天然气脱硫工艺的自动控制.pdf

第 3 4 卷第 1 O 期 2 0 1 5 ． 1 0 仪 表电信 天然气脱硫工艺的 自动控制 吴 洋 大庆油田 工程有限 公司 摘要 为满足管输或达到商品气质量要求，需对天然气中含有的 H S 、C O 和有机硫化合物 等酸 性 气体 进 行 脱 除 ，对 大 、 中型 脱硫 碳 装 置 而 言 ，一般 优 先 考 虑采 用 醇胺 法脱硫 。采 用 醇胺 法 脱硫 工 艺流程 的主 要设 备 有 脱硫 吸 收 塔 、再 生塔 ，根 据 工 艺介 质条 件 、 工 艺设备 脱 硫 吸收塔、再生塔的结构特性并考虑工艺设备安全 ，设置满足相应工况的 自控设备 ，采用 串级 调 节、分程控制 以及超 限报警联锁等 多种 自动控制方案 ，实现 最佳脱硫效果 ，保护人员及 工艺 设 备 的安 全 。 关键 词 天 然气 脱硫 ；吸收 塔 ；再生 塔 ；自动控制 d o i 1 0． 3 9 69 ／ i ． i s s n． 1 0 0 6 -6 89 6 ． 2 01 5 ． 1 0 ． 0 3 0 1 脱硫 的定义 与方法 从天然气 中脱 除酸性 组分的工艺过 程称为脱 硫 、脱碳 ，习惯上统称为天然气脱硫。 脱 硫按 作用 机 理可 分 为化学 吸收法 、物 理 吸收 法 、物 理 一 化 学 吸 收 法 、直接 氧化 法 、固体 吸收／ 吸附法及膜分离法等。按脱硫剂形态不同可分为固 体脱硫法 、液体脱硫法 。 天 然气 脱硫 碳 方法 尽管 很 多 ，但 对 大 、中 型 脱硫 碳 装 置 而言 ，一 般 总是 优先 考虑 采用 醇 胺 法 化学 吸收 法 的一 种 。 这是 因为 该 法不 但 技 术 成熟 ，而且 溶剂来 源 方便 ，有 很 强 的适应 性 ，因 此是 目前使用最多和最为主要的一种脱硫方法 。 醇 胺 类 化 合 物 中 至少 含 有 一 个 羟 基 和 一 个 胺 基 ，羟 基可 降低 化 合物 蒸 汽压 ，并 增加 其在 水 中 的 溶 解度 ；而 胺基 则 为水 溶液 提供 必 要 的碱度 ，促 进 对 酸 性 组 分 的 吸 收 。醇 胺 与 H S 和 c o 。 发生 化 学 反 应 进而 脱除 H S 和 C 0 。 ，反 应 可逆 。 2 天然气脱硫工 艺流程 从 气井 来气 首先 经 过原 料气 过 滤分 离器 进入 吸 收 塔 ，含硫 天 然气 自吸收塔 底 由下 而上 与 醇胺液 逆 流 接触 。脱 除 酸气后 从 吸 收塔顶 部 出来 ，成 为湿 净 化 气 。 吸收 了 H S 的醇 胺 液 叫 富液 ，首 先 在 闪蒸 塔 内闪蒸 至 中压 ，脱 除烃 类气 ，然 后通 过 贫 富液换 热 器将 贫 液 中的热 量 回收 后进 入再 生塔 进行 解 吸 。吸 收 了 H S 的 富液 在换 热 后 ，由塔 的上部 进 入塔 内 白 上 而下 流动 ，与塔底 重 沸器 提供 的蒸 汽 逆流 接触 进 行传热传质 。半贫液从塔中抽出后进入重沸器中加 热 ，使其 部 分 汽 化 ，以提 供 塔 所需 要 的汽 提蒸 汽 。 当采 用 热 虹 吸 式 重 沸 器 时 ，重 沸 器 出 口为 气 液 两 相 ，并从塔 的下部进入塔内，气相即为向上流动的 汽 提蒸 汽 ，液相 部分 流 人塔底 成 为再 生 贫液 。被 汽 提 出来 的酸 性 气 体 主要 是 H 。 s 、c o 。 和水 蒸 气 的 混 合物 从 再生 塔顶 排 出 ，经 回流 收集罐 冷凝 冷却 后 分为 气液 两相 ，气 相 即酸气 去 硫磺 回收装 置 或 c o 回收装 置 ；液相 即 酸性 水 打 入再 生 塔顶 作为回流 ，以保持溶液中水组分的平衡并降低溶剂 的蒸 发 损失 。塔 底贫 液 通过 贫 富液换 热器 和贫 液冷 却 器将 贫液 温度 降低 后 ，通 过泵 送 回吸 收塔顶 部继 续循 环使 用 。 3 天然气脱硫工 艺与控制 天 然气 脱硫 工艺 自控 流程 如 图 1 所 示 。 1 脱 硫装 置经 常 发生 的腐 蚀和 溶剂 发泡 、换 热设备热阻增加等都与溶液中存在过多的外来物质 有关 。烃液 和 固体夹 带 物通 常是 引起 吸 收塔发 泡 的 原 因 。此外 ，加 入 到气井 中的缓 蚀剂 、钻 井液 及 酸 化液等都可能带人装置而污染溶液 ，因此原料气进 吸 收塔 之前 应进 行分 离 、过 滤 。分离 器人 口设 置进 装置原料天然气超压联锁保护系统。当原料天然气 压 力 超 过 设 定 值 时 ，联 锁 保 护 系 统 开 启 放 空 联 锁 阀 。 