三甘醇脫水工藝設(shè)計說明書

1、成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明目錄目錄 -0 -第篇 設(shè)計說明書 -0 -1概述 -0-1.1任務(wù)要求 -0 -1.2設(shè)計原則 -0 -1.3遵循的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn) -0 -1.4設(shè)計內(nèi)容 -1 -1.5主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) -1 -1.5.1 天然氣氣質(zhì)資料 -1 -1.5.2 外輸天然氣 -2 -2工藝流程（TEG -3-2.1工藝方案 -3 -2.1.1工藝方法選擇 -3 -2.1.2參數(shù)對比研究及方案優(yōu)選 -4 -2.2工藝流程 -7 -2.2.1工藝流程選擇總則 -7 -2.2.2工藝流程選擇 -7 -2.2.3三甘醇脫水工藝流程簡述 -7 -2.3三甘醇脫水主體裝置能耗 -7 -2.3

2、.1三甘醇脫水主要能耗指標(biāo) -7 -2.3.2 節(jié)能 -8 -2.4三甘醇脫水工藝流程圖 -8 -三甘醇脫水工藝流程圖見附圖。 -8 -3設(shè)備選型 -8-3.1原料氣過濾分離器 -8 -頁腳內(nèi)容-0 -3.2干氣出口分離器 -9 -成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明3.3吸收塔 -9 -3.4換熱器 -113.4.1 干氣/三甘醇貧液換熱器 -113.4.2 甘醇貧/富液換熱器 -12 -3.5閃蒸罐 -12 -3.6再生系統(tǒng) -13 -3.7過濾器 -15 -3.8三甘醇循環(huán)泵 -16 -4三甘醇脫水主要裝置選型 -17 -第二篇 計算說明書 -17 -1引言 -17 -2主要設(shè)備的計算和

3、選型 -18 -2.1三甘醇吸收塔設(shè)計計算(C-1101) -18 -2.2閃蒸罐設(shè)計計算(D-1201) -21 -2.3 再生塔計算：(E-1301/H-1301) -23 -2.4產(chǎn)品氣分離器(D-1101) -28 -2.5管線的選型和計算 -31 -頁腳內(nèi)容-1 -成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明第一篇設(shè)計說明書1概述1.1任務(wù)要求學(xué)習(xí)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(xué)知識進(jìn)行 400X 104 m3/d天然氣三甘醇脫水裝置工藝設(shè)計。通過學(xué)習(xí)和訓(xùn) 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(shè)計思路及方法。

4、工 程設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行執(zhí)行的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。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(shè)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)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(shè)備。提交的工 程設(shè)計成果包括：原始數(shù)據(jù)、說明書、有關(guān)圖件、參考文獻(xiàn)等。1.2設(shè)計原則1）貫徹國家建設(shè)基本方針政策，遵循國家和行業(yè)的各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。2）貫徹“安全、可靠”的指導(dǎo)思想，以保證設(shè)備安全、穩(wěn)定地運行。3）遵循“高效節(jié)能、安全生產(chǎn)”的設(shè)計原則。4）充分考慮環(huán)境保護(hù)，節(jié)約能源。1.3遵循的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)1 石油大學(xué)出版社石油地面工程手冊第三冊.氣田地面工程設(shè)

5、計2 GB5021-1994 .輸氣管道工程設(shè)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(shè)計規(guī)范5 SY 0401-98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8 SY0420-2000 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10 SY/T 0076- 2003.天 然 氣 脫水設(shè)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

6、 GB150.2-2010固定式壓力容器1.4設(shè)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 0076-2003天然氣脫水設(shè)計規(guī)范及其相關(guān)技術(shù)設(shè)計規(guī)范為依據(jù)，對400X104nVd天然氣脫水工程進(jìn)行了工藝流程設(shè)計、流程模擬、工藝參數(shù)研究和主要工藝設(shè)備設(shè)計計 算。本應(yīng)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(shè)計，繪制流程圖；2）利用HYSYS軟件對三甘醇脫水工藝流程進(jìn)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(shè)計：<1> 分離器（F-1101/D-1101 ）<2> 甘醇吸收塔（

