天然氣三甘醇脫水工藝設(shè)計-吸收塔及重沸器設(shè)計、泵的選型畢業(yè)論文

1、天然氣三甘醇脫水工藝設(shè)計吸收塔及重沸器設(shè)計、泵的選型畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計(論文) 題 目天然氣三甘醇脫水工藝設(shè)計? 吸收塔及重沸器設(shè)計、泵的選型 2011年 6月 8 日 摘 要 天然氣中的水對于天然氣的輸送和使用都是有害的,因此,在經(jīng)濟條件允許的情況下,盡可能的脫去天然氣中的水,不論對于天然氣輸送還是使用都非常的有必要。天然氣中的水通常以氣態(tài)和液態(tài)兩種形式存在,在少數(shù)情況下也會呈固態(tài)。 天然氣凈化的一個重要環(huán)節(jié)就是脫除液態(tài)水和氣態(tài)水,從而防止固態(tài)水在輸送過程中的產(chǎn)生。液態(tài)水只需要通過簡單的氣液分離就能將其與天然氣分離開,氣態(tài)水用這種方法則不能被脫除。脫除天然氣中氣態(tài)水的方法目前主要有吸收法、吸

2、附法、冷凝法以及超音速法,這一篇文章應(yīng)用的是吸收法脫水中的三甘醇脫水。文章根據(jù)三甘醇脫水的原理,依據(jù)三甘醇脫水工藝流程,結(jié)合已知的天然氣日處理量和其它相關(guān)物理化學參數(shù),經(jīng)過嚴密理論計算、嚴格執(zhí)行行業(yè)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范,設(shè)計出了吸收塔、重沸器,并根據(jù)工藝要求選擇出了甘醇循環(huán)泵。關(guān)鍵詞:三甘醇脫水 吸收塔 重沸器 甘醇循環(huán)泵ABSTRACT The water in the natural gas for transmission and use are harmful, therefore, in economic conditions allow as far as possible remove

3、the water in the nature gas is necessary for gas transmission and use. The water in Natural gas usually of gas and liquid form existence, in a few instances will also is solid. One of the important process natural gas purification is removing liquid water and gas water, thus preventing solid water p

4、roduced during pneumatic conveying. Liquid water only through simple gas-liquid separation can separate it with natural gas, but gas water using this method cannot be removal. The methods removals of water vapor in nature gas have absorption, adhesion, condensation and supersonic, this article is th

5、e application absorption method of TEG dehydration. Article based on the principle of TEG dehydration, and the classic TEG dehydration process, then combined daily processing capacity with other relevant Physical Chemistry parameters of the known natural gas, after a rigorous theoretical calculation

6、 and strict implementation of the current industry-related standards, designed the absorption tower, rebuilder, according to process requirements Selected the TEG circulation pump.Keywords: TEG dehydration; absorption tower; reboiler; TEG circulation pump目 錄摘 要IABSTRACTII1緒 論11.1本課題的目的11.2天然氣三甘醇脫水國內(nèi)

7、外現(xiàn)狀11.3設(shè)計參數(shù)31.4遵循的規(guī)范、標準42吸收塔設(shè)計52.1吸收塔選型52.2吸收塔工藝計算62.3吸收塔設(shè)計結(jié)果243重沸器設(shè)計263.1重沸器選材263.2重沸器設(shè)計263.3重沸器設(shè)計結(jié)果294 三甘醇泵的選型304.1影響選泵的因素304.2選泵結(jié)果305結(jié) 論32參考文獻33致 謝34附 錄351緒 論1.1本課題的目的 在學習完本科油氣儲運工程專業(yè)課程之后,我對油氣儲運工程專業(yè)以后要從事的工作得以窺見一斑,也對油氣儲運工程有了一定的認識。油氣儲運工程研究方向眾多,本課題要研究的只是天然氣凈化中的脫水環(huán)節(jié)。目前天然氣的脫水方法主要有冷凝法、吸收法、吸附法以及超音速法。本課題采

