三甘醇脱水工艺设计说明书

精品文档 0 欢迎下载 目录目录 第一篇第一篇 设计说明书设计说明书 1 1 1 概述 1 1 1 任务要求 1 1 2 设计原则 1 1 3 遵循的规范 标准 1 1 4 设计内容 2 1 5 主要技术经济指标 2 1 5 1 天然气气质资料 2 1 5 2 外输天然气 3 2 工艺流程 TEG 5 2 1 工艺方案 5 2 1 1 工艺方法选择 5 2 1 2 参数对比研究及方案优选 6 2 2 工艺流程 9 2 2 1 工艺流程选择总则 9 2 2 2 工艺流程选择 9 2 2 3 三甘醇脱水工艺流程简述 9 2 3 三甘醇脱水主体装置能耗 10 2 3 1 三甘醇脱水主要能耗指标 10 2 3 2 节能 10 2 4 三甘醇脱水工艺流程图 11 三甘醇脱水工艺流程图见附图 11 3 设备选型 11 3 1 原料气过滤分离器 11 3 2 干气出口分离器 12 3 3 吸收塔 12 3 4 换热器 13 3 4 1 干气 三甘醇贫液换热器 14 精品文档 1 欢迎下载 3 4 2 甘醇贫 富液换热器 15 3 5 闪蒸罐 15 3 6 再生系统 16 3 7 过滤器 18 3 8 三甘醇循环泵 19 4 三甘醇脱水主要装置选型 20 第二篇第二篇 计算说明书计算说明书 2121 1 引言 21 2 主要设备的计算和选型 22 2 1 三甘醇吸收塔设计计算 C 1101 22 2 2 闪蒸罐设计计算 D 1201 25 2 3 再生塔计算 E 1301 H 1301 26 2 4 产品气分离器 D 1101 32 2 5 管线的选型和计算 34 精品文档 1 欢迎下载 1 欢迎下载 1 欢迎下载 第一篇第一篇 设计说明书设计说明书 1 1 概述概述 1 11 1 任务要求任务要求 学习油气储运工程专业课程之后 为了对油气储运工程专业有一个更加系统 全面的了解 综合利用所学知识进行 400 104 m3 d 天然气三甘醇脱水装置工艺设计 通过学习和训练 能深入理解油气储运工程的基本理论和技术 掌握油气储运工程 的设计思路及方法 工程设计应符合现行执行的技术规范和技术标准 要求绘制的 工艺流程图和相关图样完整和规范 在工艺计算及设备选型时 确保理论依据充分 使用的图表和公式正确 计算步骤简明 计算结果正确 可靠 尽可能采用国内外 油气储运工程的新技术 新工艺和设备 提交的工程设计成果包括 原始数据 说 明书 有关图件 参考文献等 1 21 2 设计原则设计原则 1 贯彻国家建设基本方针政策 遵循国家和行业的各项技术标准 规范 2 贯彻 安全 可靠 的指导思想 以保证设备安全 稳定地运行 3 遵循 高效节能 安全生产 的设计原则 4 充分考虑环境保护 节约能源 1 31 3 遵循的规范 标准遵循的规范 标准 1 石油大学出版社石油地面工程手册 第三册 气田地面工程设计 2 GB5021 1994 输气管道工程设计规范 3 GB T8163 1999 输送流体用无缝钢管 4 SY T0010 96 气田集气工程设计规范 5 SY 0401 98 输油输气管道线路工程施工及验收规范 6 曾自强 张育芳 天然气集输工程 石油工业出版社 7 林存英 天然气矿场集输 石油工业出版社 8 SY0420 2000 石油天然气站内工艺管道施工及验收规范 9 SY T 0602 2005 甘醇型天然气脱水装置规范 精品文档 2 欢迎下载 2 欢迎下载 2 欢迎下载 10 SY T 0076 2003 天 然 气 脱水设计规范 11 常用压力手册 12 GB T 17395 2008 无缝钢管尺寸 13 GBT 9019 2001 压力容器公称直径 14 GB150 2 2010 固定式压力容器 1 41 4 设计内容设计内容 根据给定的天然气气质工况和处理规模 以 SY T 0602 2005 甘醇型天然气 脱水装置规范 SY T 0076 2003 天然气脱水设计规范 及其相关技术设计规范为 依据 对 400 104 m3 d 天然气脱水工程进行了工艺流程设计 流程模拟 工艺参数 研究和主要工艺设备设计计算 本应用工程完成了以下的研究内容 1 三甘醇脱水工艺流程设计 绘制流程图 2 利用 HYSYS 软件对三甘醇脱水工艺流程进行模拟 3 三甘醇脱水工艺参数研究及选用 4 三甘醇脱水工艺装置设计 分离器 F 1101 D 1101 甘醇吸收塔 C 1101 TEG 闪蒸罐 D 1201 再生设备 E 1301 H 1301 C 1301 甘醇过滤器 F 1201 F 1202 F 1203 甘醇换热器 E 1201 E 1302 甘醇循环泵 P 1101 主要工艺管线 1 51 5 主要技术经济指标主要技术经济指标 1 5 11 5 1 天然气气质资料天然气气质资料 气体处理规模 400 104 m3 d 最大处理能力 480 104 m3 d 进站压力 6 0 7 0 MPa 进站温度 20 30 干气外输压力 5 5 MPa 精品文档 3 欢迎下载 3 欢迎下载 3 欢迎下载 干气水露点要求 5 天然气气质组成见表 2 1 表表 1 11 1 天然气组成表 干基 天然气组成表 干基 组分N2CO2H2SC1C2 mol 0 0241 93130 001297 06780 8216 组分C3iC4nC4iC5nC5 