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忠县净化厂天然气净化装置安全运行评价

文档作者：曾强李显良曹东庞有庆文档来源：中国石油西南油气田公司重庆天然气净化总厂忠县分厂		点击数：	更新时间： 2020年12月28日
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增{
石油与天然气化工
CHEM ICAL ENGINEERlNG 0F olL ＆ GAS 93
忠县净化厂天然气净化装置安全运行评价
曾 强 李显良 曹 东 庞有庆
(中国石油西南油气田公司重庆天然气净化总厂忠县分厂)
摘要 简要介绍了忠县天然气净化厂投运4年来的生产安全运行情况，对装置工艺特点及
存在问题进行了评价和总结，并提出了整改措施。对同类天然气净化厂的设计、建设及运行有一定
的借鉴作用。
关键词 忠县 天然气净化 安全运行评价
川I渝地区是我国目前最大的天然气生产和消费
基地，天然气的消费和利用关系到工业和人民生活
的各个方面，并逐渐发展成为多元化消费的格局。
川渝地区的天然气生产在我国能源结构中占有重要
地位，而天然气净化厂的安全平稳运行对保障民生
起着重要的作用。
1原料气预处理装置
本装置由重力分离和过滤分离两级组成，分离
出原料气中夹带的凝析油、游离水和固体杂质。由
于近年来上游原料天然气中含有较多的化学添加
剂，并随天然气进入脱硫单元的溶液系统，对净化装
置长周期安全平稳运行造成较大的影响。因此，原
料气中携带的杂质在不能够完全过滤的情况下是影
响天然气净化装置安全平稳运行的重要因素。应加
强对重力分离器的排污和高效过滤器的检查保养工
作；同时加强与上游单位的联系，避免原料气杂质进
人脱硫系统影响装置安全生产。
在生产运行中，由于原料气重力分离器从原料
气中分离出的固体杂质时常堵塞液位计，无法正确
了解分离器内真实液位，给装置安全运行造成了影
响，因此，采取定期对重力分离器进行排污操作，及
时排尽污染物，确保系统清洁。
在高效过滤器运行中，发现快开盲板的压盖处
会发生泄漏，且长时问运行后，快开盲板易卡死而无
法打开。针对此问题，采取定期对快开盲板进行维
护保养，确保快开盲板便捷安全使用，及时更换报废
滤芯，清理过滤器内污染物，确保下游脱硫装置溶液
干净(图1)。
2脱硫、脱水装置
脱硫装置采用40 (训)甲基二乙醇胺(MDEA)
配方溶剂(CT8—5)水溶液脱除天然气中的H s和
部分CO ，从脱硫塔顶出来的湿净化天然气送至脱
水装置。
脱水装置采用99．7 (叫)三甘醇(TEG)作脱
水剂，脱除湿净化天然气中绝大部分的水，经吸收塔
脱水后的干净化天然气(在出厂压力条件下水露点
≤ 一1O℃)作为商品气外输。
2．1过滤系统
脱硫装置生产运行平稳最重要的是要确保
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94 忠县净化厂天然气净化装置安全运行评价
MDEA溶液清洁，减小杂质对脱硫系统的影响。忠
县净化厂MDEA 溶液过滤系统设置三级过滤器，
前、后级为机械过滤器，主要过滤溶液中的固体杂
质。第二级为活性炭过滤器，主要吸附过滤掉溶液
中可溶性杂质，如MDEA降解产物。
2．1．1 MDEA机械过滤器
MDEA前过滤器原设计为2台，一台为立式
PALL反冲洗过滤器，另一台为卧式过滤管式过滤
器。正常生产时以PALL反冲洗过滤器为主，进行
反冲洗时切换到过滤管式过滤器。但在装置投产后
不久，发现PALL反冲洗过滤器反冲洗效果差，不
