氧化鐵脫硫工藝應(yīng)用于小型井口脫硫的工藝流程和脫硫罐設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9434氧化鐵脫硫工藝應(yīng)用于小型井口脫硫的工藝流程和脫硫罐設(shè)計(jì)案例 1171671.1氧化鐵脫硫工藝設(shè)計(jì) 158071.2脫硫罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3257341.3脫硫罐的抗硫設(shè)計(jì) 5262551.3.1硫化氫腐蝕原理 532551.3.2抗硫措施 622151.4裝置撬裝化特點(diǎn)及要求 61.1氧化鐵脫硫工藝設(shè)計(jì)工藝流程的設(shè)計(jì)首先是根據(jù)處理要求以及處理氣體情況來設(shè)計(jì)。利用氧化鐵脫硫劑對(duì)天然氣進(jìn)行脫硫時(shí)要知道此法脫硫需要形成水膜將H2S解離，所以在處理含水量極低的天然氣時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行水飽合（一般井口的原料氣是水飽合的，但是如果處理裝置較遠(yuǎn)，天然氣受輸送過程壓力和溫度影響脫離水飽合狀態(tài)）。因此首先需要一臺(tái)水飽合器對(duì)天然氣進(jìn)行處理。經(jīng)過水飽合器處理的天然氣進(jìn)入脫硫罐，在罐中天然氣中的H水飽和器；2-1號(hào)脫硫罐；3-2號(hào)脫硫罐；4-3號(hào)脫硫罐；5-過濾分離器圖4-1氧化鐵脫硫裝置工藝圖整個(gè)脫硫裝置由于脫硫罐大小的問題共裝配三個(gè)脫硫罐，三罐可串聯(lián)使用，在處理量大時(shí)或單罐需要換裝脫硫劑時(shí)也可以并聯(lián)使用。舊工藝中一般使用脫硫塔來進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，但是當(dāng)該工藝應(yīng)用于單井撬裝時(shí)，由于塔器難以進(jìn)行撬裝化，而且天然氣處理量相對(duì)處理站來說也降低了很多，對(duì)于脫硫劑的使用也大大減少。將塔器改為脫硫罐，一方面降低了設(shè)備的高度，另外一方面脫硫劑的裝卸也變得簡(jiǎn)單且并不需要增設(shè)梯子和塔頂平臺(tái)。1.2脫硫罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1-柵板支撐；2-格柵；3-人孔；4-填料；5天然氣入口；6裝料口；7-安全閥；8-氧化鋁瓷球；9-過濾絲網(wǎng)；10-H2S含量檢測(cè)等裝置組成；11-天然氣出口；12-排污口圖4-2脫硫罐結(jié)構(gòu)圖該天然氣脫硫罐主要由天然氣入口、天然氣出口、進(jìn)料口、卸料口、安全閥、安全閥、排污口、柵板支撐結(jié)構(gòu)、過濾絲網(wǎng)、氧化鋁瓷球?qū)?、H2S含量檢測(cè)等裝置組成。天然氣從脫硫罐上部入口進(jìn)入罐中，通過格柵，利用氧化鋁瓷球?qū)⒃蠚饩鶆蚍稚?。而后原料氣與氧化鐵進(jìn)行接觸開始反應(yīng)，處理結(jié)束后，經(jīng)由過濾絲網(wǎng)將一部分粉塵濾過，而后從凈化氣出口輸送至過濾分離器。凈化氣出口處布置有H2S含量檢測(cè)裝置，通過檢測(cè)裝置的反饋來對(duì)罐中脫硫劑進(jìn)行更換。脫硫罐的填料部位徑高比需要控制在2～3之間以保證罐內(nèi)脫硫劑硫容。另有脫硫罐的底部的凈化氣出口距離脫硫劑下表面需要有30～60cm的距離，距離隨脫硫罐公稱直徑的增大而增大，減小而減小[16]。在人孔處還需加設(shè)人孔擋板。因?yàn)槿丝椎闹惫芏螘?huì)進(jìn)入脫硫劑，而這些脫硫劑難以與原料氣接觸，會(huì)造成脫硫劑的浪費(fèi)。人孔越大，脫硫劑的浪費(fèi)越嚴(yán)重。增設(shè)人孔擋板能夠有效降低脫硫劑的浪費(fèi)。整個(gè)脫硫系統(tǒng)以日脫除量為100kg，更換周期為一個(gè)月進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨氣體含硫量的改變，裝置日可處理量見表4-1。