mol 0 10810 0170 0160 0090 004 1 5 21 5 2 外输天然气外输天然气 天然气三甘醇脱水装置主要产品为干气 干气外输压力大于 5 9 MPa 产品指 标符合 天然气 GB17820 1999 中一类天然气的要求 详见表 1 2 表表 1 21 2 产品气气质条件产品气气质条件 精品文档 4 欢迎下载 4 欢迎下载 4 欢迎下载 项目项目干气干气 温度 31 84 压力 kPa5900 标况下气体体积 m3 d4004698 966 分子量16 75 流体密度 kg m343 82 低位热值 MJ m32030 5244 水露点 5 氮气 N20 000240 二氧化碳 CO20 019291 硫化氢 H2S0 000012 甲烷 CH40 970647 乙烷 C2H40 008215 丙烷 C3H60 001081 异丁烷0 000170 正丁烷0 000160 异戊烷0 000090 正戊烷0 000040 水 H2O0 000056 摩尔百分 数 三甘醇0 000000 2 2 工艺流程 工艺流程 TEGTEG 2 12 1 工艺方案工艺方案 2 1 12 1 1 工艺方法选择工艺方法选择 天然气的脱水方法多种多样 目前应用较广泛的有低温分离法脱水 溶剂吸收 法脱水和固体吸附法脱水 针对上述给出的原料气气质工况 处理规模和外输干气 对水露点的要求 由于三甘醇的贫液浓浓度可达 98 99 三甘醇蒸气压较低 携 精品文档 5 欢迎下载 5 欢迎下载 5 欢迎下载 带损失小 热力学性质稳定 理论分解温度较高 可以获得较大的露点降 而且能 耗低 投资及操作费用较低 且甘醇类化合物毒性很轻微 三甘醇的沸点高 常温 下基本不挥发 使用时不会引呼吸中毒 与皮肤接触也不会引起伤害 因而选用三 甘醇脱水工艺可以满足天然气脱水技术和经济性要求 2 1 22 1 2 参数对比研究及方案优选参数对比研究及方案优选 对于三甘醇脱水工艺 影响脱水效果的关键参数是三甘醇贫液浓度 三甘醇循 环量 吸收塔和再生塔的塔板数 再生塔温度 再生方式 目前常用的再生方法有三种 减压再生 汽提汽提 共沸再生 气体汽提是现 行三甘醇脱水装置中应用较多的再生方法 气体汽提是将甘醇溶液同热的汽提气接 触 以降低溶液表面的水蒸气分压 使甘醇溶液得以提浓到 99 995 质 干气露 点降至 73 3 但是汽提气排至大气 会产生污染 也增加了生产费用 对此需有 相应的措施 在甘醇循环量和塔板数一定的情况下 三甘醇的浓度越高 天然气露点降就越 大 因此 降低出塔干气露点的主要途径是提高三甘醇贫液浓度 根据溶液吸收原 理 循环量 浓度与塔板数的相互关系如下 循环量和塔板数固定时 三甘醇浓度愈高则露点降愈大 循环量和三甘醇浓度固定时 塔板数愈多则露点降愈大 但一般都 超过 10 块实际塔板 塔板数和三甘醇浓度固定时 循环量愈大则露点降愈大 但循环量升到一定 程度后 露点降的增加值明显减少 而且循环量过大会导致重沸器超负荷 动力消 耗过大 三甘醇循环量是控制脱除天然气中总水量 必须保证甘醇与气体接触较好的最 小循环率 一般从天然气中脱除 1 kg 水需要 20 L 30 L 三甘醇 甘醇循环量与三甘醇贫液浓度 吸收塔塔板数与要求的露点降有关 本文应用 HYSYS 2004 对三甘醇脱水工艺流程进行了模拟计算及参数对比分析 主要研究了三 甘醇贫液浓度 甘醇循环量与天然气脱出水量之间的关系 通过计算可知 在 6 0 MPa 30 下原料气中含水量为 111 84 kg h 在三甘 醇脱水吸收塔中 由于天然气与贫甘醇不可能达到充分接触达到平衡状态 理论平 衡水露点与实际水露点相差 8 10 本工程要求天然气实际水露点要求小于 5 精品文档 6 欢迎下载 6 欢迎下载 6 欢迎下载 外输干气设计控制天然气平衡水露点为 13 15 即可满足要求 应用 HYSYS2004 进行工艺计算 研究了汽提气的循环量和三甘醇循环量对干气 水露点的影响 见表 2 2 和表 2 3 表表 2 12 1 汽提气流量对三甘醇脱水效果的影响汽提气流量对三甘醇脱水效果的影响 表表 2 22 2 贫甘醇循环量对三甘醇脱水效果的影响贫甘醇循环量对三甘醇脱水效果的影响 三甘醇循环量三甘醇循环量 m3 hm3 h 三甘醇再生温度三甘醇再生温度 外输干气含水外输干气含水 量量 kg hkg h 外输干气水外输干气水 露点露点 重沸器热负荷重沸器热负荷 kWkW 0 648715027 7076 82346 76 1 29715014 425 2 68890 48 1 9461509 6571 8 218131 6 2 5951507 4243 11 72168 1 2 7251507 1232 12 27174 7 2 8031506 9597 12 59178 7 2 8291506 9077 12 67179 9 2 881506 8068 12 87181 3 针对上述给出的原料气气质工况 气体处理规模 对三甘醇贫液浓度 三甘醇 循环量 再生温度进行了优选 其优选的工艺参数见表 2 3 从表 2 3 中可以看出三甘醇贫液浓度为 99 5 三甘醇循环量为 902 kg h 0 8 m3 h 时 其产品气平衡水露点计算值为 14 73 因此本流程采用 99 5 的贫甘 醇 采用气提再生工艺 