能实现反冲洗功能。进行拆卸清洗时，拆卸难度相
当大，无法投入正常使用。MDEA后过滤器原设计
也只有1台卧式过滤管式过滤器。因此前、后级过
滤器均仅有一台在运行，清洗更换过滤器滤芯时只
能走旁路，同时为了防止杂质进入活性炭过滤器堵
塞活性炭，活性炭过滤器也必须投入旁路运行。溶
液过滤系统经常出现全旁路状态，杂质无法得到有
效过滤，对板式换热器造成严重影响。另外由于过
滤元件价格较贵，运行成本非常高。因此，将PALL
反冲洗过滤器更换为袋式过滤器，并在后级过滤器
增加一台袋式过滤器，正常运行时，前、后过滤器均
使用袋式过滤器，当清洗更换过滤袋时，切换到滤芯
式过滤器，滤袋更换完成后再切换到袋式过滤器运
行。这样，溶液中的杂质得到有效的过滤，确保了溶
液系统的清洁。
2．1．2活性炭过滤器
(1)原设计的闪蒸罐闪蒸气流量为45 m。／h，
与实际运行时的流量相差颇大，闪蒸气通常在500
m。／h～600 m。／h，最大时的闪蒸气总量超过1000
m。／h，并且脱硫吸收塔发泡拦液频繁。将活性炭过
滤器全部投运后，闪蒸气流量恢复正常，未再出现闪
蒸气偏高的现象。
(2)2007年7月至11月，Ⅱ套脱硫吸收塔发泡
拦液频繁，分别对两套脱硫单元闪蒸后的富液和贫
液取样进行了对比，发现II套溶液中沉淀黑色物质
比I套多，怀疑是上游夹带的化学溶剂进入了脱硫
系统引起的，通过补充部分新鲜溶液以及全部投运
活性炭过滤器后，脱硫吸收塔压差稳定，装置运行平
稳。
(3)脱硫吸收塔玻板液位计有大量的气泡，这
是因为塔底液体夹带气泡较多从而影响了液位测量
准确度，出现这一现象的主要原因可能是溶液发泡
严重，大量CH 气体溶解在溶液里，或者以小气泡
的形式混合在溶液中，造成溶液密度发生较大的变
化，从而影响仪表的测量结果。将活性炭过滤器全
部投入使用后，玻板液位计出现鼓泡的现象明显降
低，液位测量准确度大大提高。
从上述三种情况可以看出，活性炭过滤器的使
用情况直接关系到脱硫单元的安全平稳运行状态，
从而影响硫磺回收单元的回收率及运行状况。
2．2板式换热器
忠县分厂脱硫、脱水装置贫液／富液换热器均采
用板式换热器，板式换热器具有传热效率高、压降
低、体积小以及易清洗的特点。省去了笨重且体积
庞大的贫液空冷器，减少了设备的占用空间，同时大
大提高了热量回收率，减少了循环冷却水用量和富
液再生蒸汽和燃料气消耗量，降低了生产能耗。
2．2．1 MDEA贫／富换热器
忠县分厂MDEA贫液／富液换热器采用了板式
换热器，每台换热器换热面积103 m ，经过几年的
运行，节能效果明显。但是板式换热器使用过程中
存在以下不足：
(1)目前使用的板式换热器为舒瑞普公司生产
的可拆卸式换热器，自2005年5月装置投运以来，
已发生堵塞3次、漏泄2次，在以上5次检修过程
中，维修成本偏高，仅材料费就花费了8o多万元。
(2)由于换热器的板片之间密封垫片在高温含
硫介质中极易发生老化，使得垫片变脆、失去弹性。
因此，拆卸后垫片将不能重复使用，而换热器堵塞和
密封垫片漏泄，只能通过解体检修解决。一旦板式
换热器发生严重泄漏，一是造成装置停产，二是容易
引起人员中毒事故。
(3)目前，舒瑞普已停止型号为GX一64P板式
换热器的生产，今后的配件不能得到有效保障。
因此建议将舒瑞普的可拆卸式换热器更换为板
片全焊接、可拆卸清洗的换热器。
2．2．2 TEG贫／富换热器
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石油与天然气化工
CHEMlCAL ENGINEERING OF 0IL &amp;amp; GAS
