抗硫壓縮機在放空氣回收項目的應用

陳 紅，葛曉波，張明星

（1.中國石油運輸有限公司沙漠運輸分公司，新疆庫爾勒 841000；2.中國石油運輸有限公司長慶運輸分公司，陜西西安 710200）

1 現有含硫氣回收工藝簡介

目前應用較為廣泛的脫硫工藝主要有兩種，一種為濕法脫硫，一種為干法脫硫。

1.1 濕法脫硫

根據采用的脫硫溶劑不同分為：MDEA、Sulfinol-D、Sulfinol-M、MEA、DEA 等脫硫工藝。含硫原料氣從吸收混合器進入與一級脫硫貧液強化傳質接觸，進入一級吸收器，脫硫富液由液位調節閥控制送往再生槽；經一級脫硫后的氣體再依次進入二級、三級超重力脫硫機與脫硫液旋轉離心力作用下逆流接觸，氣體中的H2S 被脫硫液吸收，脫硫液回到再生槽再生。脫除H2S 的原料氣經塔頂出來在穩壓閥作用下送出界區。

濕法脫硫的優缺點：主要優點是濕法脫硫工藝相對成熟，運行成本低；它缺點是采用的容器較多、工藝流程復雜，前期投資成本大，一套50 000t/d 的濕法脫硫裝置，投資成本大約需要1 000萬左右。

1.2 干法脫硫

干法脫硫采用的是活性炭或者其他介質作為催化劑，使硫化氫與空氣中的氧氣反應，生成單質硫和水（H2S+1/2O2→H2O+S ↓）。1.0MPa，≤40℃的天然氣進入雙塔脫硫系統，與來自空氣壓縮機的空氣混合，混合氣體首先進入過濾器過濾，過濾掉其中的固體顆粒和液滴，然后進入脫硫塔，在脫硫塔內，硫化氫和氧氣反應，生成水和單質硫，脫硫后的天然氣H2S 含量低于20×10-6，作為產品氣外送。

干法脫硫的優缺點：干法脫硫工藝優點是流程相對簡單，操作簡便；缺點是運行過程需要配比空氣，對操作的精密性和安全性要求高，脫硫劑價格昂貴，運行成本高。

2 抗硫壓縮機在放空氣回收應用具備的條件

2.1 系統管網

在零散井附近應具備系統管網或者管線，能夠把增壓后的含硫天然氣輸送至下游的處理廠進行后續處理。

2.2 天然氣處理場站

從邊緣的零散井增壓后的天然氣進入管線末端天然氣處理廠進行天然氣脫硫、脫水、脫烴等處理，最終實現零散井天然氣回收的過程。

2.3 抗硫壓縮機技術成熟

隨著壓縮機的技術越來越成熟，抗硫壓縮機的設計和材質方面逐漸滿足處理含硫天然氣的要求，采用抗硫壓縮機進行放空天然氣處理條件成熟。

3 抗硫壓縮機在零散井放空氣回收的應用

3.1 采用抗硫壓縮機對零散井放空氣進行回收

零散井含硫放空天然氣，按照前期回收站設計，如果要對含硫氣進行回收，則需要對天然氣進行脫硫處理，才能進行后續回收工藝。天然氣進行脫硫處理面臨的是脫硫劑消耗大，脫硫成本高的問題。隨著科技的進步，抗硫壓縮機的技術越來越成熟，以及塔三聯的投產，含硫管線的建立，對含硫氣進行增壓直接進入系統管網的條件成熟。放空天然氣回收逐漸采用新工藝，部分井站不再進行天然氣脫硫，采用抗硫壓縮機直接增壓進入系統管網。新工藝的采用減少了脫硫劑的消耗，降低了天然氣回收的成本，提高了天然氣的收益率。

對零散井放空天然氣進行回收，需要進行脫硫處理工藝單元替換為抗硫壓縮機工藝，利用抗硫壓縮機對含硫天然氣進行增壓進入系統管網。項目開展包括設計院進行前期設計，抗硫壓縮機選型及設備采購，項目組織實施三個階段。

3.1.1 抗硫壓縮機進行放空天然氣回收設計

按照設計院的設計，對含硫井的放空氣進行這樣設計，把原有的脫硫單元及其輔助設施，利用抗硫壓縮機進行替換，對場站的原有不抗硫管線采用抗硫材質管線（L245NCS），對場站進行安裝硫化氫監控設備，對場站硫化氫進行實時監控。

3.1.2 抗硫壓縮機的選型

按照設計院的設計以及零散井的氣量、硫化氫含硫、氣體組分等條件進行壓縮機的選型，要求壓縮機的處理量能夠滿足零散井的處理要求；壓縮機抗硫條件滿足≤50 000×10-6；壓縮機的排氣壓力大于管網壓力，一般設計要求排氣壓力為16MPa。