实际水露点控制在 5 以下是完全可行的 汽提气流量 m3 h三甘醇贫液浓度 干气水露点 0 0764399 055 8 156 0 152999 1788 9 266 0 305799 3373 10 84 0 382199 3954 11 47 0 420499 4211 11 76 0 458699 4449 12 63 0 53599 4879 12 53 0 573299 5074 12 76 0 611599 5257 12 99 精品文档 7 欢迎下载 7 欢迎下载 7 欢迎下载 表表 2 32 3 三甘醇脱水工艺参数优选结果三甘醇脱水工艺参数优选结果 项项 目目工艺参数工艺参数 原料气压力 kPa6000 原料气温度 30 原料气流量 m3 d400 104 原料气中含水量 kg h111 84 三甘醇贫液浓度 质量百分比 99 5 三甘醇富液浓度 质量百分比 95 86 三甘醇贫液循环量 kg h3157 脱水吸收塔理论塔板数2 闪蒸压力 kPa590 闪蒸温度 65 0 理论塔板数 不含重沸器 1 进料位置 从上而下 1 富液进料温度 150 塔顶气体温度 94 1 重沸器温度 202 再生压力 kPa125 富液再生塔 重沸器热负荷 kW179 9 气提量 m3 h45 45 气提压力 kPa125 干气平衡水露点 12 67 三甘醇损耗量 kg h0 3182 2 2 2 2 工艺流程工艺流程 2 2 12 2 1 工艺流程选择总则工艺流程选择总则 三甘醇溶液具有热稳定性好 易于再生 吸湿性很高 蒸汽压低 携带损失量 小 运行可靠等优点 三甘醇脱水装置主要分为吸收和再生两部分 应用了吸收 精品文档 8 欢迎下载 8 欢迎下载 8 欢迎下载 分离 气液接触 传质 传热和抽提等原理 露点降通常可达到 30 60 最高 可达 85 2 2 22 2 2 工艺流程选择工艺流程选择 本装置所采用的 TEG 脱水工艺具有以下特点 1 TEG 脱水工艺流程简单 技术成熟 与其它脱水法相比具有可获得较大露 点降 热稳定性好 易于再生 损失小 投资和操作费用省等优点 2 采用高效过滤分离器分离原料气中固 液颗粒 减少甘醇污染 2 在富液管道上设置过滤器 以除去溶液系统中携带的机械杂质和降解产物 保证溶液清洁 防止溶液起泡 有利于装置长周期平稳运行 4 TEG 再生所采用的直接火管加热方法成熟 可靠 操作方便 5 为了增强天然气脱水装置的适应性 在贫液精馏柱上设有气提气注入 气 提气起源使用干气 2 2 32 2 3 三甘醇脱水工艺流程简述三甘醇脱水工艺流程简述 工艺流程见附图 三甘醇脱水工艺流程主要由天然气吸收脱水 三甘醇富液再 生两部分组成 其工艺设备主要有进口分离器 甘醇 气体吸收塔 气体 贫甘醇换 热器 三甘醇再生塔及重沸器 三甘醇循环泵 过滤器 贫 富液换热器和三甘醇闪 蒸分离器等 1 原料气脱水 湿天然气进入原料气过滤分离器 分离固体杂质 游离水等后进入 TEG 吸收塔 底部 与吸收塔上部注入的贫 TEG 溶液逆流接触而脱除水分 吸收塔顶部出来的天 然气经干气 贫甘醇换热器换热后进入产品气分离器 分离出少量三甘醇溶液后 从 干气分离器中分离出的气相小部分做为燃料气补充气 大部分为产品气外输 2 TEG 富液再生 TEG 吸收塔底部排出的三甘醇富液与 TEG 再生塔顶部换热后进入 TEG 闪蒸罐 尽可能闪蒸出其中所溶的烃类 闪蒸后的三甘醇富液经过 TEG 过滤器除去固体 液 体杂质 进入 TEG 换热罐提高三甘醇进 TEG 再生塔的温度 从再生塔中部进料 经 TEG 重沸器加热再生 再生后的三甘醇贫液经 TEG 换热罐和 TEG 后冷器冷却 冷却 后的三甘醇贫液由 TEG 循环泵输送到干气 贫甘醇换热器与吸收塔顶部出来的天然气 精品文档 9 欢迎下载 9 欢迎下载 9 欢迎下载 换热后进入吸收塔 实现三甘醇贫液的循环利用 2 32 3 三甘醇脱水主体装置能耗三甘醇脱水主体装置能耗 2 3 12 3 1 三甘醇脱水主要能耗指标三甘醇脱水主要能耗指标 表表 2 42 4 主体工艺装置综合能耗表主体工艺装置综合能耗表 序号序号项目项目量值量值 1电主体装置 泵 耗电量 KW7 350 2汽提气汽提气用量 m3 h46 23 3燃料气再生塔重沸器热负荷 KW 185 4 贫液循环量 99 5 kg h3157 4三甘醇 损耗量 kg h0 3182 2 3 22 3 2 节能节能 1 优化工艺流程 合理利用井口天然气的压力能 2 优化换热程序 优选冷换设备 合理得用各种温位的热能 3 采用高效的机泵和节能电机 4 设备选型适应不同工况变化的需要 避免能源浪费 5 定期清管 以减小天然气在输送过程中的压力能损失 提高管道输送效率 达到节能的目的 6 选择操作灵活 密封性能好的阀门 以减少天然气的泄漏 7 采用高效绝热材料 完善保温结构 减少设备 管道散热损失 精品文档 10 欢迎下载 10 欢迎下载 10 欢迎下载 2 2 4 4 三甘醇脱水工艺流程图三甘醇脱水工艺流程图 三甘醇脱水工艺流程图见附图 三甘醇脱水工艺流程图见附图 3 3 设备选型设备选型 3 13 1 原料气过滤分离器原料气过滤分离器 原料气过滤分离器是湿天然气所接触的第一个设备 只要湿天然气中含有液态 水 烃及固体杂质 石蜡 沙子 钻井泥浆 等物质中的任何一种 