普光气田净化厂净化装置管线的材质升级改造

王利波，董利刚，李碧曦

（1.中原油田普光分公司天然气净化厂净化研究所，四川达州636156；2.中原油田普光分公司采气厂普光采气区，四川达州636156）

普光气田净化厂净化装置管线的材质升级改造

王利波1，董利刚2，李碧曦1

（1.中原油田普光分公司天然气净化厂净化研究所，四川达州636156；2.中原油田普光分公司采气厂普光采气区，四川达州636156）

普光气田天然气净化厂是以普光气田高含硫天然气为原料，生产商品气。该厂天然气净化联合装置多处管线存在腐蚀问题，对原料气管线、胺液系统部分富胺液管线、酸水汽提管线、净化水管线进行材质升级改造，提高了装置、系统的运行可靠性。

高含硫天然气；腐蚀；安全隐患；材质升级

中原油田普光天然气净化厂是中国石化建设的首个高含硫天然气净化厂，其天然气中H2S含量高达14.14%，CO2含量达8.63%［1］。该净化厂共有6套联合装置，天然气经采气厂集气总站送至净化装置，生产商品气和工业硫磺，净化后的天然气通过川气东送管线送至下游各个用户。

净化厂于2007年8月31日正式开工建设，2009年10月12日开始投料试车，2010年8月31日正式转入商业运营。在净化厂运行期间，天然气净化联合装置多处管线因腐蚀问题存在安全隐患，如果不及时对管线材质进行升级改造排除隐患，对净化厂安全平稳运行产生严重影响。

1 原料气管线材质升级

在净化厂投产之前，气田采集的天然气样本中不含有氯离子，设计基础数据中原料气气体组成不考虑氯离子，因此净化厂装置原料气管线选用316L材料（不抗氯离子腐蚀），原料气管线材质为20R+316L复合管。而实际运行中，原料气夹带的游离水中氯离子浓度达到1 500～3 600 mg/L。普光净化厂原料气携带氯离子浓度已远超出设计和标准要求，存在氯离子诱导的硫化氢应力腐蚀开裂的风险。一旦发生氯离子诱导的硫化氢应力腐蚀开裂，原料气泄漏量大、速度快，波及范围广，存在人员中毒、火灾爆炸、环境污染、外供产品气中断、影响下游用户用气风险。于是在2016年全面开展净化厂停产检维修工作，并将净化厂东西区原料气管线更换为抗氯离子腐蚀的管材。

1.1 系统管道

集气总站送至净化厂内的工艺及热力管网，称为图幅单元。该单元的原料气管线选用20R+316L复合管材料，按照设计该种复合材料所允许携液量控制在10～50 mg/m3，氯离子浓度控制在500～1 000 mg/L。实际运行中，原料气夹带的游离水中氯离子浓度（1 500～3 600 mg/L）远超过设计值，管线材质20R+316L存在较大风险，而目前的无损检测手段并不能够全面正确反映管材的腐蚀状态。根据标准要求，316L奥氏体不锈钢材料对氯离子浓度：温度＜60℃、H2S分压＜350 kPa时，氯离子浓度不得超过50 mg/L。在目前H2S分压超过1 MPa的情况下，316L管材已不适用。因此，使用316L复合管存在较大安全隐患。

INCOLOY825是钛稳定化处理的全奥氏体镍铁铬合金，并添加了铜和钼，是一种通用的工程合金，在氧化和还原环境下都具有抗酸和碱金属腐蚀性能。INCOLOY825使用于带有游离水和氯离子的原料气管线［2］。

20R为屈服强度级别为245 MPa的容器用钢板，属于碳素结构钢，新标准改为Q245R。自集气总站至净化厂的原料气管线目前使用的是Q245R+316L复合管。

综合考虑，综合普光原料气管线材质升级改造之图幅单元的原料气选用Q245R+INCOLOY825复合管材料。

1.2 装置管道

净化厂原料气自图幅单元、界区、进入装置区域内。自开工以来，检测到原料气中夹带的游离水及氯离子较多。装置区域内脱硫部分设备、管线及仪表大多数采用316L不锈钢材质，随着氯离子在系统中逐渐累积，腐蚀现象会日益严重，装置运行将面临较大的安全风险。

