天然氣凈化裝置熱力管道腐蝕防護控制

馬春梅

摘要：天然氣凈化在脫硫、脫碳、脫水等加工處理過程中，鍋爐蒸汽凝結水系統是工藝主體裝置的重要組成部分，所需工業水預處理合格后輸送到天然氣處理廠。在近幾年的生產實踐中，除在原水預處理階段處理合格外，需進一步降低蒸汽及凝結水系統管路液態水中O2、CO2等氣體，因此，設置、操作、維護好液態水質腐蝕防控，避免發生管線穿孔，確保天然氣加工裝置安全生產、保供連續穩定。

關鍵詞：天然氣凈化裝置;熱力管道;腐蝕防護;控制

1液態流體中氣體的危害分析

溶解于水中的氣體（O2、CO2等）對熱力運行設備的危害在于，一是在熱力設備工作條件下不發生相變的氣體影響能量傳遞的效率，增加了不可逆損失;二是以氧氣為主體設備會大大減低設備使用壽命，或導致不可預測的事故發生。天然氣凈化行業所用蒸汽中含有不少氣體雜質，在蒸汽凝結過程中溶入凝結水中，同時在凝結水的輸送過程中也會溶入一定的氣體，對凝結水的有效載體———鍋爐、換熱器以及熱力管道，尤以脫硫重沸器凝結水管線和余熱鍋爐排污管線為突出，因長期凝結水含氧量高，引起凝結水輸送管道彎頭、大小頭等管件部位造成氧化和酸性，降低了凝結水系統設備及其管道的使用壽命，增加了鍋爐上水中鐵離子含量，致使鍋爐爐管受熱面的熱阻增加，水位計傳送的不準確，進而影響鍋爐安全運行。因此，天然氣凈化裝置對凝結水系統氧特征及其防護具有重要意義。

2熱力管道控制措施

2.1給水脫氧系統

除鹽水從除鹽水箱經除鹽水泵送入脫氧器進行脫氧，然后再通過脫氧水泵送入凝結水罐。全鍋爐房及蒸汽系統脫氧水正常補充量為凝結水回收量的40%，設置一臺脫氧能力與之相匹配的大氣式熱力脫氧器。

2.2加藥系統

為控制蒸汽鍋爐、余熱鍋爐爐水的pH值，防止鍋爐結垢，設置一套磷酸鹽加藥裝置。磷酸鹽溶液經計量泵直接進入鍋爐給水管線和裝置區的余熱鍋爐。

2.3取樣系統

在凝結水管網系統中最常用的防護方法，就是結合具體水質狀況、根據緩蝕試驗確定相應比例，定期、定量加入由有機磷酸鹽、聚羧酸鹽、有機或無機緩蝕劑等形成均相水質穩定劑，起到緩蝕作用。在日常生產管理中，對鍋爐給水總管以及每臺鍋爐本體上均設有取樣點，將介質引至取樣冷卻器進行取樣操作。需對鍋爐給水、爐水及蒸汽進行取樣，定期檢查。磷酸鹽、阻垢劑、檸檬酸投加為凝結水產生更大的經濟效益和較高的生產效率提供了可靠保障。

3熱力管容系統開工

3.1密閉系統氧含量計算

經確定，該熱力系統管網不相同管徑管段容積之和是本系統所有設備凈容積之和的21%，即逐段管線L×D2×3.14/4+逐臺設備數×單臺設備凈容積，再乘以0.21。式中單位：管線長度———m，管徑———m，設備凈容積m3。

3.2開工排氧流程方案

在熱力系統無置換作業前，因管線內全部充滿液體，設備50%液位，計算便知，每臺設備容積累計之和×0.21÷2，可視為熱力系統升溫前，熱力系統最大氧含量。惰性介質置換系統氧含量工藝技術方案，將氮氣等惰性介質分別引入與蒸汽系統和凝結水管網相連接的熱力設備，只有待上游設備內氧含量合格時，才允許把氮氣逐步引流到下游設備，直到從每臺設備頂部氮氣排放口處，分析氧含量≤2.0%，停止吹掃置換。每次開工經過氮氣等惰性氣體置換后，可以大大減少設備內殘余氣體中O2、CO2等，提高熱力系統開工脫氧效率。