忠县分厂TEG 贫液／富液换热器采用瑞典
SWEEP钎焊式板式换热器，单台换热器换热面积
39．5 m ，抛弃了原浮头式换热器。该换热器一体
化焊接设计，不可拆卸，结构紧凑，占地面积非常小，
极大地减小了装置的生产能耗，工厂经济效益得到
了显著的提高。但是板式换热器一旦发生堵塞、泄
漏，只能停产进行检修。
3硫磺回收装置
本单元基础设计由荷兰JACOBS公司完成，采
用四级转化超级克劳斯(SuperClaus)工艺(三级常
规克劳斯加一级超级克劳斯)，设计硫回收率为
99．2 ，单套装置硫磺产量约25．2 t／d。两套装置
共用1套尾气焚烧炉和烟囱排放系统。装置运行4
年表明，该装置设计合理，操作及控制简单灵活，在
线分析仪可靠。
3．1酸气质量
原料酸气的质量与硫磺回收率密切相关，首先
考虑的是其中H S含量，含量越低主燃烧炉的温度
也越低，降低了热反应段的硫转化率。由于酸气中
CO 升高，有机硫生产率增加，进一步影响催化反
应段的效率。
年份
H2S， ，
2006铱
54．9O
2007年 2008年
56．11 54．44
从表1可以看出，装置运行时，酸气浓度达到设
计要求。为了使火焰保持稳定，燃烧温度必须高于
925℃。当酸气浓度变化的时候，装置可在分流法模
式下运行，分流酸气经支路进入一级再热炉混合室，
以确保主炉燃烧的稳定性。
3．2各级再热炉的空燃比
经过三次大修，每次大修都发现有少量的炭沉
积在催化剂表面，这是由于硫磺回收各级再热炉按
次化学当量(95 )燃烧，对燃料气和空气测量精度
要求很高，现有的流量计精度有限，在低流量状态下
会出现零点漂移等问题，加之现有的分析手段较难
测定过程气剩余氧含量，给回收单元再热炉配风带
来困难。建议提高再热炉燃料气和空气计量仪表的
精度，以及提高分析手段和操作水平，确保配风的准
确性。
3．3超级克劳斯装置
在超级克劳斯反应器中采用选择性氧化催化
剂，发生的反应为：
H2S+ 0．502一l／x Sx+ H2 O
过量空气的存在促使H。S向单质硫转化，同时
超级克劳斯选择性氧化催化剂不会促进硫蒸气与工
艺气中的水汽发生克劳斯逆反应，因此可以获得硫
的高转化率。但必须保持氧化环境，以确保最大限
度的H。S向硫转化，并防止硫氧化而生成SO。。超
级克劳斯装置操作简便，在运行过程中，主要发现存
在以下问题：
(1)超级克劳斯冷凝器采用空冷变频调速控
制，尾气出口温度(设计126 oC)与蒸汽压力串级控
制，由于空冷器顶部无排气阀门，导致蒸汽侧的不凝
气无法排出，降低了冷凝效果，尾气出口温度偏高，
对提高硫磺回收效率不利，这一问题现已通过增加
甩头得到解决。
(2)超级克劳斯冷凝器(E一1404)尾气出口温
度设计为串级控制冷凝器的蒸汽压力，由于受热电
偶精度限制，常常存在较大的偏差，导致蒸汽压力偏
高。考虑到蒸汽压力测量相对准确而且可靠，将该
方案由温度控制调整为压力控制，热电偶显示温度
作为参考。
3．4尾气灼烧炉
尾气焚烧炉采用正压炉，引进荷兰LD DUIK—
ER产品，设计燃烧温度670℃ ～760℃ 。在运行过
程中，焚烧炉内经常发生强烈的振动及噪音。经过
反复调整摸索，发现当一次风(设计值最大为2300
kg／h)达到某一数值时(如1600 kg／h)，焚烧炉内会
发生周期性的振动及噪音，且这个数值随硫磺回收
装置处理负荷的变化而变化。
尾气灼烧炉由鼓风机提供燃烧空气，多余部分
燃烧空气通过放空排入大气，这样耗费大量的能量。
2009年实施技术改造，增大风机传动轮直径，风机
的转速从5017 r／min下降至3668 r／min，出口压力
