三甘醇脫水工藝設計說明書

1、目錄第一篇 設計說明書- 1 -1 概述- 1 -1.1任務要求- 1 -1.2設計原則- 1 -1.3遵循的規(guī)范、標準- 1 -1.4設計內(nèi)容- 2 -1.5主要技術(shù)經(jīng)濟指標- 2 -1.5.1 天然氣氣質(zhì)資料- 2 -1.5.2 外輸天然氣- 3 -2 工藝流程（TEG）- 5 -2.1 工藝方案- 5 -工藝方法選擇- 5 -參數(shù)對比研究及方案優(yōu)選- 6 -2.2工藝流程- 9 -工藝流程選擇總則- 9 -工藝流程選擇- 9 -三甘醇脫水工藝流程簡述- 9 -2.3三甘醇脫水主體裝置能耗- 10 -三甘醇脫水主要能耗指標- 10 -節(jié)能- 10 -2.4三甘醇脫水工藝流程圖- 11 -三

2、甘醇脫水工藝流程圖見附圖。- 11 -3設備選型- 11 -3.1 原料氣過濾分離器- 11 -3.2 干氣出口分離器- 12 -3.3 吸收塔- 12 -3.4 換熱器- 13 -3.4.1 干氣/三甘醇貧液換熱器- 14 -3.4.2 甘醇貧/富液換熱器- 15 -3.5 閃蒸罐- 15 -3.6 再生系統(tǒng)- 16 -3.7 過濾器- 18 -3.8 三甘醇循環(huán)泵- 19 -4 三甘醇脫水主要裝置選型- 20 -第二篇 計算說明書- 21 -1 引言- 21 -2主要設備的計算和選型- 22 -2.1 三甘醇吸收塔設計計算(C-1101)- 22 -2.2閃蒸罐設計計算(D-1201)-

3、25 -2.3再生塔計算：(E-1301/H-1301)- 26 -2.4產(chǎn)品氣分離器(D-1101)- 32 -2.5管線的選型和計算- 34 -第一篇 設計說明書1 概述1.1任務要求學習油氣儲運工程專業(yè)課程之后，為了對油氣儲運工程專業(yè)有一個更加系統(tǒng)、全面的了解，綜合利用所學知識進行400104 m3/d天然氣三甘醇脫水裝置工藝設計。通過學習和訓練，能深入理解油氣儲運工程的基本理論和技術(shù)，掌握油氣儲運工程的設計思路及方法。工程設計應符合現(xiàn)行執(zhí)行的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標準。要求繪制的工藝流程圖和相關(guān)圖樣完整和規(guī)范。在工藝計算及設備選型時，確保理論依據(jù)充分，使用的圖表和公式正確，計算步驟簡明，計算結(jié)

4、果正確、可靠。盡可能采用國內(nèi)外油氣儲運工程的新技術(shù)、新工藝和設備。提交的工程設計成果包括：原始數(shù)據(jù)、說明書、有關(guān)圖件、參考文獻等。1.2設計原則1） 貫徹國家建設基本方針政策，遵循國家和行業(yè)的各項技術(shù)標準、規(guī)范。2） 貫徹“安全、可靠”的指導思想，以保證設備安全、穩(wěn)定地運行。3） 遵循“高效節(jié)能、安全生產(chǎn)”的設計原則。4） 充分考慮環(huán)境保護，節(jié)約能源。1.3遵循的規(guī)范、標準 1石油大學出版社石油地面工程手冊第三冊氣田地面工程設計 2GB5021-1994輸氣管道工程設計規(guī)范 3 GB/T8163-1999輸送流體用無縫鋼管 4 SY/T0010-96氣田集氣工程設計規(guī)范 5 SY 0401-9

5、8輸油輸氣管道線路工程施工及驗收規(guī)范 6曾自強，張育芳天然氣集輸工程石油工業(yè)出版社 7林存英天然氣礦場集輸石油工業(yè)出版社 8SY0420-2000石油天然氣站內(nèi)工藝管道施工及驗收規(guī)范 9 SY/T 0602-2005.甘醇型天然氣脫水裝置規(guī)范 10SY/T 0076- 2003.天 然 氣 脫水設計規(guī)范 11常用壓力手冊 12 GB-T_17395-2008_無縫鋼管尺寸 13 GBT 9019-2001 壓力容器公稱直徑 14 GB150.2-2010 固定式壓力容器1.4設計內(nèi)容根據(jù)給定的天然氣氣質(zhì)工況和處理規(guī)模， 以SY/T 0602-2005甘醇型天然氣脫水裝置規(guī)范、SY/T 0076

6、-2003天然氣脫水設計規(guī)范及其相關(guān)技術(shù)設計規(guī)范為依據(jù)，對400104 m3/d天然氣脫水工程進行了工藝流程設計、流程模擬、工藝參數(shù)研究和主要工藝設備設計計算。本應用工程完成了以下的研究內(nèi)容：1） 三甘醇脫水工藝流程設計，繪制流程圖；2） 利用HYSYS軟件對三甘醇脫水工藝流程進行模擬；3） 三甘醇脫水工藝參數(shù)研究及選用；4） 三甘醇脫水工藝裝置設計： 分離器（F-1101/D-1101） 甘醇吸收塔（C-1101） TEG閃蒸罐（D-1201） 再生設備（E-1301/H-1301/C-1301） 甘醇過濾器（F-1201/F-1202/F-1203） 甘醇換熱器（E-1201/E-1302