就会造成以下 影响 1 降低甘醇溶液的脱水能力 使甘醇溶液起泡 2 引起甘醇较高的损失 3 增加 甘醇溶液的循环量 降低吸收塔的吸收效率 增加吸收塔的维修量 过滤分离器的作用就是在湿天然气脱水之前将这些液态和固态的杂质分离出来 过滤分离器通常分为卧式或立式 2 种类型 海洋平台一般采用卧式两相或三相双桶 分离器 因为它与立式分离器相比易使液 液得到较好的分离 且内部构造较为简单 气体处理量可根据修改的 Stokes 定律来确定 液体处理量则主要取决于液体在容器 中的停留时间 在 400 万方三甘醇脱水工艺流程中设有原料气过滤分离器和产品气分离器 原 料气过滤分离器和产品气分离器的工艺参数由 HYSYS 2004 软件计算得出 原料气过滤分离器作用是分离气流中的液体和固体颗粒 原料气过滤分离器的 工艺参数及规格如表 3 1 所示 表表 3 13 1 原料气过滤分离器工艺参数及要求原料气过滤分离器工艺参数及要求 工艺参数技术指标 工作温度 30过滤精度 m0 5 固 1 液 工作压力 kPa 绝 6000过滤效率 99 98 固 98 液 工况下气相流量 m3 h2583最大压降 kPa 50 工况下气相密度 kg m345 05结构型式卧式 工况下气相粘度 Pa s1 29 10 5所用材料16MnR 精品文档 11 欢迎下载 11 欢迎下载 11 欢迎下载 3 23 2 干气出口分离器干气出口分离器 为除去干气中的少量三甘醇液滴 工艺中设置有干气出口分离器 由于干气出 口分离器进料中甘醇量相对较少 气相流量较大 从经济效益出发 选用卧式重力 分离器 干气出口分离器的直径按 GB 50350 2005 油气集输设计规范 中有关气 液分离器直径计算公式进行计算 干气出口分离器的工艺参数及规格列于表 3 2 表表 3 23 2 干气出口分离器工艺参数及规格干气出口分离器工艺参数及规格 3 33 3 吸收塔吸收塔 吸收塔 接触塔 是二甘醇脱水装置最主要的设备 通常由底部的进口气涤器 洗涤器 中部的吸收段和顶部的捕雾器 3 部分组成 由于液体流量小 同时又不 是塔尺寸计算的一个决定性因素 吸收塔的直径主要由气体流速与空塔速度决定 塔内的塔板数和所占空间则决定了吸收塔的高度 吸收塔分为板式塔和填料塔 2 种类型 前者通常采用泡罩 帽 塔板 在确定 了进料气所要求的露点降 吸啦塔的温度和压力等参数后 根据贫三甘醇浓度 三 甘醇循环量和露点降之间的关系 来选择合适的贫三甘醇浓度和吸收塔塔板数 实 践证明 任何泡罩式甘醇吸收塔至少要有 4 块实际塔板数才能有良好的脱水效果 一般采用 4 12 块 填料塔主要采用瓷质鞍形填料和不锈钢环 一般根据填料效率和 填料系数选择填料的尺寸 填料塔和板式塔的优缺点比较如下表 设备名称设备名称干气出口分离器干气出口分离器 选用公称直径 mm1200 筒体长度 mm6000 捕雾器厚度 mm150 材质16MnR 选 用 值 分离器壁厚 mm30 精品文档 12 欢迎下载 12 欢迎下载 12 欢迎下载 表表 填料塔和板式塔的优缺点比较填料塔和板式塔的优缺点比较 根据 400 104 m3 d 三甘醇脱水工艺流程图 本工艺中设置有 TEG 吸收塔 TEG 吸收塔采用板式塔 由于三甘醇溶液循环量很小 为有利于气 液传质 保证塔板液 封 增加操作弹性 故采用泡帽塔 本工艺选用的吸收塔型号如下表 3 3 表表 3 33 3 TEGTEG 吸收塔工艺数据吸收塔工艺数据 3 43 4 换热器换热器 根据 400 104 m3 d 三甘醇脱水工艺流程图 本装置设置有闪蒸罐前板式换热器 L 101 和富液进入再生塔前板式换热器 L 100 干气 三甘醇贫液换热器 E 型式优点缺点备注 板式塔 1 可在气液比较低时使用 当气体流量较低时不会发生 2 漏液或排干塔板上的液体 3 技术发展成熟 应用广泛 当气体流量过大时塔板上的 吹液 现象会恶化 填料塔 1 当处理量较高时 由于液体 以润湿膜的形式流过填料表面 不受 吹液 现象响 2 由于液体受气体搅动程度相 对低 有利于处理三甘醇溶液的 起泡现象 1 若三甘醇流量较低 塔内 填料不能完全湿润 会降低接触效率 2 使用不广泛 当塔径小于 300mm 时 宜于选用 设备名称设备名称甘醇吸收塔甘醇吸收塔 选用公称直径 mm2500 吸收塔壁厚 mm58 捕雾器厚度 mm150 塔板数 块8 材质16MnR 选 用 值 吸收塔总高 mm5600 精品文档 13 欢迎下载 13 欢迎下载 13 欢迎下载 102 换热设备的工艺和物性参数由 HYSYS 软件计算得出 3 4 13 4 1 干气干气 三甘醇贫液换热器三甘醇贫液换热器 干气 三甘醇贫液换热器选用管壳式换热器 由 HYSYS 可得管壳式换热器的基本 参数见下表 管壳式换热器选型结果如表 3 4 管壳式换热器 管壳式换热器 E 102E 102 换热参数 换热参数 项目项目管程进口管程进口管程出口管程出口壳程进口壳程进口壳程出口壳程出口 介质天然气天然气三甘醇三甘醇 气相分率1 001 000 000 00 温度 30 87 31 84 85 90 40 00 压力 kPa5950 00 5900 00 6100 00 6050 00 质量流量 kg h116200 116200 3157 3157 体积流量 m3 h261526522 