由22 kPa下降至11．5 kPa，电机电流从95 A下降
至40 A，同时风机的振幅、噪声以及轴承的温度明
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忠县净化厂天然气净化装置安全运行评价
显下降。经过半年的运行，完全能够满足生产需要，
节能和环保效果非常显著，并且由于设备运行工况
的改善，检修周期延长，降低了维修人员的劳动强
度。
3．5脱气系统
装置采用Shell壳牌专利技术的液硫脱气程
序，可将液硫中H S由300×10 ( )脱除至10×
10 ( )。但是运行几年来液硫池脱气出口至蒸汽
喷射器进口的脱气夹套管线存在严重腐蚀现象，腐
蚀区域均发生在管线的低点部位。
在大修中，将I／II套的蒸汽引射泵及配套部分
搬移至E一1405工(空冷器)操作平台和管架走廊
上，这将保证引射器处于整条脱气管线的最高点。
液硫脱气系统工作良好、流量稳定，引射废气流量均
能保持在115 kg／h以上，达到了设计要求。
3．6系统回压
装置投运后，各工艺参数与设计值较为接近，但
随着地方电网等客观因素影响，装置频繁开停产近
百次，系统回压逐渐上升，在脱硫单元酸气发生波动
时，导致硫回收单元由于系统回压瞬间超过联锁设
定值而联锁。2006年3月23日，工套装置临时停
产时，发现超级克劳斯冷凝器安装的破沫网质量远
远达不到设计要求，随之按要求更换了破沫网。在
2008年大修中，更换为低压降的静态混合器，系统
回压明显下降。
3．7设备质量
3．7．1主燃烧器
Ⅱ套主燃烧器在2007年3月8日和4月3日，
局部表面温度曾出现过两次偏高的现象，分析原因
主要是：频繁的停电停车使耐火材料频繁地升温、降
温，造成耐热衬里出现较大的裂纹，因此稳定的供电
质量是保证设备安全平稳运行的有效条件。
3．7．2各级再热炉
2006年生产班组在例行巡检时，发现I套回收
装置一级再热炉混合室前的顶部发红，经检查确认
为高温部位衬里局部垮塌，造成该单元停产6天。
同年大修检查发现，Ⅱ套一级再热炉同样部位的衬
里也出现局部垮塌和龟裂，尾气焚烧炉高温部位衬
里严重垮塌(图2)。更换合格的耐火材料重新按照
标准进行筑炉烘炉后投入使用，运行至今未发生垮
塌问题。
3．7．3液硫池
2007年，先后发现I／II套液硫池耐热衬里垮
塌，影响液硫池液硫外输和硫磺产品质量。2008
年，对液硫池重新进行了整改，取消了耐火砖衬里，
改用钢板焊接而成(图3)。修建液硫池建议考虑液
硫对耐热材料腐蚀和热变形。
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图2 -级再； 熟炉混合室顶部耐火衬里垮塌后翻 l红
4辅助生产设施及公用工程
4．1硫磺成型
硫磺成型采用钢带造粒机，两列，每列每小时最
大处理能力6 t。来自硫磺回收装置的液体硫磺冷
却、成型，生产出半球形固体硫磺，然后称量装袋(每
袋50 kg)、封口后暂时储存。硫磺成型设备大部分
均采用不锈钢制作，在运行中主要存在以下问题：
(1)在设计转速运行时，钢带的从动滚筒窜动
幅度大，引起钢带频繁出现跑偏，钢带减速器温度
高。
(2)布料器与钢带之间不能保持相对稳定的问
距(按厂家技术资料要求为5mm～10mm)；造粒
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石油与天然气化工
CHEMICAL ENGINEERING OF OIL &amp;amp; GAS 97
效果差，9O 成品硫磺是片状，粉尘含量重。
(3)由于钢带长期存在跑偏现象，导致钢带变