7、C-1101）<3>TEG 閃蒸罐（D-1201）<4> 再生設(shè)備（E-1301/H-1301/C-1301 ）<5> 甘醇過濾器（F-1201/F-1202/F-1203 ）<6> 甘醇換熱器（E-1201/E-1302 ）<7>甘醇循環(huán)泵（P-1101）<8>主要工藝管線1.5主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.5.1天然氣氣質(zhì)資料氣體處理規(guī)模：400X 104 m3/d （最大處理能力480X 104 m3/d）進(jìn)站壓力：6.07.0 MPa進(jìn)站溫度：2030 °C干氣外輸壓力：5.5 MPa干氣水露點要求：W -5 C天

8、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 MPa產(chǎn)品指標(biāo)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)條件頁腳內(nèi)容-3 -成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明項目干氣溫度，C31.84壓力，kPa5900標(biāo)況下氣體體積，m/d4004698.966分子量16.75流體密度，k

9、g/m343.82低位熱值，MJ/m2030.5244水露點，C<-5 °C摩爾百分 數(shù)氮氣，N20.000240二氧化碳，C020.019291硫化氫，H2S0.000012甲烷，CH40.970647乙烷，C2H40.008215丙烷，C3H60.001081異丁烷0.000170正烷0.000160異戊烷0.000090正戊烷0.000040水，H2O0.000056三甘醇0.0000002工藝流程（TEG2.1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(yīng)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

10、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(dá) 9899%三甘醇蒸氣壓較低，攜帶損失小，熱力學(xué)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 頁腳內(nèi)容-3 -成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明化合物毒性很輕微，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(jì)性要求。2.1.2參數(shù)對比研究及方案優(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

11、提汽提；共沸再生。氣體汽提是現(xiàn)行三甘醇 脫水裝置中應(yīng)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 C。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(yīng)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

12、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(dǎo)致重沸器超負(fù)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(yīng)用HYSYQ004 對三甘醇脫水工藝流程進(jìn)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、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 C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

13、然氣與貧甘醇不可能達(dá)到充分接觸達(dá)到平衡狀態(tài)，理論平衡水露點與實際水 露點相差810 C,本工程要求天然氣實際水露點要求小于-5 C，外輸干氣設(shè)計控制天然氣平衡水露點為-13-15 C即可滿足要求。應(yīng)用HYSYS200進(jìn)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C0.0764399.055-8.1560.152999.1788-9.2660.305799.3373-10.840.382199.3954-11.470.420499.4211-11.760.458699

14、.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C外輸干氣含水 量 kg/h外輸干氣水 露點C重沸器熱負(fù)荷kW0.648715027.7076.82346.761.29715014.425-2.68890.481.9461509.6571-8.218131.62.5951507.4243-11.72168.12.7251507.1232-12.27174.72.8031506.9597-12.59178.72.8291506.9

15、077-12.67179.92.881506.8068-12.87181.3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(jìn)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 C。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 C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)果項目工藝參數(shù)原料氣壓力，kPa6000原料氣溫度，C30原料氣流量，m/d400X104原料氣中含水量，kg/h

16、111.84三甘醇貧液濃度，% （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，C65.0富液再生塔理論塔板數(shù)（不含重沸器）1進(jìn)料位置（從上而下）1富液進(jìn)料溫度，C150塔頂氣體溫度，C94.1重沸器溫度，C202再生壓力，kPa125重沸器熱負(fù)荷，kW179.9氣提量，mi/h45.45氣提壓力，kPa125干氣平衡水露點，C-12.67三甘醇損耗量，kg/h0.318222工藝流程221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

17、優(yōu)點。三甘醇脫水裝置主要分為吸收和再生兩部分，應(yīng)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_(dá)到30 C60C ,最高可達(dá)85 °Co2.2.2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(shè)置過濾器，以除去溶液系統(tǒng)中攜帶的機(jī)械雜質(zhì)和降解產(chǎn)物，保證 溶液清潔，防止溶液起泡，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