9262 828 比热 KJ kg 8 8938 9071 4061 705 粘度 Pa s 10 51 2921 293532 8532 8 表表 3 43 4 干气干气 TEG TEG 贫液换热器 贫液换热器 E 101E 101 设计参数表 设计参数表 设备名称设备名称干气干气 TEG TEG 贫液换热器 贫液换热器 E 101E 101 工艺设计参数工艺设计参数 壳程 85 90 40 00 工作温度 管程 30 87 31 84 壳程 kPa6100 6050 工作压力 管程 kPa5950 5900 壳程三甘醇贫液 工作介质 管程干气 壳程 kPa50 允许压降 管程 kPa50 壳体材质16MnR 材质 换热管材质0Cr19Ni19 选择值壳程数1 精品文档 14 欢迎下载 14 欢迎下载 14 欢迎下载 管程数2 3 4 23 4 2 甘醇贫甘醇贫 富液换热器富液换热器 三甘醇贫 富换热器用于控制进闪蒸分离器和过滤器的富三甘醇溶液温度 同时 也起着回收贫三甘醇溶液热量 使富三甘醇升温以减轻重沸器热负荷的作用 此流 程采用了两个板式换热器原因如下 1 板翅式换热器的换热效率高 2 保证了三甘醇富液进入甘醇再生塔的温度 3 三甘醇贫液不再需要水冷却系统来冷却 节能 30 板式换热器设置位置在进入闪蒸罐之前和进入再生塔之前 换热设备的工艺和 物性参数由 HYSYS 软件计算得出 见下表 3 5 表表 3 53 5 板式换热器的工艺和物性参数表板式换热器的工艺和物性参数表 换热器名称E 101E 100 项目热流相冷流相热流相冷流相 质量流流量 kg h3156 00 3276 00 3156 003266 00 允许压降 kPa1010 定性温度 114 140 53197 965 33 密度 kg m31037642 4970 1798 6物性参数 比热 KJ kg 2 5632 3113 0272 434 3 53 5 闪蒸罐闪蒸罐 三甘醇溶液在吸收塔的操作压力和温度下除了吸收湿天然气中水蒸气外 还会 吸收少量的天然气 尤其是包括芳香烃在内的重烃 而烃类在三甘醇内的溶解量与 压力有关 压力愈高则溶解量愈大 闪蒸分离器的作用就是在低压下分离出富三甘 醇中吸收的这些烃类气体 以减少三甘醇损失量 防止三甘醇溶液发泡 其顶部分 离出的气体一般用作燃料或进入放空系统 闪蒸出来的液态烃进人闭式式排放系统 进行集中处理 闪蒸分离器采用立式或卧式均可 当进料气为贫气时 由于气体中所含重烃粒 少 在闪蒸分离器中经常没有液烃存在 因此可选用两相 气体和三甘醇溶液 分 精品文档 15 欢迎下载 15 欢迎下载 15 欢迎下载 离器 液体在闪蒸分离器中的停留时间为 5 10min 当进料气为富气时 由于气体 所含重烃较多 故应选用三相 气体 液烃和三甘醇溶液 分离器 此时为防止重 烃使三甘醇溶液乳化和起泡 应使溶液升温至约 65 停留时间定为 10 15min 左 右 为保证闪蒸分离后的富三甘醇有足够的压力流过过滤器及贫 富三甘醇换热器 等设备 闪蒸分离器的操作压力最好在 0 35 0 52Mpa 之间 TEG 闪蒸罐的工艺和物性参数由 HYSYS 2004 软件计算得出 甘醇循环流量为 2 828 m3 h TEG 停留时间为 10 min 闪蒸罐的选型结果如下表 3 6 表表 3 63 6 闪蒸分离器规格闪蒸分离器规格 3 63 6 再生系统再生系统 三甘醇脱水装置的再生系统主要由再生塔和重沸器组成 由吸收塔来的富三甘 醇经闪蒸后在再生塔精馏柱和重沸器内进行再生 提浓 富三甘醇的再生过程实质 上是甘醇和水二组分混合物的简单蒸馏过程 富三甘醇中吸收的水由精馏柱顶部排 放大气 再生后的贫甘醇由再生塔流出 精馏柱顶部设有冷却盘管 可使部分水蒸 气冷凝 成为精馏柱顶的回流 从而使柱顶温度得到控制 并可减少三甘醇损失量 当三甘醇溶液所吸收的重烃中含有芳香烃时 应将放空气引至地面 使其在罐中冷 凝 排放的冷凝物应符合苯的排放规定 对于含硫化氢的放空气 可采用灼烧的方 法进行处理 精馏柱的直径可根据其底部所需的气 液负荷来确定 重沸器的作用是用来提供热量将富三甘醇加热至一定温度 使富三甘醇中所吸 收的水分汽化并从精馏柱顶排放 同时提供回流热负荷及补充散热损失 再生塔的 作用是使三甘醇溶液在此得到提浓 三甘醇溶液和水的沸点相差很大 且不生成共沸物 较易分离 重沸器通常为 卧式容器 采用釜式结构 一般采用火管直接加热 水蒸气或热油间接加热 电加 设备名称设备名称闪蒸罐闪蒸罐 选用公称直径 mm1000 闪蒸罐壁厚 mm5 形式立式 材质16MnR 选 用 值 闪蒸罐总高 mm2400 精品文档 16 欢迎下载 16 欢迎下载 16 欢迎下载 热以及废气加热等 4 种加热形式 当采用直火式加热方法时 要注意将重沸器安装 在乎台下风向一个安全的地方 当采用水蒸气或热油作热源时 热流密度由热源温 度控制 热源温度的推荐值为 232 有时也可用 260 不论采用何种热源 重沸 器内三甘醇溶液液位应比顶部传热管高 150 mm 再生系统主要设备选型结果如下表 3 7 3 8 表表 3 73 7 三甘醇再生塔主体部分规格表三甘醇再生塔主体部分规格表 直径 mm700 富液精馏柱富液精馏柱 填料高度 mm1800 直径 mm600 贫液精馏柱贫液精馏柱 