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4A分子篩在天然氣脫水故障分析及處理方法時(shí)間:2021-05-25

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4A分子篩在天然氣脫水處理應(yīng)用的如何?首先來(lái)看一個(gè)4A分子篩應(yīng)用在采油廠輕烴站天然氣脫水處理的案例吧。內(nèi)蒙古油田分公司某采油廠輕烴站主要處理所屬片區(qū)油井伴生氣,該廠集原料氣增壓、天然氣脫硫及硫磺回收、天然氣脫水、冷凝分離、凝液分餾、外輸氣增壓及輔助生產(chǎn)裝置等功能于一體,其主要功能是伴生氣凈化處理及生產(chǎn)高附加值的液化氣和輕烴產(chǎn)品,并為下游用戶提供合格的天然氣。該站設(shè)計(jì)處理天然氣規(guī)模為50x104m3/d,生產(chǎn)干氣42.9x104m3/d,液化氣103.3t/d,穩(wěn)定輕烴47t/d。脫水處理是天然氣處理過(guò)程中不可缺少的一部分,通過(guò)4A分子篩脫水,將伴生氣的水露點(diǎn)降至-70℃以下,避免后續(xù)深冷處理相關(guān)設(shè)備的凍堵,以及儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中液態(tài)水的析出。

1脫水單元工藝流程簡(jiǎn)介

1.1干燥塔內(nèi)填料選擇

該輕烴站干燥塔主要采用4A分子篩進(jìn)行脫水,其吸附能力強(qiáng),選擇性好,耐高溫,不易破損,使用周期長(zhǎng),廣泛用于有機(jī)化工和石油化工的脫水處理天然氣脫水處理即用分子篩吸收天然氣中的水分,以達(dá)到干燥的目的。這就需要水分子的直徑要小于分子篩的孔徑,被其吸附,而天然氣分子的直徑要大于分子篩的孔徑,避免被其吸附。據(jù)此,為滿足生產(chǎn)需求,達(dá)到最優(yōu)的脫水效果,該輕烴站從眾多型號(hào)分子篩中選擇4a分子篩作為干燥劑。

1.2脫水工藝流程

目前,該輕烴站分子篩干燥塔共3臺(tái),1臺(tái)進(jìn)行吸附,1臺(tái)進(jìn)行再生,1臺(tái)進(jìn)行冷吹,執(zhí)行8h切換制度,在進(jìn)行三塔倒塔時(shí),主要步驟為冷吹塔充壓切換為吸附,冷吹氣對(duì)再生塔進(jìn)行冷吹,之前吸附后的塔泄壓后切換為再生,如此循環(huán),實(shí)現(xiàn)分子篩脫水、循環(huán)再利用的功能。

工藝流程圖如圖1所示。

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吸附過(guò)程:脫硫后原料氣經(jīng)原料氣壓縮機(jī)增壓→凈化氣分水器前置聚結(jié)器→分子篩吸附→粉塵過(guò)濾器→膨脹機(jī)增壓端進(jìn)口。

冷吹再生過(guò)程:冷吹氣來(lái)自外輸閥組→分子篩冷吹塔→再生氣加熱器→分子篩再生塔→再生氣冷卻器→再生氣分水器→壓縮機(jī)二級(jí)進(jìn)口

2-分子篩運(yùn)行異常及原因分析

2.1分子篩運(yùn)行異常

巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn),A塔由再生倒為冷吹后,冷吹出口溫度出現(xiàn)異常。倒塔之前,再生進(jìn)口溫度242℃,再生8h后,出口溫度228℃。倒為冷吹后,冷吹進(jìn)口溫度為18℃,出口溫度在正常運(yùn)行時(shí),應(yīng)該是由再生后的溫度228℃逐漸下降(如圖2所示),但此次出現(xiàn)異常,冷吹出口溫度不僅不降反而升高,其中一次溫度最高升至398℃(如圖3所示)。

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此后,每次A塔倒冷吹后均出現(xiàn)類(lèi)似情況。在觀察運(yùn)行1個(gè)星期后,B塔、C塔均相繼出現(xiàn)上述異常,且再生時(shí)間比正常所需時(shí)間越來(lái)越短。

