天然气净化装置腐蚀因素定量分析与防护措施.pdf

第 3 4 卷第 1 2 2 0 1 5 ． 1 2 技 术纵 横 天然气净化装置腐蚀因素定量分析与防护措施 李岳祥 ’ 李文 秀 刘鑫 ’ 罗泽松 。 1 哈尔滨 石油学 院 2辽 河石 油勘 探局 石油 化工 总厂 3 四川 石油 天然 气建 设工 程有 限责 任公 司 摘 要 天 然 气净化 装 置 的腐 蚀 将给 净 化 厂 带 来 巨大 的 经济损 失 。基 于此 ，主要 从 影 响 腐蚀 的 因素 出发 ，定量 分析 溶液 酸 气 负荷 、温度 、降 解产 物 以及 溶 液胺 溶度 等 对 天然 气装 置 管 线 的 腐蚀 程度 ，研 究 结果表 明 液 相腐 蚀 速 率 明显 高于 气相 腐蚀 速 率 ；吸收 塔 、再 生塔塔 内温 度 不 易过 高 ，尽 量 保 证在 1 0 0。 C左 右 ；同 时应 注 意控 制 降 解 产物 的 生成 ，减 小 降解 产 物 对溶 液 的 腐 蚀 MDE A水溶 液质 量 分 数越 大 ，溶 液 中 气 、液相 的 腐蚀 速 率越 高 ，一般 选取 4 0 ％的 MDE A水 溶 液 。针 对上 述 腐蚀 问题 ，在 实 际 生 产运 行 中 ，提 出 了几 点 防 护措 施 根 据 具体 装 置介 质特 性 ，选择 合 适 的 装置 覆 盖层 和 村 里材 料 ；材 料 选 取要 考 虑 耐腐 蚀 性 以及 材料 之 间的 热膨 胀 系数 匹配度 ；应 用在 线腐 蚀 监 测 系统 ，可 准确找 出腐 蚀部 位 ，脱硫 装 置 再 生塔 、高 温 富液 管线 以及 高温贫液管线是腐蚀最严重的部位 ，采取过 滤分 离器和修补技 术，可有效降低含硫 气体，减小 降解 产物 对设备 的 腐蚀 和磨损 。 关键 词 天然气 ；净化装 置 ；腐蚀 ；防护措 施 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 - 6 8 9 6 ． 2 0 1 5 ． 1 2 ． 0 3 1 1 腐蚀 因素定 量评价 按 天然气 净 化装 置腐 蚀部 位 ，可 以将腐 蚀分 为 装 置 内部腐蚀 与 外部 腐蚀 。装 置 内部腐 蚀可 从 溶液 酸气负荷 、温度 、降解产物以及溶液胺溶度等方面 分析” 。 ；外 部腐 蚀可 从管 线温 差 、装置 保温 ，装 置 表面涂料等方面分析。下面主要针对内部腐蚀因素 做定 量分 析 。 1 ． 1 溶 液酸 气 负荷定 量影 响 在 实 验 室 9 0。 C条 件 下 ，将 装 有 4 0 ％MD E A水 溶 液 ，通 人 摩 尔 比为 1 1 ． 8的 C O 和 H S ，考 察 不 同比例组分的酸气负荷腐蚀速率 ，实验结果见表 1 。 从 表 1 可 知 ，在 9 0。 C下 ，溶 液 气 相 和液 相 的腐 蚀 速 率 随酸气 负荷 的增加 而变 快 ，液相 腐蚀 速率 相较 气 相腐 蚀 速 率更 快 ，最 高 可达 0． 0 5 9 7 mm ／ a ，气相 腐 蚀 速 率 最 高为 0 ． 0 3 1 8 mm ／ a ，液相 腐 蚀 速 率 高 出 O ． 0 2 7 9 m m／ a 。 以气 相腐 蚀 速率 为 基 准 ，随 酸 气 负 荷 的增 加 ，气 、液 相腐蚀 速 率增 幅均 超过 6 0 ％，最 高 超过 了 3 O 0 ％。当溶 液 巾含有 0． 