填料高度 mm1200 热负荷 kW179 9 热通量 kW m220 换热面积 m29 27 火管规格 500 9 火管长度 mm5900 再生塔重沸器再生塔重沸器 壳体规格DN1000 6500 平均有效温差 21 02 传热系数 W m2 100 换热面积 m24 69 管内流体种类甘醇富液 规格 32 5 间距 mm42 盘管内径 mm300 圈数60 富液精馏柱顶部富液精馏柱顶部 冷却盘管冷却盘管 盘管 主体材质20R 表表 3 83 8 三甘醇缓冲罐部分规格表三甘醇缓冲罐部分规格表 设备名称设备名称缓冲罐缓冲罐 精品文档 17 欢迎下载 17 欢迎下载 17 欢迎下载 选用公称直径 mm900 材质16MnR 型式立式 缓冲罐总高 mm3600 选 用 值 缓冲罐壁厚 mm5 3 73 7 过滤器过滤器 甘醇富液过滤器常采用滤芯过滤器和活性碳过滤器串联组成 两者都是利用富 液差压进行过滤 滤芯过滤器 F 101 用来除去三甘醇中的固体杂质 使甘醇中固 体杂质的质量浓度低于 0 01 在甘醇再生系统中采用活性碳过滤器 F 102 以除 去甘醇中的重烃 以减小泡沫的产生 过调研对比 选用上海旭忆化工科技有限公 司金属筛网折叠滤芯 滤芯过滤器技术要求如下表 3 9 表表 3 93 9 滤芯过滤器 滤芯过滤器 F 1201F 1201 技术要求 技术要求 设备名称设备名称滤芯过滤器 滤芯过滤器 F 101F 101 工艺参数及几何尺寸工艺参数及几何尺寸 工作温度 65 33 工作压力 kPa195 三甘醇体积流量 m3 h2 828 过滤精度 m2 滤芯直径 mm80 滤芯长度 mm762 滤芯数量2 壳体材质 mmSS304 所选型号SM 080 30S S H T 活性碳过滤器用以除去甘醇中的重烃 以减小泡沫的产生 过滤器的筒体长度 与直径比宜为 3 5 通过市场调研 选用上海旭忆化工科技有限公司碳棒式活性碳 滤芯 其外形尺寸如表 3 10 所示 精品文档 18 欢迎下载 18 欢迎下载 18 欢迎下载 表表 3 103 10 活性碳过滤器 活性碳过滤器 F 1202F 1202 规格 规格 3 83 8 三甘醇循环泵三甘醇循环泵 甘醇循环泵是用来泵送甘醇溶液进入吸收塔进行循环的 泵的选型与甘醇循环 量和吸收塔设计压力有关 有 HYSYS 知 甘醇循环量为 2 80m3 h 左右 算得所需扬 程为 566m 根据 常用泵选型手册 泵的选型结果如表 3 11 表表 3 113 11 甘醇循环泵设计参数及选型结果甘醇循环泵设计参数及选型结果 设备名称设备名称活性碳过滤器 活性碳过滤器 F 102F 102 工艺参数及几何尺寸工艺参数及几何尺寸 工作温度 87 35 工作压力 kPa105 甘醇富液流量 m3 h2 828 每平米截面积甘醇富液流量 L s0 68 滤芯直径 mm80 滤芯长度 mm762 滤芯数量2 壳体材质 mmSS304 所选型号XC 000 30S 精品文档 19 欢迎下载 19 欢迎下载 19 欢迎下载 4 4 三甘醇脱水主要装置选型三甘醇脱水主要装置选型 三甘醇脱水主要装置和工艺管线选型见附表 第二篇第二篇 计算说明书计算说明书 1 1 引言引言 根据导师下达的任务书 主要是对站内设备 及管线进行计算和选型 序号项目名称参数 1处理量 m3 h2 80 2功率 KW7 345 压力 KPa105 0 3泵入口 温度 87 35 压力 KPa6100 4泵出口 温度 85 91 5泵的型号电驱动齿轮泵 GS 1116 精品文档 20 欢迎下载 20 欢迎下载 20 欢迎下载 设计中所选设备及管线材质 特殊件除外 均采用 20 号优质碳素钢 屈服强度 245 sMPa 工艺计算步骤 在进行三甘醇脱水装置工艺计算时 首先需要确定 5 个基础数据 1 进料气流 量 2 进料气温度 3 吸收塔操作压力 4 进料气组成或相对密度 5 要求的 露点降或出吸收塔干气的露点 或水含量 在已知这些数据后 可根据下面步骤进 行计算 1 确定应除去的水量 2 确定露点降 3 确定三甘醇循环量 4 选定需 要的三甘醇进吸收塔的最低浓度 5 计算贫 富三甘醇换热器尺寸 6 计算气体 三甘醇换热器尺寸 7 确定重沸器类型并计算尺寸 8 计算三甘醇泵的功率 9 确定吸收塔类型并计算塔的直径 10 确定闪蒸分离器类型并计算具体尺寸 11 确定过滤器尺寸 计算的基础数据与要求如下 天然气三甘醇脱水装置工艺设计 处理量 400 104 m3 d 进站压力 6 0 MPa 进站温度 30 干气水露点要求 5 天然气气质组成见表 1 1 表表 1 11 1 天然气组成表 干基 天然气组成表 干基 组分组分N2CO2H2SC1C2 mol 0 0241 93130 001297 06780 8216 组分组分C3iC4nC4iC5nC5 mol 0 10810 0170 0160 0090 004 各物料点的工艺参数由 HYHYS 模拟给出 见附图一 400 万方天然气 TEG 脱水 装置工艺物料平衡图 精品文档 21 欢迎下载 21 欢迎下载 21 欢迎下载 2 2 主要设备的计算和选型主要设备的计算和选型 2 12 1 三甘醇吸收塔设计计算三甘醇吸收塔设计计算 C 1101 C 1101 1 吸收塔塔径计算 TEGTEG 吸收塔 吸收塔 