管输天然气往往会含有少量H2S和CO2, 因此在天然气的输送或者增压过程中, 需要不间断地往管道里注入大量的缓蚀剂, 以防止H2S和CO2对管内壁的腐蚀[1]。而对天然气压气站而言, 需不间断地向管道内注入缓蚀剂, 防止酸性气体腐蚀过滤器、压缩机叶片以及空冷器。尤其是空冷器, 由于空冷器的冷却作用, 在空冷器出口往往会有少量凝液析出, 凝液跟H2S和CO2的结合就更加剧了管道和设备的腐蚀, 因此, 如何在天然气压气站内正确地设置缓蚀剂注入系统, 从而更好地防止管道内壁腐蚀是一个非常重要的问题。
作者结合实际工作中天然气压气站管道缓蚀剂注入系统的设计, 详细地介绍了某天然气压气站内缓蚀剂注入系统设置的要点。
天然气压气站内使用的缓蚀剂选择的是NALCO公司的EC1390A和EC1392A这两种类型缓蚀剂, 二者的主要区别在于EC1390A是水溶性的, 需要用清水来混合; 而EC1392A是油溶性的缓蚀剂, 需要用柴油或凝析油来混合。二者主要性质见表 1[2, 3]。
缓蚀剂可在管道内壁表面形成一层薄膜, 从而防止或抑制H2S和CO2对金属的腐蚀[4]。缓蚀剂与水(或油)的混合比例可参考厂家资料的要求来进行。
但是, 缓蚀剂一般都会对人的皮肤产生强烈刺激性和强烈腐蚀性, 因此在处理缓蚀剂时需做好严格的人身防护。如果不慎溅到皮肤上或眼睛里, 需及时地用大量清水冲洗并及时医治。
天然气压气站管道防腐缓蚀剂注入系统流程如图 1和图 2所示。
从图 1和图 2可以看出:缓蚀剂注入系统由缓蚀剂橇座和分布在站内的各个缓蚀剂注入点组成。
缓蚀剂橇座主要由补水系统(或补油系统)、补药手提泵、药剂罐、标定筒、计量泵、缓冲气囊和其他仪表组成。
缓蚀剂橇座补水系统主要是与水处理系统相连的补水管线。为了防止水中杂质堵塞喷头或缓蚀剂注入管线, 一般要求水质必须是经过处理后的洁净水。一般天然气站场都会有水处理装置, 因此, 缓蚀剂补水水源可使用水处理系统处理后的洁净水源。
缓蚀剂橇座补油系统一般是与储油容器相连的管线。一般天然气站场都采用凝液回收罐里储存的凝析油来混合油基缓蚀剂。
补药系统主要是由补药泵和快速接头组成的。补药泵一般采用电动手提式筒泵, 且为了保证补药时方便快捷, 补药管线一般都采用带有快速接头的软管。
药剂储罐是将水(或油)与缓蚀剂混合均匀的容器。为了保证水(或油)与缓蚀剂混合均匀, 一般都要在药剂罐上安装电动搅拌器, 且在冬季寒冷地带, 为了防止缓蚀剂溶液在冬季结冰, 一般还要求在药剂罐底部安装加热器且在药剂罐外壁加保温层, 以保证药剂温度的恒定。
为了防止药剂罐内因腐蚀产生的锈渣进到注入系统内而堵塞药剂喷头, 一般要求药剂储罐的材质是316SS不锈钢。且为了防止药剂罐体积过大, 造成造价高昂和运输不便, 一般要求药剂罐一次性灌装后可连续使用2~3天。
为了保证缓蚀剂能够连续不断地注入, 通常需要有2个药剂储罐, 一个药剂罐工作, 另一个药剂罐进行缓蚀剂的加注和混合。
缓蚀剂计量泵一般都采用行程可调式柱塞泵, 不同的行程即代表不同的输出流量值, 通过手动调节计量泵的行程, 即可确定计量泵的流量。一般计量泵的行程与计量泵的流量会有一个对应关系, 可在计量泵厂家样本上查得。目前比较著名的缓蚀剂注入用的计量泵主要有LEWA、SEKO、OBL等厂家。图 3和图 4所示的是LEWA公司柱塞式计量泵[5]。
计量泵流量的选择:可按照输送天然气流量来估算, 即在每个注入点处天然气流量每2.832×104 m3/d就需要注入缓蚀剂2 L, 将所有的注入点注入缓蚀剂流量相加, 就得到了计量泵的实际工作流量值。
计量泵扬程的选择:要不小于压力最高的那个药剂注入点处的实际工作压力值。
计量泵材质的选择:为了防止生锈产生的锈渣堵塞喷头, 要求计量泵的泵头采用不锈钢材质, 且为了减少柱塞长时间运行后遭受腐蚀或磨损, 一般都要求柱塞的材质是陶瓷。
计量泵要求一用一备, 且最好定期切换使用这两台计量泵。
计量泵流量标定筒一般安装在计量泵的进口管线上, 它的作用主要是定期地标定计量泵的流量。由于计量泵属于往复式柱塞泵, 在长时间运行后, 因磨损等原因, 可能会导致通过行程调节手柄调出来的计量泵流量跟实际流量不符, 此时就需要再次调节行程手柄, 行程手柄调节后的实际流量值就可通过流量标定筒来进行标定。
如图 1所示:如果想重新标定计量泵A的实际流量值, 则可以首先开阀2, 将标定筒充满缓蚀剂溶液, 然后关阀1, 再将计量泵A启动起来, 此时标定筒内的溶液就被计量泵A泵送出去, 标定筒内的液位就慢慢下降, 标定筒筒体上标有体积刻度, 通过秒表计时的方式就可以准确地算出计量泵的实际工作流量。
标定筒的容积可按照计量泵最大工作流量下维持30秒这个标准来选择。
