天然氣分子篩脫水裝置工藝參數(shù)及設(shè)備選型

PAGE1天然氣分子篩脫水裝置工藝參數(shù)及設(shè)備選型1.1工藝參數(shù)優(yōu)選分子篩脫水由吸附和再生兩部分組成，吸附采用雙塔流程，再生加熱氣和冷吹氣采用干氣，加熱方式采用導(dǎo)熱油爐加熱。其主要設(shè)備由分子篩吸附器、再生氣加熱爐、再生氣冷卻器、再生氣分離器。選用4A分子篩脫水，其特性如下：分子篩粒子類(lèi)型：直徑3.2mm球形分子篩的有效濕容量：8kg（水）/100kg（分子篩）分子篩堆積密度：660kg/m3分子篩比熱：0.96kJ/（kg·℃）瓷球比熱：0.88kJ/（kg·℃）操作周期為8小時(shí)，再生加熱時(shí)間為4.5小時(shí)，再生冷卻時(shí)間為3.2小時(shí)，操作切換時(shí)間為0.3小時(shí)。加熱爐進(jìn)口溫度為30℃，加熱爐出口溫度為275℃。由HYSYS軟件計(jì)算出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：原料氣壓力：4.5MPa原料氣溫度：30℃床層溫度：35℃天然氣氣體流量：29743.34kg/h飽和含水量：34.76kg/h天然氣相對(duì)濕度：100%天然氣在4.5MPa、30℃下的密度：33.89kg/m3天然氣在4.5MPa、30℃時(shí)粘度：0.0125cP再生加熱氣進(jìn)吸附器的壓力：4500kPa再生加熱氣進(jìn)吸附器的溫度：260℃再生加熱氣出吸附器的溫度：200℃再生氣在260℃、4500kPa下的密度：17.44kg/m3再生氣在260℃、4500kPa的熱焓：-3826kJ/kg再生氣在117.5℃、4500kPa的熱焓：-4226kJ/kg再生氣在275℃、4500kPa的熱焓：-3780kJ/kg干氣溫度：30℃干氣壓力：4500kPa干氣將床層冷卻到：30℃干氣在30℃、4500kPa的密度：33.88kg/m3干氣在30℃、4500kPa的熱焓：-4448kJ/kg干氣在130℃、4500kPa的熱焓：-4193kJ/kg干氣在30℃、4500kPa下的低位熱值：49210kJ/kg1.2物料平衡表表2-1100×104

m3/d

天然氣分子篩脫水裝置設(shè)計(jì)

物料表物料流1234567氣體分率11110.982510溫度，℃3035302603029.8729.87壓力，KPa4500450045004500448044504450摩爾流量,kmol/h1736.8351734.903180.8180.8180.8177.6283.172質(zhì)量流量，kg/h29743.3529708.553096.033096.033099.033041.8957.14液體體積流量,m3/h95.6595.619.969.969.849.780.06熱流量，kJ/h-1.33E+08-1.32E+08-1.38E+07-1.18E+07-1.45E+07-1.36E+07-9.06E+05質(zhì)量密度,kg/m317.12517.12417.12417.12417.14117.12518.015分子量33.8933.1333.8817.4434.3333.491005.01壓縮因子0.90230.90790.90230.9968—0.90310.0317粘度,cp0.01250.01260.01250.0184—0.01240.7995組成（mol%）氫氣0.09690.09700.09700.09700.09520.09690.0000氦氣0.05190.05200.05200.05200.05100.05190.0000氮?dú)?.054940.55000.55000.55000.53970.54940.0003二氧化碳0.02600.02600.02600.02600.02550.02600.0004甲烷94.489894.595094.595094.595091.832094.48960.0000乙烷3.30133.30503.30503.30503.24343.30130.0000丙烷0.72920.73000.73000.73000.71640.72920.0000異丁烷0.12090.12100.12100.12100.11870.12090.0000正丁烷0.15580.15600.15600.15600.15310.15580.0000異戊烷0.05590.05600.05600.05600.05500.05590.0000正戊烷0.05190.05200.05200.05200.05100.05190.0000正己烷0.25970.26000.26000.26000.25520.25970.0000水0.11120.00000.00000.00001.86370.111499.99931.3分子篩吸附器的選型分子篩脫水屬于吸附法脫水，一般用于水露點(diǎn)要求控制較低的場(chǎng)合，其露點(diǎn)深度可達(dá)到-90℃，保證含水量在1ppm以下。