7、） 甘醇循環(huán)泵（P-1101） 主要工藝管線 1.5主要技術(shù)經(jīng)濟指標1.5.1 天然氣氣質(zhì)資料 氣體處理規(guī)模：400104 m3/d（最大處理能力480104 m3/d）進站壓力：6.07.0 MPa進站溫度：2030 干氣外輸壓力：5.5 MPa干氣水露點要求：-5 天然氣氣質(zhì)組成見表2-1。 表1-1 天然氣組成表（干基）組分N2CO2H2SC1C2mol%0.0241.93130.001297.06780.8216組分C3iC4nC4iC5nC5mol%0.10810.0170.0160.0090.0041.5.2 外輸天然氣天然氣三甘醇脫水裝置主要產(chǎn)品為干氣， 干氣外輸壓力大于5.9

8、MPa，產(chǎn)品指標符合天然氣（GB17820-1999）中一類天然氣的要求。詳見表1-2。表1-2 產(chǎn)品氣氣質(zhì)條件項目干氣溫度，31.84壓力，kPa5900標況下氣體體積，m3/d4004698.966分子量16.75流體密度，kg/m343.82低位熱值，MJ/m32030.5244水露點，-5摩爾百分數(shù)氮氣，N20.000240 二氧化碳，CO20.019291 硫化氫,H2S0.000012 甲烷，CH40.970647 乙烷，C2H40.008215 丙烷，C3H60.001081 異丁烷0.000170 正丁烷0.000160 異戊烷0.000090 正戊烷0.000040 水，H2

9、O0.000056 三甘醇0.0000002 工藝流程（TEG）2.1 工藝方案2.1.1工藝方法選擇天然氣的脫水方法多種多樣，目前應用較廣泛的有低溫分離法脫水、溶劑吸收法脫水和固體吸附法脫水。針對上述給出的原料氣氣質(zhì)工況、處理規(guī)模和外輸干氣對水露點的要求，由于三甘醇的貧液濃濃度可達9899%，三甘醇蒸氣壓較低，攜帶損失小，熱力學性質(zhì)穩(wěn)定，理論分解溫度較高，可以獲得較大的露點降，而且能耗低，投資及操作費用較低，且甘醇類化合物毒性很輕微，三甘醇的沸點高，常溫下基本不揮發(fā)，使用時不會引呼吸中毒，與皮膚接觸也不會引起傷害。因而選用三甘醇脫水工藝可以滿足天然氣脫水技術(shù)和經(jīng)濟性要求。2.1.2參數(shù)對比研

10、究及方案優(yōu)選對于三甘醇脫水工藝，影響脫水效果的關(guān)鍵參數(shù)是三甘醇貧液濃度、三甘醇循環(huán)量、吸收塔和再生塔的塔板數(shù)、再生塔溫度、再生方式。 目前常用的再生方法有三種：減壓再生；汽提汽提；共沸再生。氣體汽提是現(xiàn)行三甘醇脫水裝置中應用較多的再生方法。氣體汽提是將甘醇溶液同熱的汽提氣接觸，以降低溶液表面的水蒸氣分壓，使甘醇溶液得以提濃到99.995%（質(zhì)），干氣露點降至-73.3。但是汽提氣排至大氣，會產(chǎn)生污染，也增加了生產(chǎn)費用，對此需有相應的措施。 在甘醇循環(huán)量和塔板數(shù)一定的情況下，三甘醇的濃度越高，天然氣露點降就越大。因此，降低出塔干氣露點的主要途徑是提高三甘醇貧液濃度。根據(jù)溶液吸收原理，循環(huán)量、濃度

11、與塔板數(shù)的相互關(guān)系如下：循環(huán)量和塔板數(shù)固定時，三甘醇濃度愈高則露點降愈大；循環(huán)量和三甘醇濃度固定時，塔板數(shù)愈多則露點降愈大，但一般都 超過10塊實際塔板； 塔板數(shù)和三甘醇濃度固定時，循環(huán)量愈大則露點降愈大，但循環(huán)量升到一定程度后，露點降的增加值明顯減少，而且循環(huán)量過大會導致重沸器超負荷，動力消耗過大。三甘醇循環(huán)量是控制脫除天然氣中總水量，必須保證甘醇與氣體接觸較好的最小循環(huán)率，一般從天然氣中脫除1 kg水需要20 L30 L三甘醇。甘醇循環(huán)量與三甘醇貧液濃度、吸收塔塔板數(shù)與要求的露點降有關(guān)，本文應用HYSYS 2004對三甘醇脫水工藝流程進行了模擬計算及參數(shù)對比分析，主要研究了三甘醇貧液濃度、

12、甘醇循環(huán)量與天然氣脫出水量之間的關(guān)系。通過計算可知，在6.0 MPa，30 下原料氣中含水量為111.84 kg/h，在三甘醇脫水吸收塔中，由于天然氣與貧甘醇不可能達到充分接觸達到平衡狀態(tài)，理論平衡水露點與實際水露點相差810 ，本工程要求天然氣實際水露點要求小于-5 ，外輸干氣設計控制天然氣平衡水露點為-13-15 即可滿足要求。 應用HYSYS2004進行工藝計算，研究了汽提氣的循環(huán)量和三甘醇循環(huán)量對干氣水露點的影響，見表2-2和表2-3。表2-1 汽提氣流量對三甘醇脫水效果的影響汽提氣流量m3/h三甘醇貧液濃度%干氣水露點0.0764399.055-8.1560.152999.1788-

13、9.2660.305799.3373-10.840.382199.3954-11.470.420499.4211-11.760.458699.4449-12.630.53599.4879-12.530.573299.5074-12.760.611599.5257-12.99表2-2 貧甘醇循環(huán)量對三甘醇脫水效果的影響三甘醇循環(huán)量（m3/h）三甘醇再生溫度外輸干氣含水量kg/h外輸干氣水露點重沸器熱負荷kW0.648715027.7076.82346.761.29715014.425-2.68890.481.9461509.6571-8.218131.62.5951507.4243-11.721