缓冲气囊一般安装在计量泵的出口。由于计量泵属于容积式泵, 泵的出口压力会有强烈的波动, 为了保证计量泵出口缓蚀剂溶液的压力稳定, 一般需要安装缓冲气囊。缓冲气囊外面的金属外壳材质一般选用316SS不锈钢, 气囊材质必须选耐腐蚀的橡胶, 气囊内需定期充压, 一般用N2进行充压。
缓蚀剂橇座内的管线一般需采用316SS不锈钢, 且在冬季比较寒冷的地区, 管线外表面也需作保温处理, 防止缓蚀剂冬天使用时结冰。
缓蚀剂橇座出口汇管上需安装一个电动或气动控制阀, 且要求这个控制阀的开启需要与压缩机的启停状态进行连锁, 这样做主要是为了防止压缩机停机后缓蚀剂仍不断地注入到压缩机进出口管线里。
天然气压气站主要流程是:天然气经进口过滤器过滤后进到压缩机内进行压缩, 压缩后的天然气经空冷器冷却、并再次过滤后外输。为了最大限度地保护压缩机和工艺管线, 一般天然气压气站缓蚀剂注入点选择在:
(1) 选择安装在压缩机进口过滤器的上游管线上。这样做的目的主要是为了避免缓蚀剂直接喷射到压缩机进口管线内而造成大量液态缓蚀剂进入压缩机打坏压缩机进口叶片;
(2) 选择安装在空冷器的出口管线上。这是由于天然气经空冷器冷却后, 会有凝液析出, 而H2S和CO2跟凝液的结合会造成空冷器出口工艺管线严重腐蚀, 因此, 为了保护空冷器出口管线产生严重的内腐蚀, 选择将注入点2安装在这条管线上;
(3) 选择安装在压缩机出口过滤器下游管线上。过滤器出口管线输送的是经过压缩机压缩后的高压天然气, 这部分天然气要进入到外输管线, 因此为了保证外输管线免受腐蚀, 选择了注入点3。
缓蚀剂是经过计量泵增压后通过喷头喷射到管线内部去的, 因此缓蚀剂喷头的选择也很重要。
常用的缓蚀剂喷头类型如图 5所示, 其中[6]:
第一种类型的喷头叫冲洗喷雾嘴, 它喷出来的药剂流向与管道轴线垂直, 因此也叫垂直喷雾嘴, 这类喷头的主要作用是冲洗管道内部杂质;
第二种类型的喷头叫斜槽口喷头, 这种类型的喷头喷射流量大, 是比较常用的药剂喷头;
第三种类型喷头叫带喷射角度的喷雾嘴, 这种类型的喷头喷射出来的流体是一个大角度锥形, 且喷射角度最大可达120度。这种类型的喷头的中心方向与管道轴线平行, 因此也叫平行式喷头。该喷头喷射出来缓蚀剂的流向需与管道内介质流向相同, 且该喷头需放置在管道中心线上;
第四种类型的喷头叫带喷射角度的雾化喷嘴, 这种类型的喷头喷射出来的流体也是一个大角度锥形, 且喷射角度最大可达90度, 且这种类型喷头可以将流体雾化成非常细小液滴, 液滴直径甚至可以小于50 μm。该喷头喷射出来缓蚀剂的流向需与管道内介质流向相同, 且该喷头需放置在管道中心线上。
缓蚀剂注入喷头的固定形式有固定式和可带压拆卸式, 固定式喷头如图 6和图 7所示, 可带压拆卸式的喷头如图 8所示[4]。
由于固定式喷头拆卸时需要将管道卸压, 因此固定式喷头常用在压力不高或不需连续运行的场合; 而对于那些压力很高、连续运行的管道而言, 则最好采用可带压拆卸式喷头。可带压拆卸式喷头厂家会提供一整套带压拆卸工具, 具体原理与带压开孔机的原理类似, 因此可参考带压开孔器的原理。
某天然气压气站输送天然气流量是100MMCFD (100×2.832×104 m3/d), 采用离心式压缩机一级压缩后, 将天然气从2.5 MPa升压到5.0MPa后外输, 天然气里含200 mg/m3的H2S, 试设计缓蚀剂注入系统以降低工艺管线内腐蚀。
拟采用NALCO公司的EC1390A号缓蚀剂, 据查该缓蚀剂与水的混合比例是1份体积的药剂需99份体积的水来混合。水源取自站内水处理撬处理后的饮用水, 缓蚀剂注入点如图 2所示。考虑到注入点所在管线皆属于高压且连续运行的主工艺管线, 因此缓蚀剂注入喷头固定形式选择可带压拆卸式的, 喷头类型选择带喷射角度的雾化喷嘴, 如图 9所示。
每个注入点所需注入的缓蚀剂溶液体积流量为:Q1=2×100MMCFD=200 L/d;
三个注入点所注入的缓蚀剂流量总和为:Q=3天×Q1=600 L/d;
则计量泵的流量至少不小于600 L/d, 即Qp=Q=600 L/d;
计量泵的扬程至少不小于压缩机出口压力, 即P=5.0 MPa;
药剂罐的容积V=Qp×3天=1800 L;
3天时间共需药剂体积
3天时间共需清水的体积V2=V-V1=1792 L。
结合在实际工作中的经验, 详细地描述了某天然气压气站内管道内防腐缓蚀剂注入系统的设置, 虽然这个设置仅是作者从事的一个天然气压气站项目用到的, 但该设置描述的细节具有普遍的适用性, 其它的天然气压气站管道防腐用缓蚀剂注入系统的设计可以参照本文的描述, 但化学药剂的类型可能会有不同。
2010, Vol. 39 Issue (6): 552-556
2010, Vol. 39 Issue (6): 552-556