综合考虑安全及投资的原因，根据进料气的组成，将装置区域内部分原料气进料管线及相关阀门仪表材质由316L提升至INCOLOY825（抗氯离子腐蚀）。所有原料气管线自界区至原料气切断阀部分拆除原316L材质管线，更换为INCOLOY825材质，管线相对位置、支撑形式均保持不变。切断阀XV-10105以后原料气管线材质保持不变。将切断阀XV-10105之前的管线材质升级，能避免进料管线因氯离子腐蚀发生泄漏，进而影响全厂其它联合装置正常生产。当切断阀XV-10105之后发生泄漏，可远程关闭切断阀XV-10105，切断装置进料进行维修，其它联合装置正常生产。

2 工艺管线材质升级

2.1 富液测管线材质升级

输送至净化厂的原料气首先进入脱硫单元，采用胺液吸收法脱除H2S、CO2。贫富胺液通过贫富胺液换热器进行热量的交换，以促进胺液更好地吸收H2S及胺液再生［3］。经过检测，贫富胺液换热器E-101A/B与E-101C/D、E-101C/D与E-101E/F的富液侧连接管线、弯头减薄严重。富胺液管线操作温度为90℃，操作压力为0.53 MPa，材质为20#，壁厚13 mm。装置大检修期间，压力管道检测发现，富液管线均存在腐蚀减薄现象，甚至出现壁厚减薄量高达近50%。管线最小壁厚及壁厚减薄量见表1。

表1 富胺液管线壁厚及减薄量

经过分析，富胺液升温过程中胺液中吸收的H2S存在部分溢出，管线内介质由纯液相变为气液两相，从而造成H2S-CO2腐蚀、冲刷腐蚀等。由于富胺液中含有硫化氢，一旦发生泄漏，易发生人员中毒、环境污染等事件，带来安全隐患。

20#钢为优质碳素结构钢，含碳量为0.2%，属于低碳钢，具有良好的机械性能和加工性能。316L不锈钢是属于纯奥氏体不锈钢中的一种超低碳不锈钢，它是在高铬不锈钢中添加适当的镍而形成的具有奥氏体组织的不锈钢，由于含有较高的镍、铬、钼等合金元素，能够使金属表面形成一层不溶解于某些介质的坚固的氧化薄膜（钝化膜），使金属与外界介质隔离而不发生化学作用，使其具有很好的耐腐蚀性能、抗氧化性能，并具有塑性、韧性和较好的机械性能、加工性能和焊接性能［4］。在耐腐蚀、抗氧化方面，316L更优越于20#。综合考虑，将富液侧管线材质由20#碳钢升级为316L不锈钢。

2.2 汽提净化水管线材质升级

净化厂酸水汽提单元主要用于处理尾气处理单元急冷塔连续排放的酸性水、脱硫单元胺液再生塔顶回流罐及硫磺回收单元酸气分液罐间断排放的酸性水。采用单塔低压汽提（利用酸水汽提塔C-501）技术，主要将酸性水中中的硫化氢、二氧化碳解析出来，解析出来的酸性气至尾气处理单元的急冷塔（C-401），合格后的净化水经换热（酸水汽提塔进料/产品换热器E-501A/B）、冷却（净化水冷却器E-503）后出装置。处理后的净化水满足净化水的各项指标，实现尽可能的回用［5］。

经过历年检测，汽提净化水管线腐蚀较严重，易发生酸性水泄漏、硫化氢外溢等事件。管线腐蚀后造成汽提净化水中铁离子含量偏高，汽提净化水作为补水回用至循环水场，导致循环水场中铁离子含量超标，引发循环水水质波动，导致循环水冷却器腐蚀加剧，存在安全隐患。历年压力管道检测壁厚及减薄量见表2、图1。