C 1101C 1101 工艺计算数据 工艺计算数据 设备名称 工艺参数 TEG 吸收塔 C 1101 气相质量流量 kg h 5 1063 11 吸收塔中液相密度 kg m31116 4 吸收塔中气相密度 kg m345 05 TEG 吸收塔塔径计算 可先算出允许的单位面积最大空塔气体质量流量 在根 据最大空塔气体质量流量计算塔径 计算公式如下 5 0 305 0 ggla CG 2 1 式中 气体的最大允许质量流量 kg h m2 a G 吸收塔中液相密度 kg m3 l 吸收塔中气相密度 kg m3 g 常数 与甘醇吸收塔板间距有关 该流程中取为 500 C 代入数据得 a G 2 5 0 94 3350205 4505 45 4 1116500305 0mhkg 5 0 75 0 4 a G G D 2 2 式中 甘醇塔直径 mD 代入数据得 精品文档 22 欢迎下载 22 欢迎下载 22 欢迎下载 mD28 42 4 9335024 135 70 1163004 故选取甘醇吸收塔为 DN 2500 mm 2 吸收塔塔板选择 由 HYSYS 软件模拟可知 甘醇吸收塔有 2 块理论塔板 取塔板效率为 0 25 故实际共有 8 块塔板 甘醇吸收塔采用泡罩塔 甘醇吸收塔为 DN 2500 mm 甘醇吸收塔塔板间距取 610 mm 8 块塔板 甘醇吸收塔塔板总高为 4880 mm 取 5000mm 所以选用吸收塔 的规格为 DN2500 5000 3 吸收塔除沫器面积 甘醇吸收塔塔顶安装丝网除沫器 除沫器流通面积由分离器内的气体通过丝网 除沫器的设计速度与气相流量计算得出 通过丝网除沫器的气体设计速度一般取丝 网最大允许速度的 75 气体通过丝网最大允许速度 g g SB p pp K v 1 max 2 3 其中 桑德斯 布朗系数 取 0 107m s SB K 代入数据得 smv 254 50 4 444 4 444 1116 07 10 max 捕雾器面积 S max 75 0 v q S g 2 4 代入数据得 m2843 1 5254 0 75 0 7264 0 75 0 max v q S g 精品文档 23 欢迎下载 23 欢迎下载 23 欢迎下载 式中 工作状态下气体流量 m3 s 由 HYSYS 知 m3 s g q7264 0 g q 通过吸收塔液相密度 此处为三甘醇密度 取 1116kg m3 1 p 通过吸收塔气相密度 取 44 44kg m3 g p 4 壁厚计算 根据 常用压力容器手册 选用材料 16MnR 钢 21 2 CC P pD Sm 2 5 代入数据得 mm 62 11 41 66 901572 2500 66 2 21 CC P pD Sm 式中 P 设计压力 P 1 1 取 6 6MPa 0 P 材料最大许用应力 157MPa C1 钢板负偏差 取 1 2mm 根据 常用压力容器手册 C2 吸附塔腐蚀裕量 取 1mm 焊缝系数 无缝钢管取 0 9 焊接钢管取 0 8 选用壁厚 65mm 5 甘醇吸收塔计算选型结果如下表 2 1 表表 2 12 1 TEGTEG 吸收塔计算结果吸收塔计算结果 设备名称设备名称甘醇吸收塔甘醇吸收塔 工艺参数及几何尺寸工艺参数及几何尺寸 理论塔板数2 型式立式 吸收塔直径计算值 m2 428 捕雾器气流允许速度 m s0 5254 捕雾器面积计算值 m21 843 吸收塔壁厚计算值 mm55 9 脱水量 kg h104 9 计 算 值 三甘醇循环量 L kg 水 25 29 精品文档 24 欢迎下载 24 欢迎下载 24 欢迎下载 2 22 2 闪蒸罐设计计算闪蒸罐设计计算 D 1201 D 1201 闪蒸罐可以分离出溶解于甘醇富液内的烃类闪蒸汽 以避免三甘醇溶液在再生 塔内发泡 分出的闪蒸气体可以用作重沸器的燃料或者再生塔的汽提气 根据 400 104 m3 d 三甘醇脱水工艺流程图 本设计设置装置 TEG 闪蒸 D 1201 TEG 闪蒸罐 D 1201 的工艺和物性参数由 HYSYS 2004 软件计算得出 甘醇循环流 量为 2 828 m3 h TEG 停留时间为 5min 表表 2 22 2 闪蒸罐工艺参数闪蒸罐工艺参数 甘醇的沉降容积公式 V 2 6 60 LT 式中 V 闪蒸罐的沉降容积 m3 L 甘醇循环流量 m3 h T 甘醇在沉降罐中的停留时间 两相分离器取 5min 代入数据得到 V m336 20 60 5828 2 直径可以大致按照长径比 3 1 来进行计算 0 236 R 0 232m 3 6 R 直径为 464mm 参照 GB T 9019 2001 压力容器公称直径 取公称直径为 500mm 参照 GB 150 1998 钢制压力容器 包括第 1 号 2 号修改单 根据技术和经济的 比较取材料 Q235 A F 厚度在 4 5 16mm 许用应力为 113 MPa 根据压力容器壁厚计算公式 壁厚 S 3 1 2 1 1 C P PD 59 0 1132 45059 0 1 1 2 7 设备名称设备名称闪蒸罐闪蒸罐 工艺参数及几何尺寸工艺参数及几何尺寸 闪蒸罐内压力 KPa590 闪蒸罐内温度 65 三甘醇循环量 m3 h2 828 工艺参数 液体停留时间 min15 精品文档 25 欢迎下载 25 欢迎下载 25 欢迎下载 