天然氣加工廠脫硫脫氮塔器設備維護與保養措施

宋亮(中國葛洲壩集團國際工程有限公司，北京 100000)

0 引言

天然氣總量相對短缺會成為嚴重制約經濟持續發展的一大社會風險因素。天然氣脫硫脫氮設備運行作為全國清潔型天然氣技術開發示范應用平臺建設階段的第一個最重要關節點，其生產運行保障及高效、安全正常運行要求的相關條件，將是平臺成功確保完成了實現國家天然氣產業運行安全生產保障體系的重要關鍵前提，也是實現全國綠色經濟戰略示范建設階段總體目標，并確保長期持續和順利高效運轉的根本條件。

1 脫硫脫氮塔器設備工作原理

經脫硫煙氣除塵分離系統脫硫后排外放逸的高濃度二氧化硫煙氣，將在引風機葉片的抽吸動力作用及控制條件下，直接排放進入煙氣脫硝脫硫一體塔。煙氣自塔器的下噴口開始向上或垂直向上行走，吸收的液滴自塔器頂上風口開始向下或垂直向下與濃二氧化硫的煙氣相互逆行。液滴彼此之間將在二氧化硫煙氣高壓氣流及噴霧控制條件影響下相互形成的一個相對比表面積會比較大的濃霧狀，氣液間可形成完全的垂直接觸。在設備底部的煙氣脫硫塔的煙氣脫硫吸收反應區，液體混合物煙氣中存在大量的酸性偏亞堿性物質會直接與煙氣的二氧化硫混合物發生脫硫吸收的反應，最終燃燒生成亞硫酸鈣料漿，塔體下部的料漿送至石膏處理系統。在塔器脫硝吸收區，氮氧化物在催化還原劑作用下，分解為氮氣和水或變為硝酸鹽[1]。

1.1 化學脫硫法

化學脫硫法中主要的也是可以再粗略點分為濕法脫硫工藝和半干法脫硫工藝技術等的兩大類工藝技術。干法脫硫的化學脫硫技術工藝效率普遍較高，脫硫劑一般也都是不能被回收或者再生，適用于較低中品位的含硫有機氣體處理。

目前在國外，在工業和生產實際上的濕法脫硫的開發應用已相對較少。濕法脫硫主要工藝溶液污染物中的化學還原與吸收反應技術方法和生物氧化的再生及利用的方法，通常一般又被分為煙氣化學吸收法、脫硫設備和廢氣生物氧化還原法、脫硫裝置三種技術工藝類型。濕法煙氣吸附脫硫的設備處理量比較大，操作時間比較靈活連續，適用安裝作業于石油天然氣處理量和濃度較大、硫化氫含量明顯偏于高的各種工作場合。

1.2 濕法脫硫技術

濕法脫硫工藝是先通過實現氣-液兩相充分接觸，將脫硫氣體液中游離的雜質轉移到氣液相，從而可得到脫硫氣體質的高效凈化，然后再對原脫硫液體進行過濾再生，循環使用。其中較常用到的濕法脫硫工藝有催化還原氧化還原法脫硫和醇胺法脫硫等兩種，其中現在世界上應用范圍最比較廣泛的工藝是醇胺法脫硫。

1.3 深冷脫氮工藝

深冷脫氮工藝一般是首先將常溫下具有一定工作壓力條件的液化天然氣經壓縮機多次的節流及降溫工作后達到部分的液化過程或氮氣全部被液化，再通過根據液化氮氣氫與液態甲烷氫氣的氣體相對于揮發度之不同，用水蒸氣精餾脫水的物理方法進行脫除液化氮氣。

從原料氣性質、脫氮目的要求及工藝設備費用水平等各因素上綜合分析考慮，深冷法脫氮塔可進一步分為單座塔、雙塔流和三塔流程。單塔流程技術簡單、一次性運行投資極低，但其分離過程效率低、操作時間彈性也差，一般也很少大規模采用；而三塔分離流程也僅被用于分離原料氣質中碳重烴含量很高的或氮氣含量偏低的分離場合，目前國內外普遍所采用到的多是雙塔分離流程[2]。

2 脫硫脫氮塔器設備常見故障分析

當前，國家對能源結構戰略進行重大整體性優化調整，天然氣需求在全體居民一次能源總消費支出總量中所占據的份額比重持續而快速穩定的增長提升，最終有望完全徹底取代廣大居民傳統能源單一的消費傳統模式。經營天然氣終端供應以及生產、銷售的企業，自身面對持續提升的生產運營與管理巨大壓力。如何做好天然氣脫硫脫氮設備的維護和保養，確保天然氣設備安全生產的實現，是擺在每個天然氣工作人員面前的一個大問題。

2.1 脫硫器設備常見故障分析

在對廢天然氣進行濕法脫硫和處理廢氣的整個過程中，如果工藝處理效果得當，還會直接得到大量高附加值的化工類產品，進而將給各處理企業單位帶來了一定的經濟利益。目前，我國高等院校相關工程領域方面的許多研究人員，盡管已經著手對煙氣脫硫控制過程機理進行大量系統的調查研究，也確實對實際的脫硫工作過程的某些相關參數進行了一定范圍的改進優化，但是在進行實際煙氣連續脫硫操作的生產過程中，仍然可能存在生產效率低、脫硫處理效果偏差嚴重以及連續脫硫生產設備不協調、系統不穩定等一系列技術問題。