分子篩脫水有兩塔和三塔流程之分。由于分子篩的吸附和再生過(guò)程中的溫度\壓力的循環(huán)變化，分子篩干燥器的設(shè)計(jì)制造要求嚴(yán)格，成本較高。運(yùn)行一段時(shí)問(wèn)后，分子篩出口氣體中往往攜帶分子篩粉塵，可利用多濾芯的粉塵過(guò)濾器凈化天然氣。氣體從外表面進(jìn)入濾芯，雜質(zhì)被阻擋在濾體表面和內(nèi)部，在濾芯表面形成一層均勻的濾餅，由于顆粒的架橋效應(yīng)，而進(jìn)一步提高了過(guò)濾精度。生產(chǎn)實(shí)踐中，工廠技術(shù)人員可根據(jù)氣質(zhì)條件及運(yùn)行時(shí)問(wèn)長(zhǎng)短來(lái)決定濾芯更換頻率。表2-2吸附器計(jì)算選型結(jié)果表吸附器內(nèi)徑（mm）DN1600設(shè)計(jì)壓力（MPa）5設(shè)計(jì)溫度（℃）300床層高度（mm）3700筒體壁厚（mm）39筒體材料16MnR（Q345R）操作周期（h）8（再生加熱時(shí)間4.5，冷吹時(shí)間3.2，切換時(shí)間0.3）封頭類(lèi)型橢圓式封頭類(lèi)型立式筒體高度（mm）4500分子篩類(lèi)型4A條形分子篩裝填順序由下至上分子篩厚度（mm）2500封頭內(nèi)徑（mm）1600材料16MnR低合金壓力容器用鋼厚度（mm）12質(zhì)量（kg）276.37裙座類(lèi)型圓筒形裙座質(zhì)量（kg）473.7壁厚（mm）12外徑（mm）1624高度（m）11.4粉塵過(guò)濾器的選型吸附塔單元后，設(shè)置粉塵過(guò)濾器，對(duì)天然氣進(jìn)行精細(xì)過(guò)濾，除去粒徑≥1m的塵埃等。精細(xì)過(guò)濾設(shè)備選擇由多層高密度網(wǎng)格材料形成的、兼?zhèn)浜穸刃秃婉薨櫺吞攸c(diǎn)的聚結(jié)濾芯，考慮到不同大小的雜質(zhì)在氣流中表現(xiàn)出的不同特性(較大的顆粒呈直線運(yùn)動(dòng)，較小的顆粒做布朗運(yùn)動(dòng))，采用篩、擋和阻的方式，捕捉雜質(zhì)微粒。在氣質(zhì)惡化或長(zhǎng)時(shí)問(wèn)運(yùn)行后，濾芯的壓差會(huì)上升得很快，達(dá)到一定值時(shí)，就必須及時(shí)更換濾芯。在設(shè)備人口處設(shè)置隔離擋板，避免進(jìn)入設(shè)備的氣體接觸到已分離出的液體，并減少液體被重新帶人氣體中的機(jī)會(huì)。減少已分離液體的攜帶量是提高分離效率的有益補(bǔ)充。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)SBFQ系列型粉塵過(guò)濾器并聯(lián)使用。SBFQ型氣體過(guò)濾器是一種新型、高效氣體除塵設(shè)備，廣泛用于石油、天然氣工業(yè)部門(mén)一般含塵量的氣體主管線和旁通管。亦是城市天然氣、煤制氣輸配系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行不可缺少的氣體凈化設(shè)備。具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)、除塵效率高、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。選型結(jié)果見(jiàn)表2-3。表2-3粉塵過(guò)濾器規(guī)格設(shè)備名稱(chēng)工藝參數(shù)及幾何尺寸粉塵過(guò)濾器工作溫度，℃30工作壓力，kPa4500氣體體積流量，m3/h896.8過(guò)濾精度，μm5過(guò)濾器計(jì)算截面積，m20.097過(guò)濾器選用外徑，mm300過(guò)濾器型號(hào)SBFQ300-4.5/5C1.5再生氣加熱爐的選取本設(shè)計(jì)主要采用導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱。導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)以導(dǎo)熱油為載熱體。導(dǎo)熱油在爐中加熱后,利用熱油泵將其送給各用熱設(shè)備,再返回爐中重新加熱,從而形成閉路循環(huán)。導(dǎo)熱油作為工業(yè)傳熱介質(zhì)具有以下特點(diǎn)：