2 脱 硫 吸收塔 的作 用是 利 用溶 剂来 吸收 天然 气 中的 Hz S 从 而 达 到脱 硫 的 目的。工 作 介质 为 原料 天 然气 和脱 硫 剂 醇 胺 液 。脱 硫 吸 收塔 通 常采 用 浮 阀塔 。从 气 井来 的原 料 天 然气 经 分 离 和过 滤 后 ， 从塔 的下 部 进入 ， 自下 而上 流动 。脱硫 剂 从塔 的上 部进 入 ， 自上而 下流 动 ；两者 在 塔板 上逆 向接 触进 行传质 ，经数层塔板后 ，原料气 中的 H S 被脱硫剂 吸 收成 为净 化气 ，并 从塔 顶 流 出 。对 进 吸收塔 的原 料气 及 醇胺 液进 行 流量计 量 、调 节 以确保 原料 气 与 口 油 气 田 地 面 工 程 h tt p ／ ／ w w w ．y q td m g c ．c o rn 一 7 7 第 3 4 卷第 1 O 期 2 0 1 5 ． 1 0 仪 表 电信 图 1 天 然气脱硫工艺 自控流程 醇 胺液 能够 充分 有效 地接 触 ；为保 证 原料 气计 量精 度 ，按 照压 力 、温度 的变 化 进行全 补偿 流 量计 算 和 累积 。脱硫 吸收 塔 的稳定 压力 是保 证脱 硫 正 常运转 的重 要 措 施 ，在 净 化 气 输 出管 线 上 设 置 压 力 控 制 阀，以维持脱硫 吸收塔的稳定压力。脱硫吸收塔液 位是保证脱硫装置正常运转的主要参数 ，当液位过 低 造成 吸收塔 高压 气体 窜入 低压 闪蒸 塔或 进 入再 生 塔 时 ，将会 造 成设 备损 坏 的重大 事故 。因此 ，液位 控 制 系 统设 计应 尽 可能 完善 可 靠 ，塔 底 液位 设 2 个 调节 阀 ，当 调节 阀 l 不 能稳 定 液 位 时 ，调 节 阀 2 投 入使用 ，将液位调节到设定值 ；除设置吸收塔液位 调节控制外还应设超低液位联锁保护。 3 脱硫吸收塔的富液进入低压再生塔 ，随着 压力 的 降低 和温度 的提 高 ，在 吸收 塔 中吸收 的 酸性 气 体 H 。 S和 C O 被 解 析 出 来 ，完 成 溶 液 的 再 生 过 程 。塔 顶 的 回 流 比改 变 是 再 生 塔 热 平 衡 的 直 接 反 应 ，回流 比可 由塔顶 温度 间接 控制 。通 过再 生塔 底 蒸 汽流 量 主 回路 以及 塔 顶温度 副 回路 串级 控制 ，以流量为主调 回路 ，温度为副 回路 ，主调回 路为定值控制 ，副回路为随动控制 以达到最佳再生 温度 ，防止产生温度过低影响再生效果及温度过高 可 能造 成 的溶液 降解 等 问题 。另外 回液收 集罐 的酸 水 回流 控制 采 用液位 调节 方 式 。保 证 再生塔 酸 性气 体 解析 的重要 控制 点在 于保 持再 生塔 压 力稳定 ，其 方法 是设 置对 回液 收集 罐压 力 实行分 程 控制 的调 节 阀3 和调节 阀4 。正常操 作时 ，控制去硫磺 回收装 置 的调 节 阀 3 ；当 回 收装 置事 故 联 锁 切 断酸 气 时 ， 压力控制 自动过渡 到通往 酸气放 空火炬的调节 阀 4 ，为保 证 正 常 运 转 时 酸气 不 泄漏 ，调 节 阀 4 应 采 用 调节 切断 型调 节 阀。 4 结 语 由 于 吸收 塔 出 口的分 程 调 节 阀 1 、调 节 阀 2 压 降较大，应采用多级降压套筒阀 。 当 回液收 集罐 的停 留时 间较 长 ，酸水 回流可 以 采 用 流量 控制 ，此 时 回液收 集罐 可 以只设 液位 指示 报 警 装置 。 在保 证再 生贫 液质 量 的前提 下 ，为 了减 少蒸 汽 消耗 量 ，还可 以采 用贫 液 中酸气 质量 反馈 控 制重 沸 器蒸 汽流量 的在线质 量控 制 系统 。 另外 ，用 塔顶 温度 控 制来 间接 控制 同流 比的方 案 不是 对 所有 酸 气 再 生塔 都 合 适 的 ，如 在 S C O T装 置 的再 生塔 和酸 水气提 塔 的控 制方 案 中 ，因塔顶 温 度对 回流 比的变化 不敏 感 而不宜 采用 。 参 考 文献 【 l 】 梁平 ． 天然 气集 输技 术 【 M1 ． 北京 石 油 T业 出版社 ，2 0 0 8 1 2 9 ． [ 2 ] 程云海 ，宋 海英．大 庆油 田天 然气净化厂 监控 系统设 计f J ] ． 中 国仪器仪 表 ，2 0 1 2 S 1 4 4 4 7 ． 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 4 2 0 栏 目 主持关 梅 君 7 8 油气 田地 面工 程 h t t p ／ ／ w ww． y q t d mg c ． c o rn