18、、可靠、操作方便；(5) 為了增強天然氣脫水裝置的適應(yīng)性，在貧液精餾柱上設(shè)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(shè)備主要有進(jìn)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(jìn)入原料氣過濾分離器，分離固體雜質(zhì)、游離水等后進(jìn)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，吸收塔頂部出來的天然氣經(jīng)干氣/貧甘醇換熱器換熱后進(jìn)入產(chǎn)品氣分離器，分離出少量三甘醇溶

19、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(jìn)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(jìn)入TEG換熱罐提高三甘醇進(jìn) TEG再生塔的溫度，從再生塔中部進(jìn)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(jìn)入吸收塔，實現(xiàn)三甘醇貧液的循環(huán) 利用。2.3三甘醇脫水主體裝置能耗2.3.1三甘醇脫水主要能耗指標(biāo)表2-

20、4 主體工藝裝置綜合能耗表骨口. 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，m/h46.233燃料氣再生塔重沸器熱負(fù)荷，KW185.44三甘醇貧液循環(huán)量（99.5%），kg/h3157損耗量，kg/h0.3182232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(shè)備，合理得用各種溫位的熱能；3）采用高效的機(jī)泵和節(jié)能電機(jī)；4）設(shè)備選型適應(yīng)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(dá)到節(jié) 能的目的；6）選擇操作靈活、密封性能好的閥門，以減少天然氣的泄漏；7）采用高效絕熱材料，

21、完善保溫結(jié)構(gòu)，減少設(shè)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(shè)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(shè)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

22、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(shè)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(biāo)工作溫度，C30過濾精度，口m0.5 （固）、1 （液）工作壓力，kPa（絕）6000過濾效率，%99.98% （固八 98% （液）工況下氣相流量，m/h2583最大壓降

23、，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，Pa-s1.29 X 10-5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(shè)置有干氣出口分離器。由于干氣出口分離器 進(jìn)料中甘醇量相對較少，氣相流量較大，從經(jīng)濟(jì)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(shè)計規(guī)范中有關(guān)氣液分離器直徑計算公式進(jìn)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(shè)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，mm150材質(zhì)16MnR分離器

24、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(shè)備， 通常由底部的進(jìn)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(jìn)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，一般采用4-12

25、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(dāng)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(yīng)用廣泛當(dāng)氣體流量過大時塔板上的“吹液”現(xiàn)象會惡化填料塔1）當(dāng)處理量較咼時，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(dāng)塔徑小于300mm時，宜于選用根據(jù)400X 104 m

26、/d三甘醇脫水工藝流程圖，本工藝中設(shè)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(shè)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)400X 104 m/d三甘醇脫水工藝流程圖，本裝置設(shè)置有閃蒸罐前板式換熱器（L-101 ）和富液進(jìn)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(shè)備的工 藝和物性參數(shù)由HYS

27、Y鍬件計算得出。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HYSY創(chuàng)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(jìn)口管程出口殼程進(jìn)口殼程出口介質(zhì)天然氣天然氣三甘醇三甘醇?xì)庀喾致?.001.000.000.00溫度C30.8731.8485.9040.00壓力kPa5950.005900.006100.006050.00質(zhì)量流量kg/h11620011620031573157體積流量m3/h261526522.9262.828比熱 KJ/kg °C8.8938.9071.4061.705粘

28、度(Pa - s)10 -51.2921.293532.8532.8表3-4干氣/TEG貧液換熱器（E-101 ）設(shè)計參數(shù)表設(shè)備名稱干氣/TEG貧液換熱器（E-101 ）工乙設(shè)計參數(shù)工作溫度殼程，C85.90/40.00管程，C30.87/31.84工作壓力殼程，kPa6100/6050管程，kPa5950/5900工作介質(zhì)殼程三甘醇貧液頁腳內(nèi)容-11 -成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明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)2342甘醇貧/富液換熱器三甘醇貧/富換熱器用于控制進(jìn)閃蒸分離器和過濾器的富三甘醇溶液溫

