原油脱硫工程方案设计

目录1总论...................................................11.1设计依据..........................................11.2设计原则..........................................11.3遵循的主要规范、标准..............................11.4研究范围..........................................22项目背景及建设必要性...................................32.1项目背景..........................................32.2建设必要性........................................63自然条件和基础数据.....................................83.1气象条件..........................................83.4基础资料..........................................93.5设计参数..........................................94设计方案..............................................104.1硫化氢腐蚀机理及除硫方法.........................104.2脱硫方案.........................................184.3方案比选.........................................215主要工程量...........................................236投资估算.............................................246.1编制依据.........................................246.2投资估算结果......................................247存在问题和建议.......................................25第1页共25页1总论1.1设计依据1）《XXXXXXXXXXX原油脱硫工程项目建议书》，塔里木油田公司开发事业部轮南作业区2010年1月；2）XXXXXXXXXXX现场收集资料。1.2设计原则1）符合国家及行业的现行设计规范和标准。2）满足现场生产需要和安全环保要求。3）充分利用已建设施，做好工程的衔接。4）立足当前，兼顾长远，提高综合经济效益。1.3遵循的主要规范、标准1、《输送流体用无缝钢管》GB/T8163-20082、《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-20053、《油气集输设计规范》GB50350-20054、《输油管道工程设计规范》GB50253-20035、《石油天然气工程总图设计规范》SY/T0048-20006、《含硫气田安全输送规程》SY6506-20007、《大气污染物综合排放标准》GB16297-19968、《控制钢制设备焊缝硬度防止硫化物应力开SYT0059-1999裂技术规范》9、《天然气地面设施抗硫化物应力开裂和抗应SY/T0599-2006力腐蚀开裂的金属材料要求》第2页共25页1.4研究范围根据现场调研及与生产单位初步结合意见，本次方案研究内容主要是对XXXXXXXXXXX含硫原油进行脱硫。第3页共25页2项目背景及建设必要性2.1项目背景XXXXXXXXXXX位于新疆维吾尔自治区巴州轮台县轮南镇西侧，主要负责轮古地区试采单井的稀油配送和原油中转，其中原油接收能力为1000吨/天，稀油配送能力为500吨/天。XXXXXXXXXXX主要工艺流程和平面布置详见图2.1和2.2。图2.1XXXXXXXXXXX主要工艺流程图第4页共25页图2.2XXXXXXXXXXX平面布置图XXXXXXXXXXX主要工艺流程介绍如下：XXXXXXXXXXX来油大部分为XXXXXXXXXXX卸油台，另外还有12口单井来油（目前只有3口井在生产），经联合计量间（图2.3）汇入DN250生产汇管，再由气液分离器（图2.4）进行气液分离。分离出的气作为燃料气、输送至气举井或直接去火炬燃烧。分离出的油水混合液经5000m3热化学沉降罐和5000m3净化油罐进行油水分离。分离出的油进入2000m3稀油罐进行掺稀，再输送至至下游处理。分离出的水进入2000m3污水沉降罐，沉降后输送至注水井或去站外晒水池。气液分离器第5页共25页图2.3联合计量间图2.4气液分离器第6页共25页XXXXXXXXXXX来油详见表2.1。混液总量1276吨，油量547吨，水量729吨，大部分为卸油台来油。现场了解到，XXXXXXXXXXX最大日处理混液为1700吨。表2.1XXXXXXXXXXX来油表序号名称液量(t)油量(t)水量(t)备注1卸油台来油10985185802LG15-6注水3LG15-49321724LG15-18关井5LG15-3666606LG15-5C关井7LG15-15C关井8LG15-11关井9LG15-9关井10LG15-8关井11LG15-1关井12LG15关井13LG15-719217总量12765477292.2建设必要性由于XXXXXXXXXXX原油含硫化氢，5000m3热化学沉降罐、5000m3净化油罐、2000m3污水沉降罐、2000m3稀油罐、卸油台4座零位罐（4×50m3）、装油台10座高架罐（10×50m3）顶气相硫化氢均高达500ppm以上。第7页共25页由于罐顶气相中含有H2S，当气体泄漏时极易造成工作人员中毒。《含硫油气田硫化氢防护安全管理规定》中指明：当空气中H2S浓度超过15mg/m3（10ppm）时应预警，并佩戴正压式空气呼吸器方可进入现场；当H2S浓度超过30mg/m3（20ppm）时应立即撤离现场，并采取相应防护措施。原油中含有H2S，使金属表面受到非均匀性的电化学腐蚀，产生硫化铁腐蚀产物。