14、68.12.7251507.1232-12.27174.72.8031506.9597-12.59178.72.8291506.9077-12.67179.92.881506.8068-12.87181.3針對上述給出的原料氣氣質(zhì)工況、氣體處理規(guī)模，對三甘醇貧液濃度、三甘醇循環(huán)量、再生溫度進行了優(yōu)選，其優(yōu)選的工藝參數(shù)見表2-3。從表2-3中可以看出三甘醇貧液濃度為99.5%，三甘醇循環(huán)量為902 kg/h（0.8 m3/h）時，其產(chǎn)品氣平衡水露點計算值為-14.73 。因此本流程采用99.5%的貧甘醇，采用氣提再生工藝，實際水露點控制在-5 以下是完全可行的。表2-3 三甘醇脫水工藝參數(shù)優(yōu)選結(jié)

15、果項 目工藝參數(shù)原料氣壓力，kPa6000原料氣溫度，30原料氣流量，m3/d400104原料氣中含水量，kg/h111.84三甘醇貧液濃度，%（質(zhì)量百分比）99.5三甘醇富液濃度，%（質(zhì)量百分比）95.86三甘醇貧液循環(huán)量，kg/h3157脫水吸收塔理論塔板數(shù)2閃蒸壓力，kPa590閃蒸溫度，65.0富液再生塔理論塔板數(shù)（不含重沸器）1進料位置（從上而下）1富液進料溫度，150塔頂氣體溫度，94.1重沸器溫度， 202再生壓力，kPa125重沸器熱負荷，kW179.9氣提量，m3/h45.45氣提壓力，kPa125干氣平衡水露點，-12.67三甘醇損耗量，kg/h0.31822.2工藝流程2

16、.2.1工藝流程選擇總則三甘醇溶液具有熱穩(wěn)定性好、易于再生、吸濕性很高、蒸汽壓低、攜帶損失量小、運行可靠等優(yōu)點。三甘醇脫水裝置主要分為吸收和再生兩部分, 應用了吸收、分離、氣液接觸、傳質(zhì)、傳熱和抽提等原理, 露點降通?？蛇_到30 60,最高可達85 。2.2.2工藝流程選擇本裝置所采用的TEG脫水工藝具有以下特點：（1）TEG脫水工藝流程簡單、技術(shù)成熟，與其它脫水法相比具有可獲得較大露點降、熱穩(wěn)定性好、易于再生、損失小、投資和操作費用省等優(yōu)點；（2）采用高效過濾分離器分離原料氣中固、液顆粒，減少甘醇污染；（2）在富液管道上設置過濾器，以除去溶液系統(tǒng)中攜帶的機械雜質(zhì)和降解產(chǎn)物，保證溶液清潔，防止

17、溶液起泡，有利于裝置長周期平穩(wěn)運行；（4）TEG再生所采用的直接火管加熱方法成熟、可靠、操作方便；（5）為了增強天然氣脫水裝置的適應性，在貧液精餾柱上設有氣提氣注入，氣提氣起源使用干氣。2.2.3三甘醇脫水工藝流程簡述工藝流程見附圖。三甘醇脫水工藝流程主要由天然氣吸收脫水、三甘醇富液再生兩部分組成。其工藝設備主要有進口分離器、甘醇-氣體吸收塔、氣體-貧甘醇換熱器、三甘醇再生塔及重沸器、三甘醇循環(huán)泵、過濾器、貧/富液換熱器和三甘醇閃蒸分離器等。 （1）原料氣脫水濕天然氣進入原料氣過濾分離器，分離固體雜質(zhì)、游離水等后進入TEG吸收塔底部，與吸收塔上部注入的貧TEG溶液逆流接觸而脫除水分，吸收塔頂部

18、出來的天然氣經(jīng)干氣/貧甘醇換熱器換熱后進入產(chǎn)品氣分離器，分離出少量三甘醇溶液后，從干氣分離器中分離出的氣相小部分做為燃料氣補充氣，大部分為產(chǎn)品氣外輸。 （2）TEG富液再生TEG吸收塔底部排出的三甘醇富液與TEG再生塔頂部換熱后進入TEG閃蒸罐，盡可能閃蒸出其中所溶的烴類，閃蒸后的三甘醇富液經(jīng)過TEG過濾器除去固體、液體雜質(zhì)，進入TEG換熱罐提高三甘醇進TEG再生塔的溫度，從再生塔中部進料，經(jīng)TEG重沸器加熱再生，再生后的三甘醇貧液經(jīng)TEG換熱罐和TEG后冷器冷卻，冷卻后的三甘醇貧液由TEG循環(huán)泵輸送到干氣/貧甘醇換熱器與吸收塔頂部出來的天然氣換熱后進入吸收塔，實現(xiàn)三甘醇貧液的循環(huán)利用。2.3

19、三甘醇脫水主體裝置能耗2.3.1三甘醇脫水主要能耗指標表2-4 主體工藝裝置綜合能耗表 序號項目量值1電主體裝置（泵）耗電量，KW7.3502汽提氣汽提氣用量，m3/h46.233燃料氣再生塔重沸器熱負荷，KW185.44三甘醇貧液循環(huán)量（99.5%），kg/h3157損耗量，kg/h0.31822.3.2節(jié)能1）優(yōu)化工藝流程，合理利用井口天然氣的壓力能；2）優(yōu)化換熱程序、優(yōu)選冷換設備，合理得用各種溫位的熱能；3）采用高效的機泵和節(jié)能電機；4）設備選型適應不同工況變化的需要，避免能源浪費；5）定期清管，以減小天然氣在輸送過程中的壓力能損失，提高管道輸送效率，達到節(jié)能的目的；6）選擇操作靈活、密