29、度，同時也起著 回收貧三甘醇溶液熱量、使富三甘醇升溫以減輕重沸器熱負(fù)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(jìn)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(shè)置位置在進(jìn)入閃蒸罐之前和進(jìn)入再生塔之前。換熱設(shè)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/h3156.003276.003156.003266.00允許壓降kPa1010物性參數(shù)定性溫度C114.140.53197.9

30、65.33密度kg/m31037642.4970.1798.6比熱（KJ/kg C）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?zé)N，而烴類在三甘醇內(nèi)的溶解量與壓力有關(guān)，壓力愈頁腳內(nèi)容-12 -成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明高則溶解量愈大。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(jìn)入放空 系統(tǒng)，閃蒸出來的液態(tài)烴進(jìn)人閉式式排放系統(tǒng)進(jìn)行集中處理。閃蒸分離器采用立式或臥式均可。當(dāng)進(jìn)

31、料氣為貧氣時，由于氣體中所含重?zé)N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。液體在閃蒸 分離器中的停留時間為 5-10min ;當(dāng)進(jìn)料氣為富氣時，由于氣體所含重?zé)N較多，故應(yīng)選用三 相（氣體、液烴和三甘醇溶液）分離器，此時為防止重?zé)N使三甘醇溶液乳化和起泡，應(yīng)使溶 液升溫至約65C，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(shè)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 HYSYS2004軟件計算得出，甘醇循環(huán)流量為2.828吊/h , TEG亭留時間為1

32、0 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(shè)備名稱閃蒸罐選選用公稱直徑，mm1000閃蒸罐壁厚，mm5用形式立式值材質(zhì)16MnR閃蒸罐總咼，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(jìn)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(shè)有冷卻盤管，可使部分水蒸氣冷凝，成為精餾柱頂?shù)幕亓鳎瑥?而使柱頂溫度得到控制，并可減少三甘醇損失量。當(dāng)三甘醇溶液所吸收的重?zé)N中含有芳香烴 時，應(yīng)

33、將放空氣引至地面，使其在罐中冷凝，排放的冷凝物應(yīng)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(jìn)行處理。精餾柱的直徑可根據(jù)其底部所需的氣、液負(fù)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(fù)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(dāng)采用直火式加熱方法時，要注意將重沸器安裝在乎臺下風(fēng)向一個安全的地方； 當(dāng)采用水蒸氣或熱

34、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232C，有時也可用260C。不論采用何種熱源，重沸器內(nèi)三甘醇溶液液位應(yīng)比頂部傳熱管高150 mm再生系統(tǒng)主要設(shè)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(fù)荷，kW179.9熱通量，kw/m20換熱面積，m9.27火管規(guī)格?500X9火管長度，mm5900殼體規(guī)格DN1000K 6500富液精餾柱頂部 冷卻盤管平均有效溫差，C21.02傳熱系數(shù)，w/(m100換熱面積，m4.69管內(nèi)流體種類甘醇富液盤管規(guī)格

35、 32 X 5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(shè)備名稱緩沖罐選選用公稱直徑，mm900用材質(zhì)16MnR值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(jìn) 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?zé)N，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

36、器（F-1201 ）技術(shù)要求設(shè)備名稱濾芯過濾器（F-101 ）工藝參數(shù)及幾何尺寸工作溫度，C65.33工作壓力，kPa195三甘醇體積流量，m3/h2.828過濾精度，口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?zé)N，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(shè)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，C87.35工作壓力，kPa

37、105甘醇富液流量，m/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-000-30S3.8三甘醇循環(huán)泵甘醇循環(huán)泵是用來泵送甘醇溶液進(jìn)入吸收塔進(jìn)行循環(huán)的，泵的選型與甘醇循環(huán)量和吸收 塔設(shè)計壓力有關(guān)。有 HYSY卿，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(shè)計參數(shù)及選型結(jié)果序號項目名稱參數(shù)1處理量，m3/h2.802功率，KW7.3453泵入口壓力，KPa105.0溫度，C87.354泵出口壓力，KPa6100溫度，C85

