回注處理，預計產生的拉運回注費用為155.50萬元，節省拉運回注費39.13萬元。

3.2 生化處理費用

優化前化學清洗廢液拉運回注費用為194.63萬元。

生化處理產生的費用主要包括電費、藥劑費和外包勞務費三部分。按日均處理水洗廢液65 m3計算，1 452 m3水洗廢液預計23天處理完畢，產生的各項費用如下：

◇污水處理場日均消耗電量1 594 kWh，23天產生的電費為5.94萬元；

◇勞務費平均每天4 657.53元，23天產生的藥劑費與外包勞務費為10.71萬元；

◇三項費用合計16.65萬元，節省費用178.98萬元，一共節約費用217.11萬元。

4 結論

作為國內建成投產的首個百億立方級特大型高含硫天然氣凈化廠，普光凈化廠在裝置檢修中可借鑒的經驗較少。檢修過程中產生大量的高濃度污水，該部分污水生化處理難度很大，回注會產生環境污染。普光天然氣凈化廠不斷探索，優化化學清洗工藝，從源頭控制污水產生，取得了巨大的經濟效益和環保效益，為普光凈化廠裝置檢修積累了寶貴的實踐經驗，同時也為同類高含硫天然氣凈化廠提供了借鑒。