8、用的是使用較為廣泛的三甘醇吸收法脫水。天然氣三甘醇脫水的主要設(shè)備有吸收部分的過濾分離器、吸收塔,再生部分的閃蒸分離器、三甘醇過濾器、甘醇換熱器、精餾柱、再生塔、重沸器以及甘醇循環(huán)泵。 為了對天然氣三甘醇脫水有一個更加系統(tǒng)、全面的了解,綜合利用所學知識進行2000104 m3/d天然氣三甘醇脫水裝置工藝設(shè)計。通過學習和訓練,能入理解三甘醇脫水的基本理論和技術(shù),掌握三甘醇脫水的設(shè)計思路及方法,而本課題的主要目的是通過對天然氣三甘醇脫水系統(tǒng)吸收塔、重沸器的設(shè)計以及泵的選型使自己對天然氣三甘醇脫水系統(tǒng)有更進一步的認識,對吸收塔、重沸器及泵的工作原理、尺寸結(jié)構(gòu)、運行工況有一定的掌握,能夠根據(jù)三甘醇脫水系

9、統(tǒng)的工況簡單分析一些在系統(tǒng)運行中常見的問題,并給出相應(yīng)的解決方案。1.2天然氣三甘醇脫水國內(nèi)外現(xiàn)狀 1.2.1三甘醇脫水系統(tǒng) 三甘醇作為脫水劑其優(yōu)點缺點對比如表1-1所示; 表1-1三甘醇作為脫水劑其優(yōu)點缺點對比優(yōu)點缺點具有DEG的優(yōu)點,理論熱分解溫度較DEG高,獲得露點降較大,蒸汽壓較DEG低,蒸發(fā)損失小,投資及操作費用較DEG低。投資及操作費用較CaCl2水溶液法高,當有液烴存在時,再生過程易起泡,有事需要加入消泡劑。 三甘醇脫水系統(tǒng)在天然氣工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但還是存在著一些問題:系統(tǒng)比較復(fù)雜;三甘醇溶液再生過程的能耗比較大;三甘醇溶液會損失和被污染,因此需要補充和凈化;三甘醇與空氣

10、接觸會發(fā)生氧化反應(yīng),生成有腐蝕性的有機酸。所以, 三甘醇脫水的投資和運行成本比較高。 目前國內(nèi)的橇裝三甘醇脫水系統(tǒng)多從國外引進。雖然性能很好,但是也存在很多問題。如一次性投資比較大;各種零配件和消耗品不易購買,而且價格昂貴;計量標準與我國現(xiàn)行標準不同;測量系統(tǒng)不適合我國的天然氣性質(zhì)等。例如四川大天池天然氣輸送干線引進的橇裝三甘醇脫水系統(tǒng),1999年3月25日至7月27日試運行過程中,日平均三甘醇消耗量為1119 kg,而且隨著裝置運行時間延長,三甘醇消耗逐漸增加。由于使用的三甘醇需要進口,價格較高,因此三甘醇消耗量成為影響生產(chǎn)成本的重要因素。 1.2.2吸收塔 吸收塔是三甘醇脫水裝置最主要的設(shè)

11、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露器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、吸收塔的溫度和壓力等參數(shù)后,可根據(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412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。

12、在國外塔的發(fā)展方向主要是:“要求在提高處理能力和筒化結(jié)構(gòu)”的前提下,保持一定的彈性操作和適當?shù)膲毫?并盡量提高塔盤的效率。至于新型材料的研究,則希望找到有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的填料。 目前,我國常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌形塔等,填料種類除拉西環(huán)、鮑爾環(huán)外,階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。近年來,參考國外塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展動向,加強了對篩板塔的研制工作,提出了斜孔塔和浮動噴射塔等新塔型。對多降液管塔盤、導向篩板、網(wǎng)孔塔盤等,也都作了較多的研究,并推廣應(yīng)用于生產(chǎn)。其它多種塔形和金屬鞍環(huán)填料的流體力學性能、傳質(zhì)性能和幾何結(jié)構(gòu)等方面的試驗工作,也在進行

13、,有些已取得了一定的成果或用于生產(chǎn)。 1.2.3重沸器 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。 按照水力學特性,精餾柱的重沸器一般可以分為一下兩類: 池式沸騰設(shè)備,如釜式重沸器和內(nèi)置式重沸器; 高速一次通過式和循環(huán)式設(shè)備,如熱虹吸式重沸器和泵強制輸送式重沸器。 在三甘醇脫水系統(tǒng)中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。當采用火管直接加熱方法時,要注意將重沸器安裝在平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