20、封性能好的閥門，以減少天然氣的泄漏； 7）采用高效絕熱材料，完善保溫結(jié)構(gòu)，減少設備、管道散熱損失。2.4三甘醇脫水工藝流程圖 三甘醇脫水工藝流程圖見附圖。3設備選型3.1 原料氣過濾分離器原料氣過濾分離器是濕天然氣所接觸的第一個設備，只要濕天然氣中含有液態(tài)水、烴及固體雜質(zhì)（石蠟、沙子、鉆井泥漿）等物質(zhì)中的任何一種，就會造成以下影響：1)降低甘醇溶液的脫水能力,使甘醇溶液起泡;2)引起甘醇較高的損失;3)增加甘醇溶液的循環(huán)量,降低吸收塔的吸收效率,增加吸收塔的維修量。過濾分離器的作用就是在濕天然氣脫水之前將這些液態(tài)和固態(tài)的雜質(zhì)分離出來。過濾分離器通常分為臥式或立式2種類型， 海洋平臺一般采用臥式

21、兩相或三相雙桶分離器，因為它與立式分離器相比易使液/液得到較好的分離，且內(nèi)部構(gòu)造較為簡單。氣體處理量可根據(jù)修改的Stokes定律來確定，液體處理量則主要取決于液體在容器中的停留時間。在400萬方三甘醇脫水工藝流程中設有原料氣過濾分離器和產(chǎn)品氣分離器。原料氣過濾分離器和產(chǎn)品氣分離器的工藝參數(shù)由HYSYS 2004軟件計算得出。原料氣過濾分離器作用是分離氣流中的液體和固體顆粒。原料氣過濾分離器的工藝參數(shù)及規(guī)格如表3-1所示。表3-1 原料氣過濾分離器工藝參數(shù)及要求工藝參數(shù)技術(shù)指標工作溫度，30過濾精度，m0.5（固）、1（液）工作壓力，kPa（絕）6000過濾效率，%99.98%（固）、98%（液

22、）工況下氣相流量，m3/h2583最大壓降，kPa50工況下氣相密度，kg/m345.05結(jié)構(gòu)型式臥式工況下氣相粘度，Pas1.2910-5所用材料16MnR3.2 干氣出口分離器為除去干氣中的少量三甘醇液滴，工藝中設置有干氣出口分離器。由于干氣出口分離器進料中甘醇量相對較少，氣相流量較大，從經(jīng)濟效益出發(fā)，選用臥式重力分離器。干氣出口分離器的直徑按GB 50350-2005油氣集輸設計規(guī)范中有關(guān)氣液分離器直徑計算公式進行計算。干氣出口分離器的工藝參數(shù)及規(guī)格列于表3-2。表3-2 干氣出口分離器工藝參數(shù)及規(guī)格設備名稱干氣出口分離器選用值選用公稱直徑，mm1200筒體長度，mm6000捕霧器厚度，

23、mm150材質(zhì)16MnR分離器壁厚，mm303.3 吸收塔吸收塔（接觸塔）是二甘醇脫水裝置最主要的設備，通常由底部的進口氣滌器（洗滌器）、中部的吸收段和頂部的捕霧器3部分組成。由于液體流量小，同時又不是塔尺寸計算的一個決定性因素，吸收塔的直徑主要由氣體流速與空塔速度決定；塔內(nèi)的塔板數(shù)和所占空間則決定了吸收塔的高度。吸收塔分為板式塔和填料塔2種類型。前者通常采用泡罩（帽）塔板，在確定了進料氣所要求的露點降、吸啦塔的溫度和壓力等參數(shù)后，根據(jù)貧三甘醇濃度、三甘醇循環(huán)量和露點降之間的關(guān)系，來選擇合適的貧三甘醇濃度和吸收塔塔板數(shù)。實踐證明，任何泡罩式甘醇吸收塔至少要有4塊實際塔板數(shù)才能有良好的脫水效果，

24、一般采用4-12塊。填料塔主要采用瓷質(zhì)鞍形填料和不銹鋼環(huán)，一般根據(jù)填料效率和填料系數(shù)選擇填料的尺寸。填料塔和板式塔的優(yōu)缺點比較如下表：表-填料塔和板式塔的優(yōu)缺點比較型式優(yōu)點缺點備注板式塔 1） 可在氣液比較低時使用，當氣體流量較低時不會發(fā)生2）漏液或排干塔板上的液體3）技術(shù)發(fā)展成熟，應用廣泛當氣體流量過大時塔板上的“吹液”現(xiàn)象會惡化填料塔1） 當處理量較高時，由于液體以潤濕膜的形式流過填料表面，不受“吹液”現(xiàn)象響2） 由于液體受氣體攪動程度相對低，有利于處理三甘醇溶液的起泡現(xiàn)象1）若三甘醇流量較低，塔內(nèi)填料不能完全濕潤，會降低接觸效率2）使用不廣泛當塔徑小于300mm時，宜于選用根據(jù)40010

25、4 m3/d三甘醇脫水工藝流程圖，本工藝中設置有TEG吸收塔。TEG吸收塔采用板式塔。由于三甘醇溶液循環(huán)量很小，為有利于氣-液傳質(zhì)，保證塔板液封，增加操作彈性，故采用泡帽塔。本工藝選用的吸收塔型號如下表3-3。表3-3 TEG吸收塔工藝數(shù)據(jù)設備名稱甘醇吸收塔選用值選用公稱直徑，mm2500吸收塔壁厚，mm58捕霧器厚度，mm150塔板數(shù)，塊8材質(zhì)16MnR吸收塔總高，mm56003.4 換熱器 根據(jù)400104 m3/d三甘醇脫水工藝流程圖，本裝置設置有閃蒸罐前板式換熱器（L-101）和富液進入再生塔前板式換熱器（L-100），干氣/三甘醇貧液換熱器(E-102)。換熱設備的工藝和物性參數(shù)由H