在幾乎常壓的條件下，可以獲得很高的操作溫度。即可以大大降低高溫加熱系統(tǒng)的操作壓力和安全要求，提高了系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性；可以在更寬的溫度范圍內(nèi)滿(mǎn)足不同溫度加熱、冷卻的工藝需求，或在同一個(gè)系統(tǒng)中用同一種導(dǎo)熱油同時(shí)實(shí)現(xiàn)高溫加熱和低溫冷卻的工藝要求。即可以降低系統(tǒng)和操作的復(fù)雜性；省略了水處理系統(tǒng)和設(shè)備，提高了系統(tǒng)熱效率，減少了設(shè)備和管線的維護(hù)工作量。即可以減少加熱系統(tǒng)的初投資和操作費(fèi)用；在事故原因引起系統(tǒng)泄漏的情況下，導(dǎo)熱油與明火相遇時(shí)有可能發(fā)生燃燒，這是導(dǎo)熱油系統(tǒng)與水蒸氣系統(tǒng)相比所存在的問(wèn)題。但在不發(fā)生泄漏的條件下，由于導(dǎo)熱油系統(tǒng)在低壓條件下工作，故其操作安全性要高于水和蒸汽系統(tǒng)。1.5.1工藝流程主要設(shè)備有：導(dǎo)熱油爐、熱油主循環(huán)泵、熱油輔循環(huán)泵、膨脹罐。整個(gè)供熱系統(tǒng)主要由導(dǎo)熱油爐、燃燒器、膨脹罐、儲(chǔ)油罐、熱油循環(huán)泵、供熱管網(wǎng)和熱用戶(hù)組成。其加熱原理是燃料經(jīng)燃燒器充分燃燒后產(chǎn)生的高溫火焰和煙氣，通過(guò)輻射和對(duì)流方式加熱爐管中的導(dǎo)熱油，熱油達(dá)到設(shè)定的溫度后在主循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)下將熱能帶出，一部分以液相方式直接輸至再生氣加熱器加熱再生氣，另一部分則通過(guò)溫度控制流量調(diào)節(jié)閥與回流低溫?zé)嵊蜏p溫混合達(dá)到低溫位熱用戶(hù)其中低溫位系統(tǒng)設(shè)獨(dú)立的熱油輔循環(huán)泵提供系統(tǒng)循環(huán)動(dòng)力。該系統(tǒng)中各工藝用熱設(shè)備內(nèi)的導(dǎo)熱油以自身的顯熱方式與用戶(hù)進(jìn)行熱交換，梯級(jí)利用后，經(jīng)熱油主循環(huán)泵回輸至導(dǎo)熱油爐繼續(xù)加熱，形成一個(gè)完整的閉合回路，往復(fù)循環(huán)使用。導(dǎo)熱油受熱膨脹時(shí)的體積增加量由膨脹罐來(lái)吸收，儲(chǔ)油罐主要是用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)導(dǎo)熱油和接收膨脹罐溢流出的導(dǎo)熱油。1.5.2導(dǎo)熱油的選型導(dǎo)熱油爐的流速，國(guó)外文獻(xiàn)推薦為2~4m/s。由于油品儲(chǔ)運(yùn)加熱系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)較大，因此要求在導(dǎo)熱油供回油管道上設(shè)一旁通閥或壓控閥組，當(dāng)外界負(fù)荷降低時(shí)，導(dǎo)熱油的循環(huán)量下降，為了保證導(dǎo)熱油爐內(nèi)的流速，可打開(kāi)旁通閥或壓控閥組，將一部分導(dǎo)熱油通過(guò)旁路回到導(dǎo)熱油爐，以增加進(jìn)入爐內(nèi)的導(dǎo)熱油流量。國(guó)內(nèi)目前設(shè)計(jì)導(dǎo)熱油流速一般取1.5~3m/s，此設(shè)計(jì)中取導(dǎo)熱油流速為3m/s，經(jīng)比較YDX系列，X6D系列，JD系列導(dǎo)熱油的比熱，密度及熱功率后，導(dǎo)熱油型號(hào)選擇YD—325導(dǎo)熱油，因?yàn)樗谋葻岣螅芏容^輕且發(fā)熱功率更大。表2-4導(dǎo)熱油系統(tǒng)選型結(jié)果表導(dǎo)熱油爐型號(hào)QX1.2（125）-Y/Q-1200KW導(dǎo)熱油型號(hào)YD—325導(dǎo)熱油流速（m/s）3總循環(huán)油量（m3/h）31.6另附導(dǎo)熱油爐QX1.2（125）-Y/Q-1200KW和導(dǎo)熱油YD—325的技術(shù)參數(shù)：表2-5導(dǎo)熱油爐技術(shù)參數(shù)參數(shù)設(shè)備名稱(chēng)額定熱功率(MW)熱效率(%)設(shè)計(jì)壓力（MPa）最高介質(zhì)溫度（℃）循環(huán)油量（m3/h）QX1.2(100)-Y/Q1.280135065表2-6YD—325導(dǎo)熱油工藝參數(shù)表溫度（℃）物理特性50100150200250300350密度（kg/m3）1007972936910874845821比熱C(kJ/kg·℃)1.8841.06661.23951.41241.58531.75831.896熱功率（MW）1.65731.6再生氣分離器的選型根據(jù)100萬(wàn)方分子篩脫水工藝流程圖，本裝置中含有一個(gè)再生氣分離器，其中液量較少，從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，選用立式重力分離器。