14、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(yīng)比頂部傳熱管高150mm。 1.2.4甘醇循環(huán)泵 由于天然氣系統(tǒng)壓力高、三甘醇再生溫度高等原因,在三甘醇脫水系統(tǒng)中泵甘醇循環(huán)泵的泄漏較為普遍,這無疑就會增加三甘醇損耗量。CQ系列磁力離心泵和KIMRAY三甘醇泵都能夠有效地解決泄漏問題,KIMRAY三甘醇泵還能節(jié)能減耗。 CQ系列磁力離心泵泵體逐漸是由主動和從動永磁鋼組成的磁性聯(lián)軸器,外磁鋼和電動機相連為主動件,內(nèi)磁鋼和葉輪相連為被動件,當電動機啟動后,通過磁力耦合驅(qū)動葉輪同步工作。泵的結(jié)構(gòu)要點以靜密封取代動密封,使泵的過流部件完全處于密封狀態(tài),從而

15、保證介質(zhì)與外界的隔絕,徹底解決了機械密封不能解決的跑、冒、滴、漏等弊端。 KIMRAY 三甘醇泵也稱甘醇能量轉(zhuǎn)換泵,利用吸收塔出來的高壓富甘醇與來自再生裝置的低壓貧甘醇進行能量交換,將高壓富甘醇變?yōu)榈蛪焊桓蚀茧x開循環(huán)泵,而低壓貧甘醇變?yōu)楦邏贺毟蚀歼M入吸收塔。 三甘醇脫水系統(tǒng)的KIMRAY泵具有以下優(yōu)點: 不需額外的動力,節(jié)能環(huán)保,符合當前創(chuàng)建資源節(jié)約型社會和創(chuàng)建環(huán)境友好型社會的時代主題。 泵吸入和排出的三甘醇流量一致,因此脫水塔不需要液位顯示和控制裝置,使脫水裝置的投運和日常操作、維護變得十分便利,提高了脫水裝置的可靠性。 泵殼體上沒有動密封,有效防止了三甘醇泄漏。 1.3設(shè)計參數(shù) 原料氣條件

16、: 溫度40 ;壓力9.5MPa;流量2000104 m3/d(正常)、2200104 m3/d(最大)。 原料氣組成如表1-2所示(mol%)(干基):表1-2原料天然氣組分組分mol%N20.5815CO20.6911He0.0069Methane98.0730Ethane0.5314Propane0.0420i-Butane0.0067續(xù)表n-Butane0.0100i-Pentane0.0036n-Pentane0.0038n-Hexane0.0044n-Heptanes0.0272n-Octane0.0065n-Nonane0.0031n-Decane0.0018n-C110.002

17、2n-C120.0027n-C130.0007n-C140.0014Total100.001.4遵循的規(guī)范、標準1 SY/T 0515-1997 油氣分離器規(guī)范 2 SY/T 0076-2008 天然氣脫水設(shè)計規(guī)范3 SY/T 0602-2005 甘醇型天然氣脫水設(shè)計規(guī)范 4 SY/T0010-1996 氣田集氣工程設(shè)計規(guī)范5 SH 3098-2000 石油化工塔器設(shè)計規(guī)范6 JBT 4737-1995 橢圓形封頭7 SY 0031-2004石油工業(yè)用加熱爐安全規(guī)程8 SY/T 0003-2003 石油天然氣工程制圖標準 9 GB 151-1999 管殼式換熱器 5 JBT 4710-2005

18、 鋼制壓力容器13 GBT 9019-2001 壓力容器公稱直徑14 GB150.2-2010 固定式壓力容器15 GB50011-2010 建筑物抗震設(shè)計 16 SY/T 0504-2006 石油工業(yè)用加熱爐型式與基本參數(shù) 2吸收塔設(shè)計2.1吸收塔選型 根據(jù)本課題采用的脫水劑為三甘醇,根據(jù)SY/T0076?2008中5.3.2要求,吸收塔選擇板式塔。板式塔之間的比較式一個十分復(fù)雜的問題,要考慮的問題很多,而且每一種方法都存在一些不足的地方,綜合考慮各方面因素后,對板式塔的評價具體可以從以下幾個方面比較: 生產(chǎn)能力; 塔板效率; 操作彈性; 氣體通過塔盤的壓力降; 造價; 操作是否方便。 表2