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2.2運(yùn)行異常原因分析及排查

2.2.1初步排查及天然氣成分分析

針對(duì)分子篩干燥塔運(yùn)行異常初期,采取了一系列措施,對(duì)其原因進(jìn)行排查,比如:對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行檢測(cè),或?qū)Ψ肿雍Y干燥塔進(jìn)出口壓差進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果均為正常。后續(xù)又對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整以及切為雙塔運(yùn)行、一塔放空等處理措施,但溫升情況仍未得到改善。排除上述原因后,隨即對(duì)后端設(shè)備再生氣分水器的排污介質(zhì)進(jìn)行取樣檢測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)pH值=0.4,為強(qiáng)酸性,如圖4所示。

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內(nèi)蒙古油田分公司某廠區(qū)域油井伴生氣高含H2S,進(jìn)站H2S質(zhì)量濃度約1000mg/m3,雖然在干燥塔前端有脫硫單元對(duì)酸氣進(jìn)行脫除,但不排除偶爾在進(jìn)氣量大、超負(fù)荷的情況下,凈化氣中攜帶H2S。另一方面,西北油田多稠油井,多采用注氮?dú)馐侄卧黾赢a(chǎn)量,有可能在注氣過(guò)程中混入空氣。而此輕烴站采用導(dǎo)熱油對(duì)再生氣加熱,換熱效率高,操作人員對(duì)冷吹氣量控制波動(dòng)稍微不穩(wěn),溫度就會(huì)上升至300℃,這時(shí)H2S就會(huì)部分氧化反應(yīng)生成SO2[11],結(jié)合上述pH試紙顯示強(qiáng)酸性,綜合分析判斷H2S、O2與H2O之間可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成亞硫酸。

為驗(yàn)證上述推斷結(jié)論,對(duì)干燥塔進(jìn)出口氣體進(jìn)行取樣,檢測(cè)相關(guān)氣體成分,通過(guò)干燥塔進(jìn)出口相關(guān)氣體濃度檢測(cè)發(fā)現(xiàn),H2S與O2體積分?jǐn)?shù)出口比進(jìn)口明顯降低,而SO2含量顯著升高。此外,另取適當(dāng)再生氣分水器排污樣,向其中加入具有氧化性的碘,再滴入氯化鋇,燒杯底部生成了不溶于水的白色沉淀物,接著向燒杯中加入鹽酸,沉淀溶解并產(chǎn)生氣體,將該氣體通入品紅溶液中,品紅褪色,證明排污樣中有亞硫酸存在。

綜上所述,根據(jù)氣體成分分析以及取樣進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,最終可以確定干燥塔內(nèi)部的確發(fā)生了如式(Ⅰ)和式(Ⅱ)所示的化學(xué)反應(yīng),至于是否發(fā)生其他化學(xué)反應(yīng),待開(kāi)塔后才能進(jìn)一步確定。

3后期采取措施

3.1更換分子篩

選用抗酸的4a分子篩,使分子篩的抗酸性能大大增加,減少甚至避免分子篩對(duì)酸氣的吸收,這在很大程度上也降低了分子篩因酸性氣體腐蝕粉化的幾率,與此同時(shí),去后端氣體幾乎沒(méi)有攜帶粉塵,進(jìn)而保證后端系統(tǒng)的正常運(yùn)行,延長(zhǎng)了裝置的檢修周期,節(jié)約了檢修維護(hù)成本。

3.2使用不銹鋼材料

4.對(duì)塔內(nèi)的格柵板、塔板濾網(wǎng)、支撐梁、氣體分布器等結(jié)構(gòu)均予以更換,并采用不銹鋼材質(zhì),避免其與天然氣中相應(yīng)組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),引起干燥塔運(yùn)行異常。

不能太大,否則溫升較高。同時(shí),氣流會(huì)對(duì)流床層造成攪動(dòng),降低分子篩的使用壽命。

4結(jié)論

內(nèi)蒙古油田分公司對(duì)運(yùn)行異常的分子篩干燥塔采取第3節(jié)所述措施后,打破了塔內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所需的環(huán)境條件,使整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)恢復(fù)正常,正常運(yùn)行后干燥塔進(jìn)出口3種相關(guān)氣體的平均含量如表2所示。從表2可以看出,在正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí),天然氣自脫硫單元至干燥單元,H2S已被完全脫除,即使少量存在,在溫度控制下也不會(huì)發(fā)生反應(yīng)。另一方面,對(duì)注氣井的監(jiān)測(cè)也起到了顯著作用,測(cè)得的天然氣中O2含量極低。

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