形严重。变形后，钢带运行中上下起伏过大，下料刮
刀受力不均，易造成刮刀受损，钢带局部磨损严重
(图4)。
— ：I ▲ 图4 钢带出现裂纹 钢带出现破损
4．2给水系统
高位水池与装置高程差约90 m，由于落差大易
产生水锤现象。当发生水锤现象时，给水压力波动
较大，严重时压力可达到1．2 MPa。尽管在进装置
的水管线上安装了减压阀，但减压阀抗击水锤的能
力差，不利于水处理设备和埋地水管网的安全运行。
高位水池无液位信号传输至中控室，在2008年
7月16日凌晨，苏家水厂到高位水池水管线因施工
造成水管线保护不当而破裂，高位水池无新鲜水供
应装置，分厂经过】】个小时的抢修后水管线恢复供
水。目前已将液位计和报警信号传输至中控室。
4．3蒸汽系统
忠县分厂的两台锅炉为卧式燃气快装全自动蒸
汽锅炉。型号为WNS15—1．25一YQ型，为保证锅
炉的安全，燃烧机选用配备了检漏装置的敦威
TG64OY型燃烧机。燃烧机运行时机体振动幅度达
0．3 mm，噪声约90 dB，连续多次发生电机轴承损
坏事故，通过增设变频调速器解决了此类事故。振
动幅值降为0．018 mm，轴承的使用寿命得到最大
限度的延长；电机转速和运行电流降低了一半；燃烧
机的噪音值低于70 dB，达到了节能和环保要求。
新鲜水通过软水器、除盐水装置、除氧水装置处
理合格后供给锅炉。几年的运行表明，锅炉给水系
统运行较好，但是除盐水装置的反渗透(RO)膜处理
耗水量较大，浓水直接外排浪费了大量的外排水，增
加了污水单元的处理量。将浓水作为循环水系统的
补充水，每年可节约2．5×10 m。新鲜水，取得了显
著经济效益。
4．4放空系统
忠县分厂两套装置共用一座放空火炬，高压放
空火炬和酸气放空火炬分别设置，独立控制。火炬
点火方式有全自动高空电点火和地面手动爆燃内传
火两种，可靠性较高。
装置运行4年以来，由于紧急停电导致装置被
迫放空次数达100次以上，火炬及放空系统运行都
很正常。但在几年的生产运行中也发现了一些问
题，影响着放空系统安全运行：
(1)先导式安全阀倒流。先导式安全阀因其结
构和作用原理的原因，存在倒流问题。当安全阀出
口压力高于进口压力时，安全阀失去作用，成为直通
状态。解决措施是在存在倒流情况的安全阀上安装
防回流装置。
(2)装置联锁放空系统设计不妥。忠县分厂两
套装置共6处联锁放空，每处放空均按300×10
m。／d设计，各放空调节阀都采用了气关阀，联锁阀
作用方式如表2所示。因此，一旦发生仪表停电或
仪表风压力过低，都会造成6处联锁放空口全量放
空，放空量严重超出设计值，造成放空系统超压，影
响装置安全。
序号 联锁阀名称
l 原料气进厂联锁阀
2 原料气放空联锁阀
3 湿净化气切断联锁阀
4 湿净化气放空联锁阀
5 产品气出厂联锁阀
6 产品气放空联锁阀
联锁阀位号执行机构类型作用方式
SDV一1101 单气缸 失电关
SDV一1102 单气缸 失电开
SDV一1201 单气缸 失电关
SDV一1202 单气缸 失电开
SDV一1301 双气缸 失电关
SDV一1302 双气缸 失电开
解决措施：原料气放空联锁阀作用方式维持原
状，将湿净化气、产品气放空联锁阀以及产品气出站
联锁阀采用双气缸、双电控作用方式，一旦发生仪表
序号 联锁阀名称
1 湿净化气切断联锁阀
2 湿净化气放空联锁阀
3 产品气出厂联锁阅
4 产品气放空联锁阀
联锁阀位号执行机构类型作用方式
SDV一1201 双气缸 双电控
SDV一1202 双气缸 双电控
SDV一1301 双气缸 双电控
sDV一1302 双气缸 双电控