4 40mm 式中 S 计算壁厚 mm P 计算压 Mpa 设计温度下材料的许用应力 Mpa 焊接接头系数 一般取 1 C1 1 腐蚀余量 取 3 考虑压力容器的制作过程以及压力容器的壁厚的富余量 最终取壁厚 5mm 在 假设的范围以内 闪蒸罐的计算选型结果如下表 2 3 表表 2 32 3 闪蒸分离器规格闪蒸分离器规格 2 32 3 再生塔计算 再生塔计算 E 1301 H 1301 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 离 采用 Dg38 型金属环矩鞍填料 富液精馏柱和贫液精馏柱均采用金属环矩鞍散装 填料 Dg38 型 Dg38 型填料主要性能参数见表 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 离 填料采用张家港雄华设备厂生产的 Dg38 型金属环矩鞍填料 富液精馏柱和贫液 精馏柱均采用金属环矩鞍散装填料 Dg38 型 Dg38 型填料主要性能参数见表 2 4 表表 2 42 4 Dg38Dg38 型填料主要性能参数表型填料主要性能参数表 项 目填料主要性能参数 比表面积 a m2 m3140 44 空隙率 96 8 设备名称设备名称闪蒸罐闪蒸罐 工艺参数及几何尺寸工艺参数及几何尺寸 型式立式三相 罐体壁厚 mm4 38 计 算 值闪蒸分离器所需的沉降容量 m30 707 精品文档 26 欢迎下载 26 欢迎下载 26 欢迎下载 填料因子 m 1 3 126 6 等板高度 mm600 表表 2 52 5 富精馏柱段计算塔径的基础数据富精馏柱段计算塔径的基础数据 项目第一板 压力 kPa114 00 温度 150 8 工况下气相体积流量 m3 h240 6 工况下气相流量 kg h153 9 工况下气相密度 kg m30 6358 工况下液相流量 kg h3330 工况下液相密度 kg m31009 工况下液相体积流量 m3 h3 302 液相粘度 cP1 304 表表 2 62 6 贫液精馏柱段塔径的基础数据贫液精馏柱段塔径的基础数据 项目三甘醇贫液精馏柱 压力 kPa125 00 温度 198 0 工况下液相体积流量 m3 h3 255 1 富液精馏柱计算 SY T 0076 2003 天然气脱水设计规范 中规定甘醇再生塔塔直径应按填料塔 的操作气速度及喷淋密度计算 在三甘醇富液精馏柱选定板上汽相负荷最大的塔板工艺参数作为精馏段塔径的 计算依据 用 HYSYS 对三甘醇再生塔富液精馏柱段和贫液精馏柱段进行模拟计算 三甘醇富液精馏柱段第三块塔板处气相荷最大 以第三块塔板的工艺参数作为富液 精馏柱段塔径计算的基础数据 见表 2 5 所示 富液精馏柱直径和高度的计算 以第三块塔板计算三甘醇富液精馏柱直径 按照表 5 12 中的工艺参数用以下公 精品文档 27 欢迎下载 27 欢迎下载 27 欢迎下载 式计算泛点速度 gf u 81 L G 41 2 0 L L G 3 2 gf 75 1 06225 0 g lg G La u 2 8 代入数据得 8141 2 0 2 gf 1009 0 6358 9 153 3330 75 1 06225 0 304 1 1009 6358 0 6 126 9 81 lg u 算得泛点速度 m s057 2 gf u 实际操作气速为液泛点气速的 68 75 故取实际操作气速为液泛点气速的 70 m s1 4407 0 gfG uu 计算三甘醇富液精馏柱直径得 m243 0 440 1 14 3 3600 6 2404 3600 4 T G v u Q D 富液精馏柱喷淋密一般取为 8 12 m3 h m2 取喷淋密度 为 10 m3 h m2 计l 算精馏柱段直径 0 65 m 1014 3 302 3 22 l Q D l 从表 2 5 中可看出三甘醇富液精馏柱中气相量较小 液相量较大 比较按操作 气速及喷淋密度计算出的塔径 富液精馏柱段直径取为 700mm 三甘醇富液精馏柱段高度 根据工程实际 富液精馏柱段高度为 1800mm 壁厚计算 根据 常用压力容器手册 选用选用材料 16MnR 钢 钢板厚度为 10mm 21 2 CC p pD Sm 2 9 代入数据得 mm 2 0910 8 0 1254 901702 7000 1254 2 21 CC p pD Sm 设计压力 MPa p1254 0 1 1114 0 1 1 0 pp 吸收塔径 mm D 精品文档 28 欢迎下载 28 欢迎下载 28 欢迎下载 合金钢的最大许用应力 170MPa 焊缝系数 无缝钢管取 0 9 焊接钢管取 0 8 钢板负偏差 取 0 8mm 根据 常用压力容器手册 1 C 吸附塔腐蚀裕量 取 1mm 2 C 所以 钢板厚度选 10mm 满足压力需要 2 贫液精馏柱工艺计算 贫液精馏柱直径和高度的计算 贫液精馏柱段第二块板处液相相负荷最大 作为贫液精馏柱段塔径计算的基础 数据 见表 2 6 所示 三甘醇贫液精馏柱直径应按喷淋密度进行计算 三甘醇贫液精馏柱工况下液体 流量为 3 255m3 h 贫液精馏柱的喷淋密度 一般为 10 20m3 h m2 取 15 l m3 h m2 作为三甘醇贫液精馏柱直径计算的基础数据 其它基础数据如表 2 6 所示 取喷淋密度 为 15 m3