19、-1各種塔盤比較塔盤形式蒸氣量液量效率操作彈性壓力降價格可靠性泡罩良優(yōu)良超差良優(yōu)篩板塔優(yōu)優(yōu)優(yōu)良優(yōu)超良浮閥優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)良優(yōu)優(yōu)穿流式優(yōu)超差差優(yōu)超可表2-2各種板式塔的優(yōu)缺點及用途塔盤形式結(jié)構(gòu)優(yōu)點缺點用途泡罩型圓形泡罩復(fù)雜1彈性好;2無泄漏1費用高;2板間距大;3壓力降比較多適用于特定要求的場合S型泡罩稍簡單簡化了泡罩的形式,因此性能相似1費用高;2板間距大;3壓力降比較多適用于特定要求的場合浮閥型多條浮閥簡單1操作彈性好;2塔板效率高;3處理能力較沒有特別的缺點適用于加壓及常壓下的氣液傳質(zhì)過程重盤式浮閥有簡單和稍復(fù)雜的續(xù)表T形浮閥簡單大篩板(溢流式)簡單1正常負荷下的效率好;2費用最低;3壓力降小1穩(wěn)

20、定操作范圍窄;2要么擴大孔徑,否則易堵物料;3容易發(fā)生液體泄漏適用于處理量變動較少且不析出固體物的系統(tǒng)波紋篩板簡單1比篩板塔壓力降稍高,但是具有同樣的優(yōu)點;2氣液分不好柵板簡單1處理能力大;2壓力降小;3費用便宜1塔板效率地;2彈性較小;3處理量少時,效率劇烈下降適用于粗蒸餾 通過以上表2-1和表2-2個表的比較,結(jié)合課題要求,根據(jù)SY/T0076?2008中的5.3.2要求,綜合考慮各方面的因素后,筆者決定本課題中選擇吸收塔的塔板為圓形泡罩型塔板。2.2吸收塔工藝計算 2.2.1進塔貧甘醇濃度的確定 干天然氣的平均分子質(zhì)量按2-1式計算:2-1式中M?天然氣的相對分之子質(zhì)量; yi?組分i的

21、摩爾分數(shù); Mi?組分i的相對分之子質(zhì)量。 根據(jù)表1-3中的數(shù)據(jù)及各組分相對分子質(zhì)量;由公式2-1, 2-2 由公式2-2,相對密度,天然氣的擬臨界壓力和溫度按下式計算; 2-3 2-4式中Ppc?天然氣擬臨界壓力,Mpa; Tpc?天然氣擬臨界溫度,K; S?天然氣相對密度。 根據(jù)公式2-3,2-4計算得出:、2-5 2-6式中Ppr?天然氣擬對比壓力,Mpa; Tpr?天然氣擬對比溫度,K。 根據(jù)三甘醇脫水系統(tǒng)操作溫度推薦值為27381,由于原料氣的溫度為40,在進入吸收塔之前要進行了節(jié)流降壓,選取進入吸收塔的原料氣溫度為27,27對應(yīng)的壓力為9.1Mpa,經(jīng)計算、,查圖2-1得到壓縮因子

22、2-7式中?天然氣在任意壓力、溫度下的密度,kg/m3; p?天然氣的絕對壓力,kPa; Z?天然氣壓縮因子 T?天然氣的絕對溫度,K。 由公式2-7代入數(shù)據(jù)計算可得到在T27、P9.1Mpa時,kg/m3。 假設(shè)產(chǎn)品氣的露點要求為-5。由于離開吸收塔的氣體的實際露點一般比平衡露點高5.58.3,所以本課題中選擇要到達的露點為-14。查圖2-2后可知要達到此要求需要的進塔貧TEG的濃度至少應(yīng)為98%。1 2.2.2脫水量及貧三甘醇用量的確定 TEG脫水系統(tǒng)單位時間內(nèi)的脫水量計算2 2-8式中G?脫出的水量,kg/h; V?進入吸收塔天然氣的量,m3/h; y?進入吸收塔的天然氣含水量,g/m3