尤其是罐底边缘在自身压力的作用下产生硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)和应力导向氢致开裂(SOHIC)，形成层状的剥落与局部的蚀坑，降低钢材强度，造成突然性的破裂事故，对安全生产造成潜在威胁。从硫化氢高毒性对人员的伤害和强腐蚀性对设备的破坏考虑，XXXXXXXXXXX含硫原油脱硫工程非常必要。第8页共25页3自然条件和基础数据3.1气象条件轮南油田位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古族自治州轮台县内，距轮台县城东南方向约38km。油田所处区域地势较为平坦，海拔高度930m左右，属暖温带大陆性气候。降水稀少，夏季炎热，冬季干冷，春季升温快而不稳，秋季降温迅速。年温差和日温差均较大，光照充足，热量丰富，蒸发强烈，无霜期较长，风沙活动频繁。县境可分为平原和山区两个气候区。气象资料详见表3-1。表3-1气象资料表序号项目单位数量备注1一般海拔高度m9302相对湿度％463风速年平均m/s1.8～3.1最大风速m/s274最大风频风向NE5气温年平均℃10.6年平均最低℃-6.0极端最高℃41.42000年7月12日极端最低℃-25.51975年12月11日6降水量年平均降水量mm65.6冬季占8％一日最大降水量mm45.71978年6月10日最长连续无降水日d1851970.8.17～1971.2.177冻土深度一般冻土深度cm80最大冻土深度cm1208日照年平均日照时间h2658第9页共25页序号项目单位数量备注年日照百分率％639年平均蒸发量mm207010最大积雪厚度cm211973年3月1日11年平均无霜天数d19212抗震设防烈度0.15g（相当于7度）13年雷电日d23.73.4基础资料油品物性：原油密度（20°C）：0.889g/cm3动力粘度（50°C）：5.177mPa.s含蜡（W%）:2.6～7.19%凝固点：-28℃～26℃硫化氢含量（气相）：500ppm3.5设计参数计量站汇管操作压力：0.45MPa气液分离器操作压力：0.37MPaXXXXXXXXXXX最大日处理混液：1700吨第10页共25页4设计方案4.1硫化氢腐蚀机理及除硫方法4.1.1金属腐蚀的定义金属腐蚀是指金属与周围介质发生化学或电化学作用而导致的变质和破坏，主要分为化学腐蚀、电化学腐蚀、细菌腐蚀和应力腐蚀。化学腐蚀：是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。也就是说金属直接和介质接触引起的金属离子的溶解过程，在金属表面均匀发生，腐蚀速度缓慢。钢铁在空气中或土壤里的腐蚀就属于这种情况。这是一种氧化-还原的纯化学变化过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接同金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物。腐蚀过程中，电子的传递是在金属与介质间直接进行的，因而没有腐蚀微电流的产生。电化学腐蚀：是指金属表面与离子导电的介质(电解质溶液)发生电化学作用而产生的破坏。也就是金属和电解质组成原电池所发生的金属电解过程。任何一处按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含一个阳极反应和一个阴极反应，并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流联系在一起。阳极反应，是金属离子从金属转移到介质中和放出电子的过程，阴极反应则是介质中氧化剂组分吸收来自阳极的电子还原过程。金属与电解质之间存在一个带电的界面，与此界面有关的因素都会影响腐蚀过程的进行。其实质是浸在电解质溶液中的金属表面上形成了以金属为阳极的腐蚀电池。包括异金属接触产生的腐蚀原电池、钢管本身成分含量复杂产生的原电池、氧浓差产生腐蚀原电池、盐浓差腐蚀原电池和直流杂散电流腐蚀、交流杂散电流腐蚀。第11页共25页细菌腐蚀:细菌对钢铁的腐蚀机理较为复杂，但主要在一些土壤中有以下三种细菌参加腐蚀过程：硫酸盐还原菌、硫氧化菌、铁菌三种。应力腐蚀：对应力腐蚀的机理看法不一，最常见的说法是在有应力部位存在某个缺陷点，即活性源，该点在电化学腐蚀和应力的共同作用下，产生裂纹，并快速向纵深发展。应力腐蚀主要发生在罐底边缘等部位。4.1.2硫化氢物理和化学特性硫化氢的分子量为34.08，密度为1.539kg/m3。而且是一种无色、有臭鸡蛋味的、易燃、易爆、有毒和腐蚀性的酸性气体。H2S在水中的溶解度很大，水溶液具有弱酸性，如在1大气压下，30℃水溶液中H2S饱和浓度大约是300mg/L，溶液的pH值约是4。H2S不仅对人体的健康和生命安全有很大的危害性，而且它对钢材也具有强烈的腐蚀性，对石油、石化工业装备的安全运转存在很大的潜在危险。干燥的H2S对金属材料无腐蚀破坏作用，H2S只有溶解在水中才具有腐蚀性。在湿硫化氢环境中，硫化氢会发生电离，使水具有酸性，硫化氢在水中的离解反应式为：H2S＝H+＋HS－HS－＝H+＋S2－由于硫化氢在水中的离解，钢材产生电化学反应。第12页共25页阳极：Fe-2e→Fe2+阴极：2H++2e→2H→H2↑阳极反应产物：Fe2＋＋S2－→FeS↓钢材受到硫化氢腐蚀以后阳极的最终产物就是硫化亚铁，该产物通常是一种有缺陷的结构，它与钢铁表面的粘结力差，易脱落，易氧化，且电位较正，因而作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢基体继续进行腐蚀。4.1.3硫化氢腐蚀机理金属表面在硫化氢的离解作用下受到非均匀性的电化学腐蚀，生成硫化亚铁，形成层状的剥落与局部的蚀坑。硫化氢对金属的腐蚀主要有氢鼓泡(HB)、氢致开裂(HIC)、硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)和应力导向氢致开裂(SOHIC)。1）氢鼓泡(HB)腐蚀过程中析出的氢原子向钢中扩散，在钢材的非金属夹杂物、分层和其他不连续处易聚集形成分子氢，由于氢分子较大难以从钢的组织内部逸出，从而形成巨大内压导致其周围组织屈服，形成表面层下的平面孔穴结构称为氢鼓泡，其分布平行于钢板表面。它的发生无需外加