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忠县净化厂天然气净化装置安全运行评价
停电或仪表风压力过低，均保持原状不动作，放空系
统的安全性大大提高(表3)。
4．5燃料气系统
燃料气系统设计单套供气能力1400 m。／h
(20℃ ，101．325 kPa)。脱硫装置闪蒸气、脱水装置
闪蒸气和干净化天然气降压后汇合在一起作为燃料
气。两套燃料气系统并联在一起，当一套装置停工
时，单套燃料气系统可以满足装置的燃料气需求。
但是燃料气系统燃气调压阀节流现象明显，噪音较
大，冬季时管线结冰较严重。采用紫铜管对该管线
蒸汽伴热，有效地降低了管线结冰。
5装置供电
2006年至2008年，装置受外部供电及雷雨天
气影响，导致设备停车放空达68次。2007年5月，
110 kV电站建成投运后，供电质量得到明显改善。
2008年又对重要动设备重启动装置进行了改造，将
控制电源由电网供电改为UPS供电，改造后，装置
抗电压波动能力得到明显提高。
6结束语
忠县净化厂天然气净化装置运行4年来，部分
设备出现故障，加之装置多次停电停产，暴露出一些
设计和施工中存在的问题。在装置进行大修检查
时，对存在的问题进行了消缺整改，为装置长周期平
稳运行奠定了坚实基础。
主要参考文献
1忠县分厂天然气净化装置操作规程．2007，9
2天然气净化技术座谈会论文集．2005，12
3宋文中．忠县净化厂运行一年评价．重庆天然气净化总厂生产、技
术及检修座谈会论文集
作者简介
曾 强：男，生于1982年，2005年毕业于西南石油大学化学工
程与工艺专业，助理工程师。现任重庆天然气净化总厂忠县分厂净
化工段副工段长，主要从事天然气净化工作。地址(404307)：重庆市
忠县忠州镇·灯树。
编辑：冯学军
(上接第85页)
(5)母线电压未恢复，DC—BANK系统的直流
支撑系统给变频器供电5 min，5 rain后直流支撑系
统撤出对变频器的供电。
3．3系统的安全性
(1)直流支撑系统与变频器组成的电机不停电
系统具有可靠的系统安全性。该供电系统与变频器
是分布式结构，该供电系统应用后完全不影响原有
变频器的使用方式及性能，在母线电压正常时该系
统仅作为后备电源。这时直流支撑系统的投入和退
出，不会对变频器产生任何影响。
(2)该系统与变频器之间有十分可靠的隔离保
护设计，当一台变频器出现故障，不会影响其它变频
器的正常运行。
(3)在检测维修时，每个回路直流支撑系统均
可单独与母线分离，以便于维修。
(4)监控单元上备有保护变频器母线晃电、失
电到充电电压实时记录。运行人员可以事后在监控
单元上查询记录。
(5)根据需要设备可以实现“遥控、遥测、遥信”
等功能。
4结论
目前忠县分厂安装有变频器的有如下主要设
备：4台往复泵、2台燃烧机、2台循环水风机。这些
设备都是一用一备，负荷不大，只需安装一套抗晃电
系统就能分别满足各用电设备抗晃电要求。抗晃电
系统的直流母线有多个输出回路，每一个回路均能
带一定的负荷。虽然安装了变频器的设备不在同一
单元，但是抗晃电系统直流母线供电能力较强，在
400 m 的范围内都能够满足要求，因此将抗晃电系
统安装到控制室内，分别给各变频器提供不问断直
流电源，已满足实际工况要求。
主要参考文献
1南京国臣信息自动化有限公司DC-BANK技术方案。
作者简介
王德全：男，1967年生。1988年12月毕业于承德石油校电气
自动化专业，电气工程师。从事电气技术管理工作。
编 辑：杨 兰

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