23、; y?離開吸收塔的天然氣含水量,g/m3。 貧甘醇用量計算 2-9式中a?吸收天然氣中1kg水量所需的貧TEG的量,一般a取0.0250.06m3; V?進入吸收塔天TEG的量,m3/h; 根據(jù)課題給出的條件經(jīng)查圖2-3后可知在27、9.1Mpa濕天然氣中的飽和含水量0.60g/m3,在-14、9.1Mpa(忽略塔內(nèi)壓降)產(chǎn)品氣中的飽和含水量為0.035g/m3。按日處理量的最大值2200104m3/d、取a0.055,根據(jù)公式2-8、2-9計算得到: 、。 圖2-1天然氣壓縮因子圖版圖2-2吸收塔操作溫度、進料貧TEG濃度和流出的干天然氣平衡水露點的關(guān)系圖2-3天然氣水露點 2.2.3吸收

24、塔塔板數(shù)的確定 利用標準的Kremser-Brown吸收因子法2,由相平衡關(guān)系,通過逐板做物料衡算導出如下Kremser-Brown方程:2-10式中WN+1?進入吸收塔濕天然氣中含水汽的量,kg/Mm3; W1?離開吸收塔干天然氣中含水汽的量,kg/Mm3; W0?當離開干氣與進塔貧TEG溶液處于平衡時,干氣中含水汽的量,kg/Mm3; N?吸收塔理論塔板數(shù); A?吸收因子。 2-11式中L?TEG溶液循環(huán)量,mol/h; V?天然氣流量,mol/h; K?氣相中水汽與TEG溶液中液相水之間的平衡常數(shù)。 2-12式中y?氣相中水的摩爾分數(shù); x?與氣相平衡的TEG溶液中水的摩爾分數(shù)。 平衡常

25、數(shù)K與TEG溶液濃度有關(guān)。TEG貧液進塔后,由上至下流動,吸收了天然氣中的水汽,濃度不斷變化,因而K值沿吸收塔也是變化的。TEG-水-天然氣系統(tǒng)中的液相系為非理想液態(tài)體統(tǒng)。預(yù)測氣液間平衡關(guān)系要求使用活性系數(shù)。 2-13式中y0?與純相態(tài)水呈平衡狀態(tài)的含飽和水汽的氣體中,水汽的摩爾分數(shù),已知操作壓力和溫度,可由圖2-3查出; ?TEG溶液水的活性系數(shù),可由圖2-4查出。 圖2-4TEG-水溶液中水的活性系數(shù) 甘醇中水含量常用含水質(zhì)量百分數(shù)表示,計算中需要將其換算為摩爾分數(shù)濃度,其可按下列公式進行換算; 2-14式中W?天然氣中水汽含量,kg/Mm3; y?天然氣中水汽含量,水的摩爾分數(shù)。 2-1

26、5式中GW?TEG溶液中水的質(zhì)量百分數(shù); x?TEG溶液中水的摩爾分數(shù)。2-162-17式中W0?操作條件下與純相態(tài)水呈平衡狀態(tài)的飽和含量,kg/Mm3; x0?與出塔干氣平衡的TEG溶液中水的摩爾分數(shù)。 在TEG吸收塔實際的操作中,由于塔內(nèi)氣液兩相接觸時間有限,每塊塔板上都不會達到平衡狀態(tài)。所以實際需要的塔板數(shù)比理論塔板數(shù)要多,實際塔板數(shù)與理論塔板數(shù)之間的關(guān)系如下: 2-18 對于吸收塔,一般可取效率為25%40%。 根據(jù)公式2-10,由圖2-3查出在操作條件下入塔濕天然氣與出塔干天然氣的含水量分別為; WN+10.60g/m3600kg/Mm3 W10.035g/m335kg/Mm3。 根