表4-1日脫硫量為100kg時(shí)原料氣含硫量與原料氣處理量關(guān)系原料氣含硫量，mg/m3100200400800120016002000原料氣處理量，104/d100502512.58.36.255根據(jù)公式4-1可對(duì)單塔裝料量進(jìn)行計(jì)算。T=10式中T——單罐使用周期，d;M——單罐裝料量，t;η——硫容，可取15％～20％Q——原料氣流量，104m3/d；χ——硫化氫含量，mg/m3。硫容取最高20％，日脫除量為100kg，更換周期為30天，可得共需要15t的脫硫劑。脫硫劑體積則可根據(jù)脫硫劑堆密度計(jì)算出。以CT8-6系列的最高堆密度850kg/m3進(jìn)行計(jì)算可知脫硫劑需大約17.65m3。1.3脫硫罐的抗硫設(shè)計(jì)隨著裝置處理原料氣中含硫量的增加，裝置本身的硫腐蝕會(huì)越加嚴(yán)重。小型井口脫硫裝置的使用是為了降低傳輸至集輸站的管線和其它天然氣處理裝置硫腐蝕。而該裝置本身也需要進(jìn)行一定的抗硫設(shè)計(jì)。由于氧化鐵固體脫硫工藝是在常溫下進(jìn)行的，而反應(yīng)時(shí)需要形成水膜，由此推測(cè)，脫硫罐裝置可能會(huì)發(fā)生低溫濕硫化氫腐蝕。1.3.1硫化氫腐蝕原理低溫濕硫化氫腐蝕一般發(fā)生在脫硫裝置上，與本工藝脫硫罐屬于同一性質(zhì)。硫化氫本身腐蝕性并不強(qiáng)，但是當(dāng)其在水中解離后就會(huì)對(duì)鋼材進(jìn)行腐蝕。H2S為弱酸，在水中會(huì)發(fā)生電離。鋼鐵在其中生成電化學(xué)腐蝕過程主要有以下三個(gè)階段：H2陽極反應(yīng)：Fe+HS陰極反應(yīng)：2H+該腐蝕受溫度影響明顯，一般情況下溫度升高時(shí)腐蝕速率也會(huì)增加，80℃時(shí)腐蝕速率最高，但是110到120℃時(shí)腐蝕速率最低。由于氧化鐵脫硫工藝反應(yīng)溫度較低，所以該反應(yīng)并不會(huì)很嚴(yán)重，但是也有預(yù)防的必要性。除了對(duì)設(shè)備本身材料發(fā)生電化學(xué)屬性的腐蝕還會(huì)發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕。硫化物應(yīng)力腐蝕簡(jiǎn)稱為SSCC，根據(jù)其原理又被稱之為電化學(xué)失重腐蝕。在潮濕的環(huán)境下CO2、H2S的分壓會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，該腐蝕隨著分壓的增加而增加。發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕后裝置的壁厚會(huì)逐漸變薄。一部分腐蝕產(chǎn)物還會(huì)發(fā)生堆積[17]。氫誘發(fā)裂紋是至上述電化學(xué)腐蝕陰極部位產(chǎn)生的氫氣滲透進(jìn)入鋼材內(nèi)部疏松的部位或者一些焊縫之中。當(dāng)氫氣聚集到一定程度的時(shí)候會(huì)形成一定的壓力。一段時(shí)間后會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生平行于金屬軋制方向的梯狀裂紋導(dǎo)致材料變脆。應(yīng)力向氫誘發(fā)開裂原理與氫誘發(fā)裂紋相似，只不過裂紋是朝著壁厚的方向發(fā)展。1.3.2抗硫措施隨著我國(guó)對(duì)于高含硫油氣田的開發(fā)，國(guó)內(nèi)的抗硫腐蝕研究也有了很多的研究。在裝置抗硫設(shè)計(jì)方面，現(xiàn)進(jìn)行以下幾個(gè)方面的建議：鋼種應(yīng)力會(huì)隨著硫化氫分壓的增高而降低，需要根據(jù)硫化氫的分壓來選擇裝置的材質(zhì)。根據(jù)工藝溫度需求進(jìn)行選擇，氧化鐵脫硫工藝在常溫下進(jìn)行，可以使用對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性低的材料。