38、.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(dǎo)師下達(dá)的任務(wù)書，主要是對站內(nèi)設(shè)備、及管線進(jìn)行計算和選型設(shè)計中所選設(shè)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s 245MPa。工藝計算步驟：在進(jìn)行三甘醇脫水裝置工藝計算時，首先需要確定5個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：1）進(jìn)料氣流量；2）進(jìn)料氣溫度；3）吸收塔操作壓力；4）進(jìn)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(jìn)行計算：1）確定應(yīng)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

39、甘醇進(jìn)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(chǔ)數(shù)據(jù)與要求如下：天然氣三甘醇脫水裝置工藝設(shè)計處理量：400X1 O4m/d進(jìn)站壓力：6.0 MPa進(jìn)站溫度：30 °C干氣水露點要求：W -5 C天然氣氣質(zhì)組成見表1-1。表1-1 天然氣組成表（干基）m分N2COH2SCC2mol%0.0241.93130.001297.06780.8216組分GiC4nC4iC5nQmol%0.10

40、810.0170.0160.0090.004各物料點的工藝參數(shù)由 物料平衡圖。HYHYS模擬給出，見附圖一：400萬方天然氣TEG脫水裝置工藝2主要設(shè)備的計算和選型 2.1三甘醇吸收塔設(shè)計計算（C-1101）（1）吸收塔塔徑計算TEG吸收塔（C-1101）工藝計算數(shù)據(jù)頁腳內(nèi)容-17 -成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明設(shè)備名稱工藝參數(shù)TEG吸收塔(C-1101)氣相質(zhì)量流量，kg/h51.163 10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

41、：0 5Ga 0.305C l g g '(2.1)式中：2 Ga氣體的最大允許質(zhì)量流量，kg/ (h m );3 吸收塔中液相密度，kg/m ;g 吸收塔中氣相密度，kg/m3;C 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：0 59Ga 0.305 5001116.4 45.0545.05 '33502.94kg/h m20.5(2.2)2.428m4G0.75 Ga式中：D 甘醇塔直徑，m代入數(shù)據(jù)得:4 116300' 0.75 3.14 33502.94故選取甘醇吸收塔為 DN 2500 mm(2) 吸收塔塔板選擇由HYSY歎件模擬可知，甘醇吸

42、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頁腳內(nèi)容-19 -成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明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DN2500 5000。(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(shè)計速度與氣相流量計算得出，通過絲網(wǎng)除沫器的氣體設(shè)計速度一般取絲網(wǎng)最大允許速度的 75%Vmax氣體通過絲網(wǎng)最大允許速度(2.3)其中：Ksb桑德斯-布朗系數(shù)，取0.107m/s代入數(shù)

43、據(jù)得：,'1116-44.44Vmax 0.1070.5254m/sV 44.44捕霧器面積S:qg0.75vmax(2.4)頁腳內(nèi)容-25 -代入數(shù)據(jù)得:qg0. 75vmax0.72640.75 0.525421.843 m.33式中：qg-工作狀態(tài)下氣體流量，m/s，由HYSY卿qg0.7264 m/s3P1 -通過吸收塔液相密度，此處為三甘醇密度，取1116kg/mPg -通過吸收塔氣相密度，取344.44kg/m(4) 壁厚計算根據(jù)常用壓力容器手冊選用材料16M nR鋼SmPD2 -PC1C2(2.5)代入數(shù)據(jù)得:SmPD2- PCiC26.6 25001.4 12 157

44、0.9-6.662.1 mm式中：P設(shè)計壓力，P=1.1* F0，取6.6MPa材料最大許用應(yīng)力，157MPaC1鋼板負(fù)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吸收塔計算結(jié)果設(shè)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，m1.843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(shè)計

