天然氣脫硫裝置開停產的優化措施

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分公司，四川 達州 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節，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運行的重要措施之一，裝置檢修一般具有時間緊、任務重，各項工作環環相扣等特點[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，其具體的開停產程序差異很大，因此本文不闡述該部分內容。

1 工藝流程簡介

目前國內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，主要區別在于脫硫溶劑選型、再生重沸器結構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]；溶液過濾則分為側重于富液過濾或貧液過濾，同時部分裝置還設置有溶液在線復活設施。

2 停產環節

停產環節大體步驟：熱循環、冷循環、溶液回收、水洗(除鹽水水洗、工業水水洗)、蒸汽吹掃、氮氣置換、工廠風吹掃。

2.1 熱循環

熱循環的目的是將富液中H2S、CO2再生解析，以便后續溶液回收及儲存的安全，其終點指標一般為富液中H2S含量低于0.3 g/L，或與貧液中H2S含量接近。

現行常規操作：溶液熱循環期間，一般采取將原料氣分離段至脫硫吸收塔流程進行隔離，同時將該段原料氣進行放空，以避免原料氣持續正向流動進入脫硫吸收塔，導致富液質量長時間再生不合格，影響停產進度(筆者之前就職的凈化廠就曾出現過該問題，導致停產進度受影響)；另外，還可倒通返輸燃料氣流程，從脫水裝置進凈化天然氣逆向對脫硫裝置進行置換，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原料氣進行置換，為后續置換、吹掃節約時間。但上述兩種方式，一定程度上存在天然氣浪費和環境污染問題。

另外，在蒸汽量充足情況下，也可適當提高循環量，以此加快熱循環進度。

注意事項：在熱循環期間，需將所有貧富液流程導入參與循環，避免出現死角，進而影響后續停產操作及檢修。另外，在熱循環結束后將酸水導入酸水汽提裝置處理。

優化建議：從原料氣進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吸收，以此減少含硫原料氣放空對環境的污染；同時，也可對管線內原料氣進行置換。

2.2 冷循環

冷循環的目的是將再生合格的溶液降低至較低溫度，以便后續溶液回收過程操作的安全，其終點指標一般為再生塔貧液出口溫度達到50 ℃以下。

現行常規操作：熱循環結束后，立即停運重沸器蒸汽，啟運所有冷換設備，加快溶液降溫冷卻。

注意事項：在冷循環前，若原料氣管線段至脫硫吸收塔未進行泄壓或置換，需切斷此流程，避免含硫介質在冷循環期間進入脫硫段，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行回收，以備復產時重復使用。

現行常規操作：冷循環結束后，通過貧液水冷器后出口至溶液儲罐流程將系統內大部分溶液進行回收，在此期間，盡可能將脫硫吸收塔、閃蒸罐內溶液向再生塔內壓送(若裝置無此流程，則利用各塔罐設備及各回收點按高、中、低壓依次開展回收)。待系統各點液位較低時，則利用系統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，嚴格按照高、中、低壓順序進行，避免發生竄壓；另外需反復多次進行溶液回收操作，盡可能提高回收率。(2)溶液回收完成后，需做好氮氣保護工作。

優化建議：新建裝置，在設計時需充分考慮后續的可操作性。(1)每處低點位置需設計固定溶液回收管線及現場排污管線；(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、工業水水洗)

水洗分為除鹽水水洗、工業水水洗。除鹽水水洗是為進一步回收系統內溶液，減少溶液損失，以及降低對環境的污染。工業水水洗則是在除鹽水水洗基礎上，進一步對系統進行清洗，降低系統內污物殘留量。

現行常規操作：除鹽水水洗時，按正常溶液循環操作進行，盡可能降低系統擾動，減少稀溶液中固體雜質攜帶量，隨后按溶液回收步驟進行。

工業水水洗循環時，則需小量多次調整循環量，加大系統擾動，同時在水洗循環期間，開啟各點排污閥進行沖擊式排污，待各點液位較低后，停止循環，隨后采取大劑量排放，以此盡可能將系統內污物帶出。

注意事項：排污時可根據裝置設計特點，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，在排污時需重點關注運行列排污井或排污漏斗處情況。

優化建議：(1)新建裝置，在設計時需充分考慮儲罐數量，以便后續回收稀溶液，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荷。(2)工業水水洗環節，可向系統內加入脫硫劑等化學試劑，以便降低系統內H2S含量。(3)若后續裝置不考慮采用蒸汽吹掃環節，可考慮在水洗時啟運重沸器，對系統進行熱水水洗。