6 5 7 too l 的酸 气负 荷 时 ，腐蚀 现象 为液相 局 部腐蚀 。 表 1 不 同 比例 组 分 的酸 气 负 荷 腐 蚀 速 率 实 验 数 据 1 ． 2温 度定 量影 响分 析 在 不 同 的温 度 下 ，将 4 0 ％MD E A水 溶 液 通 人 1 ． 3 5 8 mo l ／ L的 C O 2 0 ． 5 8 9 mo l ／ L的 H2 S ，考 察 温 度对 腐蚀 速率 的影 响 ，实验 结果 如 图 1 所示 。 ● 冒 瓣 瑙 西 惶 图 1 温度对腐蚀速率定量关系 从 图 1 可 知 ，气 、液 相腐 蚀 速 率 随着 温度 的增 加 而 加 快 。温 度 低 于 1 0 0。 C时 ，气 、液 相 腐 蚀 速 率 变 化 缓 慢 ，但 均 有 小 幅上 升 ；温 度 高 于 1 0 0。 C 时 ，溶 液气 、液相腐 蚀 速率 变化 幅度 加大 ，液相腐 蚀 速 率 变 化 更 快 ， 曲 线 更 陡 ， 腐 蚀 速 率 超 过 了 O ． 2 0 0 mm／ a，这 说 明温 度影 响 挂 片表 面膜 结构 的生 成 、影 响膜 生 成致 密度 、稳 定性 以及 速率 。 凶此 ， 吸 收 塔 、再 生 塔 塔 内 温 度 不 易 过 高 ，尽 量 保 证 在 1 。 C左有 ，过 高会 导致 腐蚀 速率 增加 过快 。 1 ． 3降解 产 物定 量影 响分 析 在 1 3 0。 C室 内 环 境 下 ，加 人 体 积 分 数 为 O ． 7 ％ 的 降解有 机 物于 MD E A溶液 中 ，观察 降 解产 物 与腐 一 8 0 油气 田地 面工 程 h t t p ／／ www． y qt dmgc． corn 第 3 4 卷第 1 2 期 2 0 1 5 ． 1 2 技 术纵 横 蚀 速率 的变 化 ，实验 结果 如 图 2 所 示 。 I 。 4 - _ 甲纂哌嚷 2 一 羟 乙基一 4 一甲基哌嗉 撵 M N _ 二 甲基 乙胺 菱 甲 基 一 乙 醇 胺 逝 甲 基 一 乙 醇 版 N ， N ， N ， N - 四 羟乙基 乙胺 空 白 0 0 ． 0 2 0 ． 0 4 0 ． 0 6 腐蚀速率／ m a - l 图 2 降解产物 与腐蚀速 率关系 从图2 可知 ，不同的降解产物分别置于4 0％的 MD E A水溶液 中，腐蚀速率不 同，与空白试验对 比 均 有 所 增 加 。 放 有 甲基 一 乙 醇 胺 溶 液 腐 蚀 速 率 最 高 ，超 过 了 0 ． 0 6 m m／ a ，相对 于 空 白试 验腐 蚀 速 率 增加 了 1 1 倍 以上 。N， N， N， N 一 四 羟 乙基 乙二胺 腐 蚀 速 率 也 到 达 了 0 ． 0 5 m m ／ a ，增 幅其 次 。 1 ， 4 一 二 甲 基 哌 嗪腐蚀 速 率 最低 ，不 到 0 ． 0 1 m m／ a 。实 验 表 明 挂片表面均有不 同程度的腐蚀。在使用降解产 物 时 ，应 该 注意 控制 降解 产物 的生成 ，减 小 降解产 物对 溶液 的腐 蚀 。 1 ． 4溶 液胺 浓度 定 量影 响分 析 在 室 内 9 0。 C温 度 下 ，在 3 0 ％ 、4 0 ％ 、 5 O ％ 、 6 0 ％的 MD E A水 溶 液 中 ，分 别 通 人 H 。 S 和 C O ，直 至 酸 气 负荷 浓 度 达 到 0 ． 