26、YSYS軟件計算得出。3.4.1 干氣/三甘醇貧液換熱器干氣/三甘醇貧液換熱器選用管殼式換熱器，由HYSYS可得管殼式換熱器的基本參數(shù)見下表，管殼式換熱器選型結(jié)果如表3-4：管殼式換熱器（E-102）換熱參數(shù)項目管程進口管程出口殼程進口殼程出口介質(zhì)天然氣天然氣三甘醇三甘醇氣相分率1.001.000.000.00溫度30.87 31.84 85.90 40.00 壓力kPa5950.00 5900.00 6100.00 6050.00 質(zhì)量流量kg/h116200 116200 3157 3157 體積流量m3/h261526522.9262.828比熱KJ/kg8.8938.9071.4061

27、.705粘度（Pas)10-51.2921.293532.8532.8表3-4 干氣/TEG貧液換熱器（E-101）設計參數(shù)表設備名稱干氣/TEG貧液換熱器（E-101）工藝設計參數(shù)工作溫度殼程，85.90/40.00管程，30.87/31.84工作壓力殼程，kPa6100/6050管程，kPa5950/5900工作介質(zhì)殼程三甘醇貧液管程干氣允許壓降殼程，kPa50管程，kPa50材質(zhì)殼體材質(zhì)16MnR換熱管材質(zhì)0Cr19Ni19選擇值殼程數(shù)1管程數(shù)23.4.2 甘醇貧/富液換熱器三甘醇貧/富換熱器用于控制進閃蒸分離器和過濾器的富三甘醇溶液溫度，同時也起著回收貧三甘醇溶液熱量、使富三甘醇升溫以

28、減輕重沸器熱負荷的作用。此流程采用了兩個板式換熱器原因如下：1） 板翅式換熱器的換熱效率高；2） 保證了三甘醇富液進入甘醇再生塔的溫度；3） 三甘醇貧液不再需要水冷卻系統(tǒng)來冷卻，節(jié)能30%。 板式換熱器設置位置在進入閃蒸罐之前和進入再生塔之前。換熱設備的工藝和物性參數(shù)由HYSYS軟件計算得出，見下表3-5：表3-5 板式換熱器的工藝和物性參數(shù)表換熱器名稱E-101E-100項目熱流相冷流相熱流相冷流相質(zhì)量流流量kg/h3156.00 3276.00 3156.003266.00允許壓降kPa1010物性參數(shù)定性溫度114.140.53197.965.33密度kg/m31037642.4970.

29、1798.6比熱（KJ/kg)2.5632.3113.0272.4343.5 閃蒸罐三甘醇溶液在吸收塔的操作壓力和溫度下除了吸收濕天然氣中水蒸氣外，還會吸收少量的天然氣，尤其是包括芳香烴在內(nèi)的重烴，而烴類在三甘醇內(nèi)的溶解量與壓力有關(guān)，壓力愈高則溶解量愈大。閃蒸分離器的作用就是在低壓下分離出富三甘醇中吸收的這些烴類氣體，以減少三甘醇損失量，防止三甘醇溶液發(fā)泡。其頂部分離出的氣體一般用作燃料或進入放空系統(tǒng)，閃蒸出來的液態(tài)烴進人閉式式排放系統(tǒng)進行集中處理。閃蒸分離器采用立式或臥式均可。當進料氣為貧氣時，由于氣體中所含重烴粒少，在閃蒸分離器中經(jīng)常沒有液烴存在，因此可選用兩相（氣體和三甘醇溶液）分離器。

30、液體在閃蒸分離器中的停留時間為5-10min；當進料氣為富氣時，由于氣體所含重烴較多，故應選用三相（氣體、液烴和三甘醇溶液）分離器，此時為防止重烴使三甘醇溶液乳化和起泡，應使溶液升溫至約65，停留時間定為1015min左右。為保證閃蒸分離后的富三甘醇有足夠的壓力流過過濾器及貧富三甘醇換熱器等設備，閃蒸分離器的操作壓力最好在0.350.52Mpa之間。 TEG閃蒸罐的工藝和物性參數(shù)由HYSYS 2004軟件計算得出，甘醇循環(huán)流量為2.828 m3/h，TEG停留時間為10 min。閃蒸罐的選型結(jié)果如下表3-6：表3-6 閃蒸分離器規(guī)格設備名稱閃蒸罐選用值選用公稱直徑，mm1000閃蒸罐壁厚，mm

31、5形式立式材質(zhì)16MnR閃蒸罐總高，mm24003.6 再生系統(tǒng)三甘醇脫水裝置的再生系統(tǒng)主要由再生塔和重沸器組成。由吸收塔來的富三甘醇經(jīng)閃蒸后在再生塔精餾柱和重沸器內(nèi)進行再生（提濃），富三甘醇的再生過程實質(zhì)上是甘醇和水二組分混合物的簡單蒸餾過程。富三甘醇中吸收的水由精餾柱頂部排放大氣，再生后的貧甘醇由再生塔流出。精餾柱頂部設有冷卻盤管，可使部分水蒸氣冷凝，成為精餾柱頂?shù)幕亓?，從而使柱頂溫度得到控制，并可減少三甘醇損失量。當三甘醇溶液所吸收的重烴中含有芳香烴時，應將放空氣引至地面，使其在罐中冷凝，排放的冷凝物應符合苯的排放規(guī)定；對于含硫化氫的放空氣，可采用灼燒的方法進行處理。精餾柱的直徑可根據(jù)其