27、據(jù)公式2-14,求W0,則有: 查圖2-4得到,當TGE濃度為98%時,水的活性系數(shù)r0.52,由于W0 WN+1,所以 將WN+1,W1,W0帶入2-10,可得到 即 2-19 根據(jù)公式2-17可得到; 可由全塔水的物料平衡求出,即 2-20 根據(jù)公式2-14,分別計算出yN+1,y1如下: 根據(jù)公式2-15,可算出xN如下: 由于前面單位時間的吸水量及TEG貧液的用量a0.06m3/kg,則單位體積TEG吸收的水量如下: 根據(jù)三甘醇脫水系統(tǒng)中的推薦溫度,進入吸收塔的貧三甘醇的溫度比原料氣高38,本設(shè)計中取高出8,由于原料氣為27,查閱相關(guān)資料后得到在35時,濃度為98%的TEG密度為114

28、0kg/m3,則可以算出吸收水后的富液的濃度如下: 由此可知GWN3.5%,則計算xN如下:xN0.2321 將yN+1,y1,x0,xN帶入公式2-20中可以得到: 根據(jù)公式2-11,將K,L/V帶入可得到: A11.72 根據(jù)公式2-19,計算理論塔板數(shù)如下: 若取每塊塔板效率為25%,根據(jù)公式2-17可得到:,考慮到操作彈性,取吸收塔塔板數(shù)為8塊。 2.2.4吸收塔塔徑的確定 由于本課題中給出的最大處理量2200104m3/d比較大,如果只用一個吸收塔,在計算后得出的吸收塔塔徑勢必會很大,這樣就會給生產(chǎn)廠家?guī)碇圃斓睦щy,產(chǎn)品很難達標,即使生產(chǎn)出了合格廠品,在安裝及運輸?shù)倪^程中也會遇到很

29、多困難,因此,經(jīng)多方面考慮后,筆者認為本課題中選擇10套相同的處理裝置是可行的,這樣每一套的負荷就變小了,相應(yīng)的塔徑也就減小,生產(chǎn)、安裝也就能達到要求。 TEG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: 2-21式中 D?TEG吸收塔直徑,m;G?氣相質(zhì)量流量,kg/h; l?吸收塔中液相密度,kg/m3; 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)。2-22式中 Q?基準狀態(tài)下被處理天然氣的體積流量,m3/d。2-23式中 Qn?標準狀態(tài)下的天然氣處理量m3/d;t?標準狀態(tài)下的溫度,t20。 將課

30、題給出的天然氣的最大處理量Qn及t帶入公式2-23得到每套脫水裝置的處理量為: 將Q及Mn帶入公式2-22得到: 在t35是,查得TEG密度l1140kg/m3,將前面已經(jīng)計算出來g帶入公式2-21中,取C550,板間距為700mm,得到: 由于此方法在計算過程中比較保守,因此,此計算結(jié)果要比實際的結(jié)果要大,經(jīng)整圓后,筆者決定吸收塔直徑D1400mm。 2.2.5塔盤形式的選擇 1)液流型式的選擇 正確設(shè)計溢流型塔盤的液流形式非常的重要,行程長有利于氣液兩相的接觸,但是會引起液面落差大和造成液流短路,影響板效率;然而噴射型塔盤利用氣相推動液流向前,液面落差很小。因此,應(yīng)根據(jù)氣液流量及塔盤特點,

31、選擇液流形式。本課題中選擇結(jié)構(gòu)簡單的單流型塔盤。3 2)圓泡罩的選型 塔板上設(shè)有若干圓形泡罩,泡罩上開有一定數(shù)量的齒縫,泡罩內(nèi)有升氣管,氣體由升氣管進入,經(jīng)環(huán)形截面及回轉(zhuǎn)通道由齒縫流出,與塔板上的液層進行氣液接觸,從而達到氣液傳質(zhì)的目的,由于甘醇吸收塔屬于腐蝕性環(huán)境,選擇泡罩材料為類(1Cr18Ni9Ti),根據(jù)工藝條件以及塔板效率選出的圓泡罩的規(guī)格如表下: 表2-3選出的圓泡罩參數(shù)與尺寸 (mm)名稱參數(shù)公稱直徑DN100泡罩外徑D1壁厚S11001.5升氣管外徑D2壁厚S2703總高度H1103升氣管高度H262泡罩高度H375泡罩頂端至齒縫高度H438齒縫高度H532齒縫寬度b15齒縫數(shù)