6 5 mo l0 ． 4 0 too l 的 H S和 0 ． 2 5 mo l 的 C O ，置 于 同一 温 度 下 ，观 察静 态 挂 片 实验现象，定量统计不同质量分数的溶液腐蚀速率 大 小 ，实验 结果 如 图 3 所示 。 0 ． 0 6 量 纂 o ． 0 4 强 矮 0 ． 0 2 0 ■ 液相 1 一 气相 ． ． ． 4 0 5 0 Co 1 溶液质量 分数／ ％ 图 3 不 同溶液 质量分数 与腐蚀 速率关系 从 图 3 可知 ，在 同一 温度 以及 酸气 负 荷浓 度 一 样 的 情 况下 ，在 相 同 酸气 负 荷 、相 同温 度 条件 下 ， MD E A水 溶 液质 量分 数 越 大 ，溶 液 中气 、液 相 的腐 蚀 速 率越 高 ，其 中 ，气 相 的腐蚀 速 率小 于 液相 ，并 且 气 相 的 腐 蚀 速 率 增 幅 明 显 小 于液 相 腐 蚀 速 率 增 幅 。实 验表 明 MDEA水 溶液 质 量分 数 对腐 蚀 速率 影 响 较 大 。在 天 然 气 净 化 厂 应 该 配 置 合 理 浓 度 的 MD E A溶 液 ，这样 既 能满 足 天然 气 净化 需 要 ，又能 吸收掉更多 的H z s ，有效地降低溶液对装置设备的 腐蚀 程 度 。一般 天 然气 净化 厂选 取 4 0 ％质 量分 数 的 MD E A溶液较为合适 。 2 脱硫装 置室 内模 拟实验 模 拟 现 场 实 际 条 件 下 ，脱 硫 装 置 腐 蚀 变 化 情 况。实验材料及条件 ①2 0 R钢制试片 ；②4 0 ％的 MD E A 水 溶 液 ；③ 酸 气 负 荷 质 量 分 数 H S和 C O 占原 料 天 然 气 比重 分 别 为 1 O ． 5 0 ％ 一l 1 ． 6 3 ％ 、 7 ． 8 6％ 一9 ． 2 5 ％；④溶 液 中 ，H 。 S和 C O 质 量 浓度 分 别 为 5 5 5 7 g ／ L 、3 8 ～4 0 g ／ L ；⑤ 2 4 h实验 时 间[ 6 7 1 o 实验 结果 如所 4 示 。 0 ． o 9 O 。 0 8 0 ． 0 7 目0 ． 0 6 瓣 0 ． 0 5 翼 0 ． 0 4 旗0 ． 0 3 0 ． 0 2 O ． O l 0 - ● ‘ -． ■ ． l I 箍 箍 跨 霹 罂 } L 辫 辫 攥 辫 哥 删 州 馔 辫 障 障 辫 辫 螫 划 豫 悻 评 价 部 位 图 4 净 化 装 置 不 同部 位 腐 蚀速 率 从 图 4 可 知 ，吸收塔 上 部腐 蚀 速 率最 低 ，吸收 塔 中下部 比上部腐蚀略高 ；再生塔不同部位是吸收 塔腐蚀速率 的6 8 倍 ，再生塔底 、中、顶腐蚀速率 依次变小 ，其 中，再生塔底液相腐蚀速率高于气相 腐蚀 速 率 。这说 明吸 收塔 中 H S 与 MD E A溶 液 反应 迅速 ，几 乎 达到 平衡 负荷 状 态 ，并 且 生产 的产 物对 吸收塔 腐蚀 可 忽略 ；相 反 ，在高 温环 境下 ，再 生塔 解析出更多 的H S ，促使生产的产物对再生塔腐蚀 速 率加 快 ， 以上 认 识 均 与天 然 气 净 化 厂 现 场情 况 一 致 。 3 防腐措施 3 ． 1 装置 覆 盖层 3 ． 1 ． 