通過對各種煙氣脫硫設備的生產過程參數進行深入地研究分析，發現大多數具有脫硫設備處理工藝的單位，在對實際中進行煙氣脫硫的工作過程中，通常也都是采用直接的采用煙氣吸收-煙氣再生的脫硫模擬方法。同時通常還會直接選擇采用MDEA作為工作煙氣中的吸收劑。一般來說，MDEA屬于是一種較容易吸附產生發泡物狀的懸浮粉狀物質，在進行煙氣脫硫設備凈化處理的脫硫工藝過程中，該種懸浮顆粒狀物質又往往很容易吸收其他一些雜質物，因而使吸附劑被污染，進而可能使廢水中的該種懸浮塊狀物質的總固黏度被升高，使得大大降低其脫硫或者除塵的工作效率。

另一方面，在進行煙氣脫硫處理等后續天然氣處理過程中的相關各個環節中，如果在處理天然氣泡沫后實際產生釋放出天然氣泡沫顆粒分布相對較為均勻及穩定，此時由MDEA實際產生的吸附的效果可能就也將因此大大降低，進而有可能使后續處理天然氣過程中實際得到的天然氣泡沫顆粒仍然含有大量的有機硫化物，即天然氣泡沫的氣質化學指標達不到煙氣脫硫排放的相關標準或規定的要求。由于脫硫除塵設備及各種其他脫硫凈化工藝相關的其他除塵設備之間往往相互有交叉與連接，受到外界環境與負荷的影響，脫硫和除塵器設備在工作期間往往會出現嚴重的運行不安全、不穩定的運行問題[3]。

2.2 現存的問題分析

(1)產品用途單一，專業方向局限和缺乏資源，導致在其應用領域的研究受限。

(2)由于該生產裝置最主要的原料天然氣中，氦的含量明顯過低，導致該單位產品的制造設備成本普遍很高，因而目前越來越難以成功實現與其他國際氦礦的生產及技術競爭。加之氣田產能將逐年不斷的增加或遞減，造成對天然氣資源的利用處理開發能力在持續且大幅限度地下降，將使目前我國利用天然氣來提漲收購氦價的石油資源經濟性進一步的惡化。

(3)目前，裝置安全運行系統工況環境波動影響大、變化頻率多，給保障裝置持續安全健康平穩地運行生產帶來了新的挑戰。

3 脫硫脫氮塔器設備維護與保養措施

3.1 脫硫脫氮塔器設備維護與保養措施

3.1.1 加快超重力脫硫技術的研究

重力脫硫術屬于當前一種較為成熟、先進的環保技術，該種先進技術設備的普及應用，可以進一步使得煙氣脫硫凈化效率指標和環境保護效果得到一定程度上的有效提升。該種新技術利用的主要脫硫原理，主要依靠重力設備本身產生的一種超重吸力作用，進而會使得脫硫氣體組分中形成的各種氣體分子都可以獲得快速均勻的壓力擴散，進而能夠使得氣體分子之間迅速產生分離。一般條件的情況下，受大氣超重力環境的共同影響，分子間的氣體擴散速度應該遠遠地大于在一般的重力場影響下的分子之間氣體擴散的速度，也就是說完全可以使石油天然氣產品與被脫硫氣體物質組分之間的有效接觸面積得到大大增加，進而會使得各種脫硫產品效果性能都將得到了一定的程度上的改善。目前，我國企業在運用該系統方面應用的先進技術并不成熟，部分是因為由于脫硫設備本身的尺寸要求十分精確，較容易使脫硫試劑回路產生電流短路問題，進而達不到所要求的預期效果。

3.1.2 重視加強對生物脫硫技術

生物脫硫法屬于另外一項目前較為經濟、環保、安全的氣體脫硫處理技術，在企業使用該種凈化技術治理煙氣過程中，可不需要去購買那些價格較高的化學吸附試劑。該種治理技術原理主要是通過依靠微生物本身的一些生命活動去除天然氣管道中存在的有毒硫化物。相對應用于企業其他環保技術項目而言，該種節能技術方案還不完善，但卻可以在短期內使進行脫硫和處理項目的工業能耗大大降低，提高整個企業生產的經濟利益，而且在進行脫硫工藝過程的中并不會同時產生大量對生產環境也有明顯污染效應的有害物質，該種環保技術具有良好的應用前景。

3.2 脫氮的一些建議

(1)立足專業技術，拓展新應用領域。目前，公司主導產品尚未能涉及乙烷烴回收、天然氣的脫氨氮處理和液態氦燃料的低溫液化。未來可隨著石油天然氣新開發產品的實際需要，繼續擴展低溫深冷處理技術的業務涉及范圍，將上述多方技術向更多產品領域集中，發揮自身專業與技術優勢，在一定的程度上可避免由于產品結構單一帶來的可能制約主業長期發展能力的問題。

(2)繼續走液化天然氣聯產綜合氣化提氦產業化的道路，提高用低純含硫氦天然氣聯合提氦系統的循環經濟性?？赏瑫r考慮開發建設液化天然氣聯產脫硫氮聯合提氦、天然氣聯合提氦聯產輕烴或液化LNG聯產一體化的裝置，達到降低系統單位產品能耗指標和進一步增加天然氣產品產量，積極引進探索研究新產品的液化天然氣聯產提氦工藝。

(3)將設備操作和運行條件優化試驗與常規技術裝置改造相結合，努力解決好現有工藝裝置面臨的熱處理量大幅線性下降趨勢，以及設備工況適應性較差等實際客觀問題；可通過以工藝參數模擬數值計算等為試驗手段，調整裝置運行中的工藝參數以及工藝設備的尺寸變化趨勢，有效提高現有裝置工況的設計適應性[4]。

4 結語

綜上所述，天然氣加工廠設備的運行安全，是天然氣戰略實施的基礎，同時也是國民經濟得以快速發展的根基。關注天然氣加工廠的設備維護和安全運營管理，具有十分重要的意義。通過一系列的解決措施，將有效提升天然氣加工廠的設備維護和保養能力。