32、底部所需的氣、液負荷來確定。重沸器的作用是用來提供熱量將富三甘醇加熱至一定溫度，使富三甘醇中所吸收的水分汽化并從精餾柱頂排放，同時提供回流熱負荷及補充散熱損失，再生塔的作用是使三甘醇溶液在此得到提濃。三甘醇溶液和水的沸點相差很大，且不生成共沸物，較易分離。重沸器通常為臥式容器，采用釜式結(jié)構(gòu)，一般采用火管直接加熱、水蒸氣或熱油間接加熱、電加熱以及廢氣加熱等4種加熱形式。當采用直火式加熱方法時，要注意將重沸器安裝在乎臺下風向一個安全的地方；當采用水蒸氣或熱油作熱源時，熱流密度由熱源溫度控制，熱源溫度的推薦值為232，有時也可用260。不論采用何種熱源，重沸器內(nèi)三甘醇溶液液位應比頂部傳熱管高150

33、mm。再生系統(tǒng)主要設備選型結(jié)果如下表3-7、3-8：表3-7 三甘醇再生塔主體部分規(guī)格表富液精餾柱直徑，mm700填料高度，mm1800貧液精餾柱直徑，mm600填料高度，mm1200再生塔重沸器熱負荷，kW179.9熱通量，kW/m220換熱面積，m29.27火管規(guī)格5009火管長度，mm5900殼體規(guī)格DN10006500富液精餾柱頂部冷卻盤管平均有效溫差，21.02傳熱系數(shù)，W/（m2）100換熱面積，m24.69管內(nèi)流體種類甘醇富液盤管規(guī)格325 間距，mm42盤管內(nèi)徑，mm300圈數(shù)60主體材質(zhì)20R 表3-8 三甘醇緩沖罐部分規(guī)格表設備名稱緩沖罐選用值選用公稱直徑，mm900材質(zhì)1

34、6MnR型式立式緩沖罐總高，mm3600緩沖罐壁厚，mm53.7 過濾器甘醇富液過濾器常采用濾芯過濾器和活性碳過濾器串聯(lián)組成。兩者都是利用富液差壓進行過濾。濾芯過濾器（F-101）用來除去三甘醇中的固體雜質(zhì)，使甘醇中固體雜質(zhì)的質(zhì)量濃度低于0.01%。在甘醇再生系統(tǒng)中采用活性碳過濾器（F-102）以除去甘醇中的重烴，以減小泡沫的產(chǎn)生。過調(diào)研對比，選用上海旭憶化工科技有限公司金屬篩網(wǎng)折疊濾芯，濾芯過濾器技術(shù)要求如下表3-9：表3-9 濾芯過濾器（F-1201）技術(shù)要求設備名稱濾芯過濾器（F-101）工藝參數(shù)及幾何尺寸工作溫度，65.33工作壓力，kPa195三甘醇體積流量， m3/h2.828過濾

35、精度，m2 濾芯直徑，mm80濾芯長度，mm762濾芯數(shù)量2殼體材質(zhì)，mmSS304所選型號SM-080-30S-S-H-T活性碳過濾器用以除去甘醇中的重烴，以減小泡沫的產(chǎn)生。過濾器的筒體長度與直徑比宜為35。通過市場調(diào)研，選用上海旭憶化工科技有限公司碳棒式活性碳濾芯，其外形尺寸如表3-10所示。 表3-10 活性碳過濾器（F-1202）規(guī)格設備名稱活性碳過濾器（F-102）工藝參數(shù)及幾何尺寸工作溫度，87.35工作壓力，kPa105甘醇富液流量，m3/h2.828每平米截面積甘醇富液流量，L/s0.68濾芯直徑，mm80濾芯長度，mm762濾芯數(shù)量2殼體材質(zhì)，mmSS304所選型號XC-00

36、0-30S3.8 三甘醇循環(huán)泵甘醇循環(huán)泵是用來泵送甘醇溶液進入吸收塔進行循環(huán)的，泵的選型與甘醇循環(huán)量和吸收塔設計壓力有關(guān)。有HYSYS知，甘醇循環(huán)量為2.80m3/h左右。算得所需揚程為566m。根據(jù)常用泵選型手冊泵的選型結(jié)果如表3-11： 表3-11 甘醇循環(huán)泵設計參數(shù)及選型結(jié)果序號項目名稱參數(shù)1處理量， m3/h2.80 2功率，KW7.3453泵入口壓力，KPa105.0溫度，87.354泵出口壓力，KPa6100溫度，85.915泵的型號電驅(qū)動齒輪泵GS-11164 三甘醇脫水主要裝置選型三甘醇脫水主要裝置和工藝管線選型見附表。第二篇 計算說明書1 引言根據(jù)導師下達的任務書，主要是對站

37、內(nèi)設備、及管線進行計算和選型。設計中所選設備及管線材質(zhì)（特殊件除外）均采用20號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，屈服強度。工藝計算步驟：在進行三甘醇脫水裝置工藝計算時，首先需要確定5個基礎數(shù)據(jù)：1）進料氣流量；2）進料氣溫度；3）吸收塔操作壓力；4）進料氣組成或相對密度；5）要求的露點降或出吸收塔干氣的露點（或水含量）。在已知這些數(shù)據(jù)后，可根據(jù)下面步驟進行計算：1)確定應除去的水量；2）確定露點降；3）確定三甘醇循環(huán)量；4）選定需要的三甘醇進吸收塔的最低濃度；5）計算貧富三甘醇換熱器尺寸；6）計算氣體三甘醇換熱器尺寸；7）確定重沸器類型并計算尺寸；8）計算三甘醇泵的功率；9）確定吸收塔類型并計算塔的直徑；10)確

