4天然气脱水工艺装置的重要腐蚀源

气体脱水是天然气处理链中一个关键的单元操作，因为它涉及到减少气体流中的水蒸气，以降低水的凝结温度，也称为水露点温度．这样做是为了满足销售规范或满足气体液化过程的要求。气体脱水是通过施加固体来实现的干燥剂活性氧化铝，分子筛，硅胶)或液体干燥剂(乙二醇)。乙二醇工艺与固体干燥剂相比，具有较高的亲和力和物理吸收能力。常用的乙二醇包括单甘醇(MEG)、二甘醇(DEG)和三甘醇(TEG)，其中最常用的是TEG，因为其操作成本较低，且易于再生。

天然气脱水工艺概述

图1显示了使用乙二醇的天然气脱水装置的典型工艺配置。水饱和气体(如高压天然气)离开酸性气体去除装置进入乙二醇吸收器，在这里它与水稀乙二醇溶液接触。乙二醇溶液物理吸收水蒸气，离开吸收塔底部。

图1．使用乙二醇溶液的气体脱水工艺装置的典型工艺配置。

在闪速转鼓中降低乙二醇溶液的压力，以去除吸收器中共吸收的任何可能的碳氢化合物。压力降还有助于保持乙二醇溶液压力与脱汽器压力相等，约为2巴(200千帕)。交叉交换器是富乙二醇溶液从热稀乙二醇溶液中吸收热量的地方，这有利于水在脱汽器中的解吸。再沸器为剥离吸收的水蒸气提供必要的热量，以生产高纯乙二醇(≥98.5 wt.%)，再循环到吸收器。

蒸发的乙二醇由汽提器顶置冷凝器回收并回流回汽提器，以减少乙二醇的损失。

在天然气液化链中，天然气脱水尤其重要，水在0°C(32°F)结冰，因为天然气液化发生在-160°C(-256°F)左右。脱水装置通常位于胺装置的下游，在那里酸性气体(CO₂H₂S等)被删除。无论气体脱水装置位于何处，其主要目的都是减少气体流中的水蒸气量，以避免和减少伴随的问题，特别是腐蚀。然而，在气体脱水过程中发生腐蚀可归咎于几个问题，如原料气流中的含水量、氧气进入(空气进入)、气体流中的杂质和乙二醇再生的高温。(相关阅读:碳捕集加工厂的腐蚀．)

原料气流中的含水量

原料气流中水的存在最有可能导致水合物的形成。水合物是一种固体状的结晶化合物碳氢化合物被困在自由水的分子腔中。由于是固体，这些水合物不仅会堵塞管道输送网络，热交换器和增压压缩机，而且会导致侵蚀腐蚀．在高速气流存在的情况下，这些天然气水合物会腐蚀核电站基础设施建筑材料的外层保护层，在最坏的情况下会腐蚀建筑材料本身。(要了解更多关于侵蚀腐蚀的信息，请参见侵蚀腐蚀:涂层和其他预防措施．)这些被侵蚀的材料在高速气流的存在下也会加速现有的侵蚀腐蚀。高速乙二醇溶液中腐蚀物质的存在也会引发侵蚀腐蚀。如果不加以控制和注意，它将最终导致泄漏和可能的氧气进入。氧气进入会加剧任何已有的侵蚀腐蚀。上游的冷却器和分离器应该安装，以减少由于自由水形成水合物的可能性。

氧气进入

有几种可能的氧气进入气体脱水处理厂的来源，包括气体管道的孔，气体压缩机和乙二醇泵的运动部件的故障，以及空的空间过程血管还有乙二醇储罐。无论来源，一旦氧气找到它的方式进入气体脱水装置，它很容易氧化乙二醇溶液的形成有机酸它们具有很强的腐蚀性。这些有机酸会降低乙二醇溶液的pH值。作为一项预防技术，在工厂运行过程中定期检查乙二醇的pH值，因为这可能是乙二醇氧化的早期迹象。气体压缩机和乙二醇泵的所有活动部件应安装良好，以避免可能的氧气侵入。此外，在乙二醇储罐的空腔内应使用惰性气体覆盖层。在很难防止氧气进入的情况下，应向乙二醇中注入氧化抑制剂。

气流杂质

在气体脱水装置中，气流中的杂质是另一个腐蚀源。在该场景中，气体脱水装置位于酸性气体去除装置的下游，残余CO₂和H₂S在气流中会成为潜在的腐蚀源。从酸性气体去除装置中流出的天然气通常是水饱和的，特别是在使用水胺溶液的过程中。因此，在适当的条件下(温度和压力)残留CO₂会和水相互作用形成吗碳酸根据公式:

有限公司₂+ H₂O H - - - >₂有限公司_3.

碳酸不仅会增加工艺设备的腐蚀速率，还会降低乙二醇溶液的效率(pH值降低)。

剩下的CO₂和H₂原料气中的S会被乙二醇溶液共吸收，导致乙二醇呈酸性(pH值降低)。酸性化合物的形成也发生在乙二醇溶液中，当水和酸性气体离开这个过程。

因此，需要注意的是，减少气体脱水装置中的腐蚀也取决于酸性气体去除工艺装置的效率。

乙二醇的热降解

任何化学溶剂的热降解都发生在操作温度超过其热分解温度时。在大多数情况下，由于热降解形成的产物是酸性化合物，这将降低化学溶剂的pH值，因此加快了腐蚀速率。用于气体脱水的乙二醇也是如此。在气体脱水中，热降解在温度最高(约200°C, 390°F)的再沸器部分最普遍(见图1)。对于用于气体脱水的乙二醇，其热分解温度依次递增:

单乙二醇(MEG) <二乙二醇(DEG) <三乙二醇(TEG)

这也是为什么TEG更常用于气体脱水的另一个原因，因为它是稳定的，可以承受很高的剥离温度。然而，根据经验，剥离温度应该远远高于乙二醇的分解温度。

结论

由此可见，在气体脱水过程系统中，酸性气体去除装置的效率对降低腐蚀速率起着不可或缺的作用。因此，需要在进入脱水工艺装置的饱和水原料气中保持极低的酸性气体含量。如果长时间不加检查，由于酸的形成，工艺设备的腐蚀将不可避免。当再沸器部分使用很高的温度(热降解)和氧气进入氧化乙二醇溶液时，也会形成酸性化合物。

考虑到在工艺装置运行过程中偶尔会出现故障，应采取一系列缓解策略，以防止和减少腐蚀。这可以通过应用氧化抑制剂和使用抗酸性化合物的建筑材料的形式。为了控制投资成本，这种材料可以用于易受这种腐蚀的区域。或者，一个保护层(如不锈钢)衬里)可以用在廉价的碳钢上，以防止碳钢与可能的腐蚀性流体直接接触。

经常检查乙二醇溶液的pH值也是确定酸性化合物存在的一种预测方法。这将有助于早期识别和排除气体脱水工艺装置的腐蚀。乙二醇的pH值本身不足以提供酸性化合物的细节;因此，分析方法应用于特殊调查。