3.3殘余氧含量檢測

快速檢測儀器是便攜式四合一測量儀，檢測部位或位置為每臺設備工藝介質流向排氣口1.0～1.2米，或逐條凝結水管線緊鄰疏水閥上游現場排液閥出口，用快速氧含量檢測儀，當儀器顯示小于2.0%為合格。

4生產中熱力系統溶解氧超標分析

4.1嚴格熱力管網開工控制

熱力管道、設備使用惰性氣體如N2，對系統進行完整徹底的置換出殘余的氧含量。嚴格遵循鍋爐、脫氧器投運條件，執行工藝參數，確保到達凝結水罐內的脫氧水各項指標全部合格。不能因為開產時間緊，擅自加大脫氧器負荷，導致脫氧器產生的脫氧水中溶解氧指標不合格。給熱力系統管道或熱力冷換設備補充或投加脫氧水遵循少量多次的原則，并及時排放殘余氮氣。因此，每次停運檢修后，尤其是裝置整體大修后系統需用氮氣置換出系統內部氧等組分;另外，熱力系統升溫遵循升溫曲線指標，當系統容量一旦確定以后，是需要有恒定時間、合理工藝脫氧條件才能滿足溶解氧指標的合格控制。

4.2嚴格監控鍋爐補水量、回水量、溶解氧指標

鍋爐給水補充是系統熱力管網外部進入系統內部的唯一途徑。只有當補充水中氣體各項有害成分合格達標，才能滿足鍋爐及熱力系統管線、冷換設備長周期、安全平穩運行。理論上，鍋爐蒸汽凝結水含熱量高、硬度低，蒸汽凝結水是純凈的、高品質的水，不會對其載體產生危害。在實際生產過程中，本身凝結水返回量和鍋爐給水量兩個指標本可以直觀準確的判斷系統管道或設備是否有漏損，但因給水量、回水量和溶解氧檢測計量指示處于失效，于是檢測系統漏損故障“眼睛”就模糊了。當外界補水量接近熱力脫氧器自身處理負荷時，脫氧水中的氧氣、二氧化碳等不合格成分誘發系統薄弱點加速、已發漏點更快，凝結水損失量更大。這時通過熱力系統檢測溶解氧指標也能顯清晰出現預警信息。

5熱力系統辛勤工作的脫氧器

天然水中溶解的氧氣可達10mg/L，由于天然氣處理廠熱力系統不可能絕對嚴密，空氣通過不嚴密部分滲入系統，凝結水可能溶有大量氧氣。此外，補充水中也含有氧氣及二氧化碳等其它氣體。采用熱力脫氧的方法，就是除去水中所有的不凝結氣體。大氣式熱力脫氧工作機理為：水和氣體接觸，氣體溶解于水中的數量多少，可用氣體的溶解度表達，與氣體的種類以及該氣體在水面的分壓力、水溫有關。在一定的壓力下，水的溫度越高，氣體的溶解度越小，反之氣體的溶解度就越大。同時氣體在水面的分壓力越高，其溶解度就越大，反之，其溶解度也越低。

6脫氧工況控制

確保熱力脫氧效果最佳工況：一方面，有足夠量的蒸汽將水均勻加熱到脫氧器壓力下的飽和溫度。尤其是開工初期因需水量多，蒸汽不足，導致脫氧效果不理想，甚至脫氧水中溶解氧指標不合格，系統殘余溶氧增高。另一方面，及時將脫氧頭析出的氣體通暢排放，以保證水面上氧氣及其他氣體的分壓力減至零或最小，防止水面的氣體分壓力增加，影響析出;最后是，定期檢查維護脫氧器完好，始終使被脫氧的水與加熱蒸汽有充分的接觸時間和面積，維持足夠長的傳熱、傳質時間及較大壓差。在脫氧器中，需要脫氧的水首先經過高壓噴嘴形成發散的錐形水膜向下進入初級脫氧區，水膜與上行的蒸汽逆流接觸，迅速將水加熱到脫氧器壓力下的飽和溫度，大部分氧氣從水中析出從噴嘴周圍的排氣口及時排出。初步脫氧后的水匯集到水箱下部，在水面以下進行深度脫氧，通入水面以下的蒸汽將水加熱、沸騰，二次脫氧，析出的氣體經排氣管排出。

7結語

確保熱力管道及設備防護因素的最佳方法和有效手段是，脫氧器處于零故障、負荷最佳、工況最佳運行;可密切監控回水量、補水量、溶解氧等關鍵指標;熱力系統開工期限充足及技術措施可靠。

參考文獻

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