表2 历年压力管道检测壁厚/mm

图1 汽提净化水管线壁厚减薄量

从表2和图1可以看出，壁厚减薄较严重。2014年2月对一联合两列P-501出口及P-501至E-501管线进行检测，壁厚为2.5 mm、1.68 mm，壁厚减薄量高达58%、72%；2013年5月对五联合两列P-501出口进行检测，壁厚为2.21 mm，壁厚减薄量高达63%。

经过汽提净化水管线表面腐蚀产物分析，主要为铁氧化物和硫铁化合物，判定为H2S-H2O腐蚀。考虑到汽提净化水管线腐蚀多发生在高温段（C-501—E-501）以及材质的选择、经济原因等，将汽提净化水部分管线C-501至E-501的管线（包括管线上的仪表阀门）材质由20#升级为316L。另外，将酸性水管线E-501至C-501（酸性水高温段）管线材质由20#升级为316L。

2.3 急冷水管线材质升级

净化厂尾气处理单元是将前单元产生的尾气中的硫化物还原为H2S，还原后的高温尾气进入急冷塔进行冷却而后进入尾气吸收塔进一步吸收，急冷水进入酸水汽提单元进行净化。在检修中发现，急冷塔内部存在大量腐蚀坑、急冷水管线腐蚀减薄严重，易发生酸性水泄漏、硫化氢外溢等事件，同时，急冷水腐蚀造成汽提净化水中铁离子含量偏高。经原因分析，主要是急冷水中H2S和CO2造成的酸腐蚀导致的。考虑急冷水腐蚀多发生在高温段及材质选择、经济原因，将急冷水自急冷塔C-401至过滤器SR-401管线（包括相关的回流及排凝线）材质由20#钢升级为316L不锈钢。

3 结束语

该天然气净化厂利用2016年全面停产检维修，将净化厂东西区原料气管线、富液测管线、汽提净化水部分管线、急冷水系统部分管线进行材质升级。装置运行后无安全事故的发生，提高了净化厂生产装置的本质安全性，提高了装置、系统的运行可靠性。

［1］郑立军.普光天然气净化厂硫化氢防护技术措施综述［J］.石油化工安全环保技术，2011，27（3）：43-47.

［2］王玉，李晓玲，李德，等.Incoloy825+12Cr2Mo1R复合板封头冲压加工研制［J］.中国化工装备，2015（4）39-41.

［3］曾文全，韩晓兰.普光气田天然气净化厂脱硫系统腐蚀研究与防护［J］.气体净化，2011（4）：15-18.

［4］潘正军.20#碳钢与316L不锈钢异种钢的焊接［J］.广东造船，2005（3）：26-29.

［5］何金龙，胡天友，彭修军.天然气净化厂脱硫系统防腐措施研究［J］.石油与天然气化工，2006，35（2）：110-113.

Material upgrading modification of pipelines in purification plant of Puguang Gas field

Wang Libo1，Dong Ligang2，Li Bixi1
（1.Research Institute of Natural Gas Purification plant of Zhongyuan Oil Field Puguang Company,Dazhou 636156,China;2.Puguang Gas Production Zone of Zhongyuan Oil Field Puguang Company,Dazhou 63516,China）

The Natural Gas Purification Plant of Puguang Gas field uses high sulfur natural gas of Puguang Gas Field as raw material to produce commercial gas.Corrosion problem of many pipelines occurred in the integrated unit of this natural gas purification plant.So the material upgrading modification of feed gas pipelines,some of rich-amine liquid pipelines,sour water stripping pipelines and purified water pipelines was made,which improved the reliability of the plant and system.

high sulfur natural gas;corrosion;potential safety hazard;material upgrading

TE986

B

1671-4962（2017）06-0045-03

2017-07-21

王利波，女，工程师，硕士研究生，2014年毕业于西安石油大学油气储运工程专业，现从事天然气净化装置防腐技术研究工作。