1 表 层涂料 市 面上 的管道 涂 层材 料有 很 多 ，而且 不 同材 料 其性能也不尽相同，目前对涂层材料的要求 国内外 尚未 有统 一 标准 ，实 际选 择涂 层 材料 过程 中 ，应该 根 据输送 管 道材 质 、天 然气组 分 、气 质 和温度 等条 件 ，选 取 适 当 的 材 料 。例 如 湿 气 本 身含 有 水 分 较 多 ，应 该选 用 环氧 酚醛 型或 环 氧型涂 层 材料 ；天 然 气 含硫 成分 较 多 的情况 下 ，应选 取环 氧 型材料 ；净 化 厂 在 附近几 公里 范 围 内 ，输 送 的工艺 气温 度高 达 油气 田地 面工 程 h t t p ／ ／ ww w． y q t d r n g c ． c o rn 8 l 一 第 3 4 卷第 1 2 期 2 0 1 5 ． 1 2 技 术纵 横 6 O。 C 的 情 况下 ，应 选 取 环 氧 酚 醛 材料 ，这 种 材 料 耐高温 性 能强 。 3 ． 1 ． 2 衬 里 在天然气净化装置内表面 ，主要是根据具体介 质特性来制作衬里层 ，跟据不同需要设置橡胶 、塑 料 和玻璃 钢 等衬 里 ，在天 然气 净化 过程 中或 者短 暂 的检 修 过程 中 ，一般 不可 能对 设备 内衬 里进 行施 工 作业 。 3 ． 2 选材 以重庆 天然 气 净化 总 厂 引进 的型 号为 E - 1 2 0 1 B 的脱硫再生塔重沸器为例 ，该装置出口贫液管道在 使用初 始 发生 过 多次腐 蚀 穿孔情 况 ，具体 事 故情 况 表 2 天然气净化厂腐蚀 穿孔情况统计 。 孵伺 _一 ⋯ 叠 腐 情况 0 l ≯ _ 一处理结果 2 0 0 3 0 1 0 8 E 一 1 2 0 1 B贫液出 口本体弯头穿孔 制作管卡 ，卡管成功 2 0 0 3 0 1 2 1 E 一 1 2 0 1 B贫液出 口本体弯头穿孔 制作管卡 ，卡管成功 2 0 0 3 0 1 3 1 E 一 1 2 0 1 B贫液出 口本体弯头穿孔 制作管卡 ，卡管成功 2 0 0 3 0 3 1 6 E 一 1 2 0 1 B贫液 出口本体弯头穿孔 制作管卡 ，卡管成功 2 0 0 3 0 4 0 9 E 一 1 2 0 1 B贫液 出口本体弯头穿孔 用胶皮捆绑 2 0 0 3 0 4 1 6 胶皮捆绑处泄漏 已有四处管卡 ，只能用胶皮捆绑 ，微漏 如 表 2 所 示 。 2 0 0 5 年 9 月 ，对该 装置 进行 了一次 大修 ，利用 j元 复合管 取代 E 一 1 2 0 1 B贫 液 口管 ，运 行 至今 均 未 出现一 次泄 漏事 故 。为 了了解 管线 质量 问题 ，将 该 管线 拆开 后发 现最 里 面一层 材 料有 裂纹 。这 说 明 选 材 时 ，不仅 要考 虑满 足材 料 的耐腐 蚀 性 ，而 且也 要考 虑材 料 之间 的热 膨胀 系数 配 度 ，这就 对材 料 机械 方面性 能 提 出了更 高 的要 求 。 3 ． 3 脱硫 净 化装置 腐蚀 在线 监测 处 于高温 贫液 腐蚀 环境 的有换 热器 壳程 、高 温 贫液 管线 和再 生塔 塔底 ，再 生塔 底液 流 速度低 于 管 线 内部 ，因此 ，电化学 腐蚀 方 面管线 内部相对 更 严 重 ，在设 置腐 蚀监 测点 的 时候 ，应 该将 电化学 腐 蚀 监 测点 置于 高温 贫液 管线 ，而 非再生 塔底 。 与 高 温 贫 液 管 线 相 比 ，换 热 器壳 程 温 度 低 一 些 ，基 于此 ，也 需要 将腐 蚀监 测 点置 于高 温贫 液管 线 上 ，撤销 换热 器壳 程 的腐蚀 监测 点 。