38、定閃蒸分離器類型并計算具體尺寸；11）確定過濾器尺寸。計算的基礎數(shù)據(jù)與要求如下:天然氣三甘醇脫水裝置工藝設計處理量： 400104 m3/d進站壓力： 6.0 MPa進站溫度： 30 干氣水露點要求：-5 天然氣氣質(zhì)組成見表1-1。表1-1 天然氣組成表（干基）組分N2CO2H2SC1C2mol%0.0241.93130.001297.06780.8216組分C3iC4nC4iC5nC5mol%0.10810.0170.0160.0090.004 各物料點的工藝參數(shù)由HYHYS模擬給出，見附圖一：400萬方天然氣TEG脫水裝置工藝物料平衡圖。2主要設備的計算和選型2.1 三甘醇吸收塔設計計算(

39、C-1101)（1）吸收塔塔徑計算TEG吸收塔（C-1101）工藝計算數(shù)據(jù) 設備名稱工藝參數(shù)TEG吸收塔（C-1101）氣相質(zhì)量流量，kg/h吸收塔中液相密度，kg/m31116.4吸收塔中氣相密度，kg/m345.05TEG吸收塔塔徑計算，可先算出允許的單位面積最大空塔氣體質(zhì)量流量，在根據(jù)最大空塔氣體質(zhì)量流量計算塔徑，計算公式如下： (2.1)式中: 氣體的最大允許質(zhì)量流量，kg/（hm2）； 吸收塔中液相密度，kg/m3； 吸收塔中氣相密度，kg/m3； 常數(shù)，與甘醇吸收塔板間距有關(guān)，該流程中取為500。代入數(shù)據(jù)得： （2.2）式中：甘醇塔直徑，m代入數(shù)據(jù)得：故選取甘醇吸收塔為DN 250

40、0 mm。（2）吸收塔塔板選擇由HYSYS軟件模擬可知，甘醇吸收塔有2塊理論塔板，取塔板效率為0.25%，故實際共有8塊塔板。甘醇吸收塔采用泡罩塔，甘醇吸收塔為DN 2500 mm。甘醇吸收塔塔板間距取610 mm，8塊塔板，甘醇吸收塔塔板總高為4880 mm，取5000mm。所以選用吸收塔的規(guī)格為DN25005000。（3）吸收塔除沫器面積甘醇吸收塔塔頂安裝絲網(wǎng)除沫器。除沫器流通面積由分離器內(nèi)的氣體通過絲網(wǎng)除沫器的設計速度與氣相流量計算得出，通過絲網(wǎng)除沫器的氣體設計速度一般取絲網(wǎng)最大允許速度的75%。氣體通過絲網(wǎng)最大允許速度 （2.3）其中：桑德斯-布朗系數(shù)，取0.107m/s。代入數(shù)據(jù)得：

41、捕霧器面積S: （2.4）代入數(shù)據(jù)得： m2式中：-工作狀態(tài)下氣體流量，m3/s，由HYSYS知 m3/s -通過吸收塔液相密度，此處為三甘醇密度，取1116kg/m3。 -通過吸收塔氣相密度，取44.44kg/m3 。（4）壁厚計算根據(jù)常用壓力容器手冊 選用材料16MnR鋼 （2.5）代入數(shù)據(jù)得： mm式中：P設計壓力，P=1.1* ，取6.6MPa 材料最大許用應力，157MPa C1鋼板負偏差，取1.2mm（根據(jù)常用壓力容器手冊） C2吸附塔腐蝕裕量，取1mm 焊縫系數(shù)，無縫鋼管取0.9，焊接鋼管取0.8選用壁厚65mm（5） 甘醇吸收塔計算選型結(jié)果如下表2-1：表2-1 TEG吸收塔計

42、算結(jié)果設備名稱甘醇吸收塔工藝參數(shù)及幾何尺寸計算值理論塔板數(shù)2型式立式吸收塔直徑計算值，m2.428捕霧器氣流允許速度，m/s0.5254捕霧器面積計算值，m21.843吸收塔壁厚計算值，mm55.9脫水量，kg/h104.9三甘醇循環(huán)量，L/kg(水)25.292.2閃蒸罐設計計算(D-1201) 閃蒸罐可以分離出溶解于甘醇富液內(nèi)的烴類閃蒸汽，以避免三甘醇溶液在再生塔內(nèi)發(fā)泡。分出的閃蒸氣體可以用作重沸器的燃料或者再生塔的汽提氣。根據(jù)400104 m3/d三甘醇脫水工藝流程圖，本設計設置裝置TEG閃蒸（D-1201）。TEG閃蒸罐（D-1201）的工藝和物性參數(shù)由HYSYS 2004軟件計算得出

43、,甘醇循環(huán)流量為2.828 m3/h，TEG停留時間為5min。表2-2 閃蒸罐工藝參數(shù)設備名稱閃蒸罐工藝參數(shù)及幾何尺寸工藝參數(shù)閃蒸罐內(nèi)壓力，KPa590閃蒸罐內(nèi)溫度，65三甘醇循環(huán)量，m3/h2.828液體停留時間，min15甘醇的沉降容積公式 V= (2.6)式中 V-閃蒸罐的沉降容積，m3； L-甘醇循環(huán)流量 ，m3/h； T- 甘醇在沉降罐中的停留時間，兩相分離器取5min。 代入數(shù)據(jù)得到：V=m3 直徑可以大致按照長徑比3：1來進行計算=0.236 R=0.232m直徑為464mm ,參照GB_T_9019-2001_壓力容器公稱直徑。取公稱直徑為500mm 參照GB 150-199