計(jì)算結(jié)果及選型結(jié)果見(jiàn)表2-7。表2-7再生分離器計(jì)算結(jié)果及選型結(jié)果設(shè)備名稱(chēng)工藝參數(shù)及幾何尺寸再生氣分離器原始數(shù)據(jù)操作溫度，℃30操作壓力，MPa4.48工況下氣體流量，m/s0.0251工況下氣相密度，kg/m333.85工況下液相密度，kg/m31005工況下氣體粘度，mPa·s0.01247工況下氣體的壓縮因子0.9025型式立式重力式計(jì)算值f·（Re2）0.00274阻力系數(shù)54液滴沉降速度，m/s0.026分離器直徑計(jì)算值，m0.039捕霧器氣流允許速度，m/s0.43捕霧器面積計(jì)算值，m20.059續(xù)表2-7設(shè)備名稱(chēng)再生氣分離器選用值選用公稱(chēng)直徑，mm600筒體長(zhǎng)度，mm1800捕霧器厚度，mm150材質(zhì)16MnR型號(hào)LE0.6×1.8-4.48/2有效容積，m30.61.7安全閥的選型根據(jù)HG/T20570.2-95《安全閥的設(shè)置和選用》和油《氣田常用閥門(mén)手冊(cè)》選用A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥。其主要參數(shù)如表2-8：表2-7再生分離器計(jì)算結(jié)果及選型結(jié)果設(shè)備名稱(chēng)工藝參數(shù)及幾何尺寸再生氣分離器原始數(shù)據(jù)操作溫度，℃30操作壓力，MPa4.48工況下氣體流量，m/s0.0251工況下氣相密度，kg/m333.85工況下液相密度，kg/m31005工況下氣體粘度，mPa·s0.01247工況下氣體的壓縮因子0.9025型式立式重力式安全閥類(lèi)型A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥泄放量（kg/h）29743.34開(kāi)啟壓力（MPa）4.95MPa通道截面積（mm2）826公稱(chēng)通徑（mm）DN35公稱(chēng)壓力（MPa）6.4安全閥類(lèi)型A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥泄放量，kg/h29743.34開(kāi)啟壓力，MPa4.95MPa通道截面積，mm2826公稱(chēng)通徑，mmDN35公稱(chēng)壓力，MPa6.4表2-12安全閥的選型結(jié)果1.8管線的選型按照《輸送流體用無(wú)縫鋼管》（GB/T8163-2008），選擇系統(tǒng)內(nèi)用無(wú)縫鋼管管材為無(wú)縫鋼管20號(hào)。σs為245MP。則可根據(jù)《無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》（GB/T17395-2008）選擇較為合適的無(wú)縫鋼管外徑及標(biāo)準(zhǔn)壁厚。管線選型結(jié)果如表2-9所示。表2-9管線選型結(jié)果管線原料氣進(jìn)塔管線原料氣出塔管線再生氣進(jìn)塔管線再生氣出爐管線再生氣出塔管線再生氣進(jìn)分離器管線再生氣出分離器氣相管線再生氣出分離器液相管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流體介質(zhì)天然氣天然氣天然氣天然氣天然氣天然氣天然氣水設(shè)計(jì)溫度，℃505050250250505050設(shè)計(jì)壓力，Mpa55555555工況下的輸量，m3/s0.24380.24910.02540.04930.04340.02550.02521.6E-05經(jīng)濟(jì)流速，m/s101010101010101計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算管線內(nèi)徑,mm17717857807557574.5計(jì)算管線壁厚，mm4.154.171.031.441.351.041.061.1計(jì)算管線外徑，mm185.3186.3461.0684.8879.761.0861.126.7選型結(jié)果選取管線外徑，mm19019060898960608選取管線壁厚，mm771.2441.21.21.7管線規(guī)格Φ190×7Φ190×7Φ