2.5 氮氣置換

氮氣置換的目的是將系統內H2S置換，確保后續檢修施工安全。

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

注意事項：若置換點需現場排放則需對排放點用警戒帶隔離并警示標示，同時關鍵放空檢測部位也需專人監護。

優化建議：若裝置有足夠的高壓氮氣，可采取在系統水洗時，向高壓段注入氮氣進行循環。另外，也可將氮氣置換與水洗步驟先后順序進行優化，以此盡可能降低風險。

2.6 蒸汽吹掃

據筆者了解，含硫裝置即便在氮氣置換合格情況下，在后續人工清洗、檢修環節，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，系統吹掃難度更大、耗時更長。蒸汽吹掃的目的是徹底去除系統內H2S，確保后續檢修施工安全。

現行常規操作：在進行蒸汽吹掃時，先行對設備進行充分暖管，完成后，及時加大蒸汽吹掃量。在蒸汽吹掃初期，系統內H2S會隨蒸汽一并逸出，因此需密閉處理逸出氣體，即氣相進入放空系統，液相則回收至低位罐。

注意事項：在蒸汽吹掃前，需將不耐高溫的設備儀表進行隔離，同時在操作過程中，需確保設備內不帶壓，以此降低蒸汽溫度帶來的設備損壞風險。另外，需加強各低點排凝，緩慢開啟、關閉閥門，防止水錘[5]。同時在蒸汽吹掃結束后，進行自然降溫，另外氮氣臨時管線引氮氣做好防護準備。

優化建議：新建裝置在設計時應充分考慮設備儀表選型，選用可耐高溫材質，以便能拉通對整個系統進行蒸汽吹掃，進一步降低系統中H2S含量。

2.7 工廠風吹掃

工廠風吹掃的目的是確保裝置設備管線內氧氣含量達到人員進入條件。

現行常規操作：工廠風吹掃可大致按照氮氣置換流程進行，但是需要主要的是，工廠風吹掃不進入放空系統，以此避免因FeS自燃造成不可控的后果。同時，在吹掃時嚴格控制系統不帶壓。

注意事項：由于脫硫系統較多的FeS，與空氣中的氧氣接觸發生氧化反應，釋放出大量的熱，形成連鎖反應，易發生FeS自燃[6]。因此在進行工廠風吹掃時，需密切關注各點溫度，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 開產環節

開產環節大體步驟：氮氣置換、系統檢漏、水洗(工業水水洗、除鹽水水洗)、系統進溶液、冷循環、熱循環。

3.1 氮氣置換

氮氣置換的目的是將系統內氧氣置換，確保后續可燃性氣體進入的安全。

現行常規操作：開產環節的氮氣置換流程與停產環節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域，可采取容積式置換方式。

3.2 系統檢漏

系統檢漏是開產環節的重要步驟，其目的是確保后續裝置進料(有毒有害、可燃性介質)安全無泄漏。

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

優化建議：(1)在氮氣置換完成后，向系統進部分水，將系統近似于正常生產狀態(液相與氣相區別開來)，以此降低系統檢漏難度。(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，在后續檢漏出現漏點，一方面存在較大安全風險，另一方面若需打開盲板或短接等處理時也較為麻煩(需進行泄壓、置換，方可安全作業)。(3)重點關注低、高壓貧砜胺液泵的機封泄漏情況(包括內漏和外漏)，該雙端面機封隔離液設置有低壓聯鎖保護，因此需在水洗或試運行時觀察機封底部、機封旋轉軸、沖洗系統有無泄漏，以及持續關注機封隔離液壓力的趨勢變化。

3.3 水洗(工業水水洗、除鹽水水洗)

水洗分為工業水水洗、除鹽水水洗。工業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水水洗基礎上，進一步對系統進行清洗，降低系統內污物殘留量。

現行常規操作：水洗循環時，需小量多次調整循環量，加大系統擾動，同時在水洗循環期間，開啟各點排污閥進行排污，待各點液位較低后，停止循環，隨后采取大劑量排放，以此盡可能將系統內污物帶出。

注意事項：排污時可根據裝置設計特點，盡可能將水壓送至排污速度較大點。

優化建議：新建裝置，在設計時需充分考慮儲罐數量，以便提前制備除鹽水并儲存在罐中以備使用；另外，還需充分考慮工業水進水點及進水方式。

3.4 系統進溶液、冷循環、熱循環

現行常規操作：通過循環泵直接將儲罐內溶液向系統泵入，后續少量則通過補充泵進行補充。待系統液位充足且高點排氣完成后，則啟泵循環，循環正常后，則向重沸器進蒸汽開始熱循環。

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

優化建議：在進行熱循環前，可將系統持液量控制在較低值，以便降低重沸器投運難度，以及減少凝結水浪費。

4 結語

天然氣脫硫裝置開停產是一項繁雜的過程，尤其是高含硫天然氣處理裝置，其開停產過程較日常正常生產所面臨的安全挑戰更大。因此，在此過程中各部門、各參與人員需嚴格按照開停產方案執行并緊密配合，同時裝置開停產方案也需在實踐中進一步核實驗證，以期積極踐行“按寫的做，按做的寫”標準，最大限度降低開停產環節作業風險，確保天然氣裝置的安、穩、長、滿、優運行。