44、8 鋼制壓力容器(包括第1號 2號修改單，根據(jù)技術(shù)和經(jīng)濟的比較取材料Q235-A.F,厚度在4.5-16mm 許用應力為 113 MPa根據(jù)壓力容器壁厚計算公式 壁厚 S =+3 （2.7） = 4.40mm式中 S-計算壁厚,mm； P-計算壓，Mpa； - 設計溫度下材料的許用應力，Mpa； -焊接接頭系數(shù)，一般取1； C1 -腐蝕余量，取3。考慮壓力容器的制作過程以及壓力容器的壁厚的富余量，最終取壁厚5mm，在假設的范圍以內(nèi)。閃蒸罐的計算選型結(jié)果如下表2-3：表2-3 閃蒸分離器規(guī)格設備名稱閃蒸罐工藝參數(shù)及幾何尺寸計算值型式立式三相罐體壁厚，mm4.38閃蒸分離器所需的沉降容量，m30.

45、7072.3再生塔計算：(E-1301/H-1301) 三甘醇再生塔采用填料塔，由于三甘醇和水密度相差很大，甘醇和水很容易分離，采用Dg38型金屬環(huán)矩鞍填料，富液精餾柱和貧液精餾柱均采用金屬環(huán)矩鞍散裝填料Dg38型。Dg38型填料主要性能參數(shù)見表三甘醇再生塔采用填料塔，由于三甘醇和水密度相差很大，甘醇和水很容易分離，填料采用張家港雄華設備廠生產(chǎn)的Dg38型金屬環(huán)矩鞍填料，富液精餾柱和貧液精餾柱均采用金屬環(huán)矩鞍散裝填料Dg38型。Dg38型填料主要性能參數(shù)見表2-4。表2-4 Dg38型填料主要性能參數(shù)表項 目填料主要性能參數(shù)比表面積a，m2/m3140.44空隙率，%96.8填料因子，m-11

46、26.6等板高度，mm600表2-5 富精餾柱段計算塔徑的基礎數(shù)據(jù)項目第一板壓力，kPa114.00溫度，150.8工況下氣相體積流量，m3/h240.6工況下氣相流量，kg/h153.9工況下氣相密度，kg/m30.6358工況下液相流量，kg/h3330工況下液相密度，kg/m31009工況下液相體積流量，m3/h3.302液相粘度，cP1.304表2-6 貧液精餾柱段塔徑的基礎數(shù)據(jù)項目三甘醇貧液精餾柱壓力，kPa125.00溫度，198.0工況下液相體積流量，m3/h3.255（1）富液精餾柱計算SY/T 0076-2003天然氣脫水設計規(guī)范中規(guī)定甘醇再生塔塔直徑應按填料塔的操作氣速度及

47、噴淋密度計算。在三甘醇富液精餾柱選定板上汽相負荷最大的塔板工藝參數(shù)作為精餾段塔徑的計算依據(jù)，用HYSYS對三甘醇再生塔富液精餾柱段和貧液精餾柱段進行模擬計算。三甘醇富液精餾柱段第三塊塔板處氣相荷最大，以第三塊塔板的工藝參數(shù)作為富液精餾柱段塔徑計算的基礎數(shù)據(jù)，見表2-5所示。 富液精餾柱直徑和高度的計算：以第三塊塔板計算三甘醇富液精餾柱直徑，按照表5-12中的工藝參數(shù)用以下公式計算泛點速度： （2.8）代入數(shù)據(jù)得：算得泛點速度： m/s實際操作氣速為液泛點氣速的68%75%。故取實際操作氣速為液泛點氣速的70%。 m/s計算三甘醇富液精餾柱直徑得： m富液精餾柱噴淋密一般取為812 m3/(hm

48、2)，取噴淋密度為10 m3/(hm2)，計算精餾柱段直徑：0.65 m從表2-5中可看出三甘醇富液精餾柱中氣相量較小，液相量較大，比較按操作氣速及噴淋密度計算出的塔徑，富液精餾柱段直徑取為700mm。三甘醇富液精餾柱段高度：根據(jù)工程實際，富液精餾柱段高度為1800mm。壁厚計算根據(jù)常用壓力容器手冊選用選用材料16MnR鋼，鋼板厚度為10mm。 （2.9）代入數(shù)據(jù)得： mm 設計壓力， MPa； 吸收塔徑，mm； 合金鋼的最大許用應力，170MPa； 焊縫系數(shù)，無縫鋼管取0.9，焊接鋼管取0.8； 鋼板負偏差，取0.8mm（根據(jù)常用壓力容器手冊）； 吸附塔腐蝕裕量，取1mm。所以，鋼板厚度選1

49、0mm滿足壓力需要。（2）貧液精餾柱工藝計算貧液精餾柱直徑和高度的計算貧液精餾柱段第二塊板處液相相負荷最大，作為貧液精餾柱段塔徑計算的基礎數(shù)據(jù)，見表2-6所示。三甘醇貧液精餾柱直徑應按噴淋密度進行計算。三甘醇貧液精餾柱工況下液體流量為3.255m3/h。貧液精餾柱的噴淋密度一般為1020m3/(hm2)。取15 m3/(hm2)作為三甘醇貧液精餾柱直徑計算的基礎數(shù)據(jù)。其它基礎數(shù)據(jù)如表2-6所示。取噴淋密度為15 m3/(hm2)計算汽提柱直徑： m故三甘醇貧液精餾柱段直徑取為600mm。三甘醇貧液精餾柱段高度：根據(jù)工程實際，取貧液精餾柱段高度為1200mm。壁厚計算根據(jù)常用壓力容器手冊 選用選用材料16MnR鋼，鋼板厚度