3.1.3 抗硫壓縮機的安裝使用

抗硫壓縮機到達現場后，安排專業人員進行安裝施工，嚴格按照標準和安裝要求進行施工安裝，檢驗合格后進行調試運行。調試運行按照操作流程一步步進行，保證抗硫壓縮機的安全投運。

3.2 抗硫壓縮機進行零散井放空氣運行安全

（1）做好硫化氫的監控，在硫化氫容易聚集處安裝硫化氫檢測儀器進行實時監控，及時發現硫化氫泄漏。

（2）操作管理。嚴格操作流程，規范操作人員行為，對確保抗硫壓縮機的安全運行，延長壓縮機使用壽命至關重要。

（3）掌握影響硫化氫的腐蝕因素，采用相應的措施確保抗硫壓縮機安全運行。

①pH 的影響

含硫天然氣中，隨著pH 的降低，其對鋼材的腐蝕性加劇，材料對硫化氫腐蝕應力開裂的敏感性增強，特別是pH 小于6時，材料對硫化氫應力腐蝕開裂特別敏感。

②溫度的影響

當溫度高于室溫時，隨著溫度的升高，材料對硫化氫應力腐蝕的敏感性降低，在室溫左右，材料的硫化氫應力腐蝕最為嚴重。

③壓力的影響

壓力增高，硫化氫的分壓增加，在溶液中的溶解度增大，同時，氫向金屬內部擴散速度也增大，促進鋼材的應力腐蝕開裂。

④濃度的影響

硫化氫濃度越高，材料至開裂的時間越短，反之，硫化氫濃度越低，材料至開裂的時間越長。

⑤液態烴

在烴-水相和氣-液相界面，硫化氫對鋼材產生嚴重的局部腐蝕。

根據以上所述，在壓縮機使用中，控制影響硫化氫腐蝕的因素，采取相應的措施，能更有效地保證設備的安全運行。

4 抗硫壓縮機在零散井放空氣回收的優勢

4.1 流程簡單

抗硫壓縮機進行零散井天然氣回收，工藝流程十分簡單，單井天然氣經過簡單的預處理分離后，進入壓縮機增壓然后進入系統管網。

4.2 投產成本低

由于采用抗硫壓縮機進行零散井放空天然氣回收流程簡單，需要配備的輔助設備少，故投資成本相對較少，建設一座3×104m3/d 的處理站，設備投資及建站施工預計約為350萬元，遠低于傳統天然氣回收工藝投資建站成本。

4.3 運行成本低

采用抗硫壓縮機進行含硫井天然氣回收，不需要進行脫硫處理，脫硫成本降低；同時輔助設備減少，流程簡化，運行人員減少，可以降低人員成本。

5 抗硫壓縮機出現的故障分析及處理

5.1 管線振動問題

壓縮機與管線連接處，由于管線較長，管卡間隔大，部分管線出現振動，采取增加管卡，固定支撐等措施，解決了管線振動問題。

5.2 氣閥彈簧、閥片損壞問題

壓縮機能否更合理、更高效、更經濟運行，很大程度上取決于氣閥的結構和性能。緣于此，氣閥也被稱為壓縮機的心臟。前期抗硫壓縮機試運行中，氣閥閥片損壞，彈簧斷裂，經過對其材質進行化學成分分析，金屬性能分析，強度分析，發現氣閥閥片、彈簧的材質，滿足不了抗硫要求。經過廠家的攻關，設計制造了適應高含硫天然氣的氣閥。

5.3 氣缸磨損問題

在抗硫壓縮機運行過程中，多次發現三級氣缸出現磨損，經過運行人員、維護人員、廠家人員的分析討論，認為可能是氣缸進入液體、雜質所致。廠家安排焊工進行管線改造，在壓縮機三級氣缸進行管線加裝過濾器，對可能存在的雜質進行過濾。改造后，抗硫壓縮機運行平穩，氣缸出現故障的頻率降低。

6 結論

通過對抗硫壓縮機進行零散井放空氣回收的應用進行總結和分析，介紹了抗硫壓縮機在放空氣回收過程的存在的問題、存在的優勢、需要的條件。為下一步對含硫放空天然氣的回收提供寶貴經驗。

1）抗硫壓縮機在邊緣零散井天然氣回收中完全是可行的。

2）抗硫壓縮機在邊緣零散井回收過程中比傳統的采用干法脫硫在經濟上存在明顯的優勢。

3）采用抗硫壓縮機進行零散井天然氣回收，由于沒有進行脫硫處理安全風險相對增加，在進行場站布局和安全監控方面一定要反復論證，全面考慮，確保場站安全平穩運行。