属 于高温 富 液 环境 的有 高温 富液 管线 、换 热 器管程 ，高温 富液 管 线 内温 要 高 于 换 热 器 管 程 内部 温 度 ， 同样 的道 理 ，将腐 蚀 监测 点置 于高 温 富液管 线上 ，而非换 热 器 管程 。这 样 可 以为净 化厂提 供精 确 的在 线腐 蚀监 测 系统 ，也 为 安全管 理 提供及 时有效 的装 置管 线腐 蚀信 息 。 4 结论 从天 然气 净化 装置 腐蚀 的机 理 出发 ，结 合室 内 模 拟 实验 ，深 入分 析 和 了解 影 响腐蚀 速 率 的各项 因 素 ，定量 掌握 溶液 酸气 负荷 、温度 、降解 产 物 以及 溶 液胺 溶度 等对 装 置 、管线 腐蚀 程度 ，通 过控 制 酸 气 负荷 质量 分数 、降低 生产 产物 等措 施减 小装 置设 备的腐 蚀速 度 。 脱硫装置再生塔 、高温富液管线 以及 高温贫液 管 线是 腐蚀 最严 重 的部 位 ，采取 过滤 分 离器 和修 补 技 术 ，可有 效 降低 含硫 气体 ，减 小 降解 产物对 设 备 的腐蚀 、磨损 ，再结合在线腐蚀监测系统 ，可 以准 确地 找到 腐蚀 部位 ，及 时地 给予 修 补 ，提高 了设 备 的运 行效 率 ，可避 免腐 蚀 事故 补救 不及 时 ，造 成 的 巨大经济损失 ，延长设 备使用周期的同时 ，提高装 置运行 的安全性 和 可靠性 。 参考 文献 【 1 】 李静 ，刘刚著腐蚀对 川中8 1 0 m ／ d天然气处弹装 胃的影响 和对策分析_ J _ 石油机械 ，2 0 0 4 2 l 2 3 - i 2 7 [ 2 J 罗 吲民 ，何奉儒 ，徐 仕利脱硫 再生塔及重 沸器腐蚀 原闪分析 j 对策I J [ _化肥设计 ，2 0 0 6 ， 4 4 4 4 1 4 2 扈伟杰 ，沈 本贤 ，孙辉 ，等．影 响脱硫溶剂 U D S 与 MD E A腐 蚀 性 诸 因素考 察及 比较 I J ]． 石油 与天然 气化 T ‘ ，2 0 1 0 ，3 9 3 2 1 3 2 1 7 ． 1 4 j 庸伟 ，蒋树林 ，霄英 天然气净 化装置 的腐 蚀 与防 护l l】 1 _化 学 _ I ． 、 I 与工程技 术 ，2 0 1 l ，3 2 2 5 4 5 7 涂 乙，吴萌 ，管丽 ，等 ．注水 开发 油 m结垢 影 响 素分 析⋯ 1 油气储运 ，2 0 1 0，2 9 2 9 7 9 9 ． 唐荣武 ，I1 f 茂 舄，何 大容 ，等浅析天然 L 净化装置 的腐 蚀 防护[ 石油 与天然气化 1 ． ，2 0 0 8 ，3 7 3 2 1 4 - 2 1 6 ． f 7 】 何金龙 ，胡天友 ，彭修 军．天然气 净化厂脱硫 系统防腐措施 别 究 _ J ] ． 石 油 与 天 然 气 化 【 ． ，2 0 0 6 ，3 5 2 1 L O 1 1 3 [ 第 一 作 者 简 介]李岳 祥 讲 师 ， 2 0 l 3 年 毕 业 于 东 北石 油 大 学油 气井 工程 专业 ，主要 从 事油 气井 3 -艺 理论 与技 术研 究 工作 。 1 5 1 2 4 5 9 2 4 5 2、l y x 4 2 5 1 2 6 ． c o rn 收稿 期2 0l 5 ～0 5 2 7 栏 日主持焦晓梅 8 2 油| I 【 田地 面工程 h t t p ／ ／ www． yqt dmgc． c orn