45、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)400X 104 m/d三甘醇脫水工藝流程圖，本設(shè)計設(shè)置裝置 TEG閃蒸（D-1201） o TEG 閃蒸罐（D-1201）的工藝和物性參數(shù)由HYSYS2004軟件計算得出，甘醇循環(huán)流量為2.828 m*/h , TEG停留時間為5min。表2-2閃蒸罐工藝參數(shù)設(shè)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，C65三甘醇循環(huán)量，m/h2.828液體停留時間，min15(2.6)甘醇的沉降容積公式 V= LT

46、60式中v-閃蒸罐的沉降容積，m；L-甘醇循環(huán)流量，ni/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=28空0.236吊60直徑可以大致按照長徑比 3： 1來進(jìn)行計算6 R3=0.236 R=0.232m直徑為464mm滲照GB_T_9019-2001力容器公稱直徑。取公稱直徑為500mm參照GB 150-1998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(jì)的比較取材料Q235-A.F,厚度在4.5-16mm許用應(yīng)力為113 MPa根據(jù)壓力容器壁厚計算公式壁厚1.1PD2 P& = 口 0.59 450 +32 113 0.59(2.7)=4.40m

47、m式中S-計算壁厚,mm；p- 計算壓，Mpa-設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，Mpa-焊接接頭系數(shù)，一般取 1；C i -腐蝕余量，取35mm在假設(shè)的范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 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(shè)備名稱閃蒸罐工藝參數(shù)及幾何尺寸計型式立式三相算罐體壁厚，mm4.38值閃蒸分離器所需的沉降容量，m0.7072.3 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。Dg

48、38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(shè)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，m/m140.44空隙率 ，%96.8填料因子/ 3，m1126.6等板高度，mm600表2-5富精餾柱段計算塔徑的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項目第一板壓力，kPa114.00成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明溫度，C150.8工況下氣相體積流量，m/h240.6工況下氣相流量，kg/h1

49、53.9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，m/h3.302液相粘度，cP1.304表2-6貧液精餾柱段塔徑的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項目三甘醇貧液精餾柱壓力，kPa125.00溫度，C198.0工況下液相體積流量，m/h3.255(1) 富液精餾柱計算SY/T 0076-2003天然氣脫水設(shè)計規(guī)范中規(guī)定甘醇再生塔塔直徑應(yīng)按填料塔的操作氣 速度及噴淋密度計算。在三甘醇富液精餾柱選定板上汽相負(fù)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寸三甘醇再生塔富液精餾柱段和貧液精餾柱段進(jìn)行模擬計算。三甘醇富液精餾 柱段

50、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(chǔ) 數(shù)據(jù)，見表2-5所示。富液精餾柱直徑和高度的計算：5-12中的工藝參數(shù)用以下公式計算以第三塊塔板計算三甘醇富液精餾柱直徑，按照表 泛點速度Ugf ：1 4L -0.06225 1.75 G(2.8)2.ugfa G0.2ig 3 一 lg l代入數(shù)據(jù)得:9.81126.60.63580.21.3040.06225 1.75141833300.6358153.910091009頁腳內(nèi)容-# -成都市三環(huán)路東段道路綠化改造設(shè)計說明算得泛點速度：Ugf 2.057 m/s實際操作氣速為液泛點氣速的68%- 75%故取實際操

51、作氣速為液泛點氣速的70%uG ugf 0.71.440 m/s計算三甘醇富液精餾柱直徑得：4Qv4 24。.60.243 m3600 Ug .3600 3.14 1.440富液精餾柱噴淋密一般取為812 m3/(h m2)，取噴淋密度I為10 m3/(h ni)，計算精餾柱段直徑：23.302 3.14 100.65 m頁腳內(nèi)容-29 -1800mm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壁厚計算根據(jù)常用壓力容器手冊選用選用材料16MnRi鋼，鋼板厚度為10mmpDSmC1 C2(2.9 )2 -p代入數(shù)據(jù)得：PD2 -PC1C20.1254 7002 170 0.9-0.12540.8 12.09 mmp 設(shè)計壓力，pp0 1.1 0.114 1.10.125