設(shè)計(jì)時(shí)需要注意異種金屬的相互接觸，盡量避免這種情況的發(fā)生。如果無法避免，則盡量考慮電位相接近的金屬。腐蝕一般會(huì)發(fā)生在結(jié)構(gòu)的死角、拐彎等地。在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以通過使用管狀材料來替代T、L、U型材料。有縫隙的時(shí)候可以使用防銹密封。在裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇之外還可以在裝置表面使用防腐涂層對(duì)裝置進(jìn)行近一步保護(hù)。1.4裝置撬裝化特點(diǎn)及要求裝置撬裝化是將工藝設(shè)備進(jìn)行集成，在撬塊上，將設(shè)備、儀表、管線等進(jìn)行整合組裝。對(duì)于大型設(shè)備，可以按照功能將其分為多個(gè)撬塊，形成不同的撬塊單元。撬裝的裝置一般在工廠中進(jìn)行預(yù)制，保證其質(zhì)量，易于其系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。然后直接將整個(gè)撬塊運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。這樣在一定程度上縮減了現(xiàn)場(chǎng)施工周期，如若是在雨季，則效果更加明顯。同時(shí)，撬裝裝置具有集成度高的特點(diǎn)。設(shè)備高度集成，就能夠大量減少土地的占用狀況。由于撬裝裝置的可運(yùn)輸性，設(shè)備能夠進(jìn)行重復(fù)利用，大大降低了工程成本。在對(duì)裝置進(jìn)行撬裝化設(shè)計(jì)時(shí)首先需要對(duì)于撬裝結(jié)構(gòu)的尺寸進(jìn)行考慮。由于裝置是要進(jìn)行運(yùn)輸?shù)?，所以需要根?jù)運(yùn)輸途徑中路寬、限高、載具的稱重量等整體運(yùn)輸狀況來進(jìn)行設(shè)計(jì)。撬裝結(jié)構(gòu)的高度應(yīng)該控制在3m左右，盡量不要超過3.3m，寬度方面則不可以大于3.5m。除此之外撬裝結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)行撬裝框架設(shè)計(jì)。為減少撬裝結(jié)構(gòu)鋼材用量，大型撬一般使用Q345-B級(jí)鋼材，小型撬則是Q235-B[18]。撬裝結(jié)構(gòu)有正常使用階段和吊裝階段兩種工況。正常使用情況下需要在較高荷載處進(jìn)行單獨(dú)的支撐設(shè)計(jì)，而撬體支座的邊界一般按照鉸接來處理。除此之外，還需要對(duì)設(shè)備自重、荷風(fēng)荷載等進(jìn)行荷載組合以計(jì)算撬裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀況。吊裝階段由于整個(gè)撬裝結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行拆解，所以需要對(duì)每個(gè)拆解后的結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行分析。撬裝結(jié)構(gòu)使用柱貫通型進(jìn)行結(jié)構(gòu)梁柱連接。在焊接時(shí)需要附加增加勁肋來增加節(jié)點(diǎn)的剛度。裝置節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)參考《鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行分析計(jì)算。撬塊底盤則需要根據(jù)設(shè)備的布置圖來確定整體的長(zhǎng)和寬；根據(jù)設(shè)備的重量和大小來確定構(gòu)件的規(guī)格；根據(jù)工藝需求來確定支架支撐的規(guī)格；根據(jù)撬裝整體的重量確定吊耳大小。裝置內(nèi)的管道需要額外考慮在運(yùn)輸過程中的受力情況，特殊