32、目n32齒縫節(jié)距f9.82升氣管孔徑d168升氣管凈面積F1,cm227.75回轉(zhuǎn)面積F2,cm243.21環(huán)形面積F3,cm235.39齒縫總面積F4,cm249.47F2/F11.55F3/F11.26泡罩質(zhì)量,kg0.86 2.2.6除沫器選擇與計算 1)除沫器的選擇 適宜的設(shè)計氣速是除沫器取得高效的因素。氣速太低時,霧滴成飄浮狀,沒有撞擊網(wǎng)絲,即會隨著氣流通過絲網(wǎng);氣速太高時,聚集的霧滴不易從絲網(wǎng)上降落,又被氣流重新帶走。根據(jù)SY/T0602-2005中規(guī)定,吸收塔內(nèi)的捕霧器應(yīng)能除去直徑大于5m的甘醇液滴,因此,筆者決定選用絲網(wǎng)除沫器。 2)設(shè)計氣速的選取 根據(jù)油氣集輸設(shè)計規(guī)范(GB5

33、0350-2005),通過絲網(wǎng)捕霧器的設(shè)計速度,一般取絲網(wǎng)最大允許速度的75%,氣體通過絲網(wǎng)最大允許速度可按下式計算絲網(wǎng)除沫器操作中的極限速度按(m/s)下式計算: 2-24式中L?液滴密度,kg/m3; G?進口氣體密度,kg/m3; K?氣液過濾網(wǎng)常數(shù),與網(wǎng)型有關(guān),本課題中選擇網(wǎng)型為HP,K0.233。 絲網(wǎng)除沫器的操作氣速2-25 將相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式2-24、2-35,取0.75,得到:uG0.68m/s 2)絲網(wǎng)除沫器直徑 絲網(wǎng)的使用面積取決于氣體的處理量,絲網(wǎng)為圓形時,處理氣體所需要的流道直徑D1按下式計算: 2-26式中Q?操作條件下的氣體處理量,經(jīng)計算后每個塔操作條件下的處理量

34、為0.334m3/s; 將相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式2-26中得到:D1800mm 3絲網(wǎng)層厚度的確定 絲網(wǎng)層的適宜厚度應(yīng)按工藝條件通過適應(yīng)確定,本課題中采用金屬網(wǎng)絲,金屬絲的直徑范圍為0.0760.4mm,選取網(wǎng)層厚度經(jīng)驗數(shù)值為150mm。 2.2.7吸收塔塔體強度計算 根據(jù)工藝要求由固定式壓力容器GB150.2-2010,塔壁和上、下封頭材料選用16MnR合金鋼4(s285Mpa,t170Mpa)。 1)塔壁厚度 塔壁厚度按下列公式計算: 2-27式中P?設(shè)計壓力,Mpa; Di?塔內(nèi)徑,mm; t?設(shè)計溫度下塔壁材料的許用應(yīng)力,Mpa; ?焊接接頭系數(shù),本題中取1; C2?腐蝕余量,本課題中塔壁

35、腐蝕余量取C23mm。 根據(jù)設(shè)計規(guī)范將本課題中給出的操作壓力取1.1倍后及相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式2-27中可以得到吸收塔塔壁的厚度為: 取塔壁厚度Sc46mm 2)封頭厚度 考慮到封頭與筒體采用雙面焊接的焊接方法進行焊接,根據(jù)力學有關(guān) 知識,為了不使應(yīng)力集中破壞設(shè)備,決定兩端封頭采用淺碟形封頭,根據(jù)相關(guān)知識,由于本課題采用的是標準橢圓形封頭,所以其封頭厚度按下列公式計算: 2-28式中P?設(shè)計壓力,Mpa; Di?塔內(nèi)徑,mm; t?設(shè)計溫度下塔壁材料的許用應(yīng)力,Mpa; ?焊接接頭系數(shù),本題中取1; C2?腐蝕余量,本課題中封頭腐蝕余量取C22mm; K?形狀系數(shù),本課題中采用標準封頭,K1。

36、根據(jù)設(shè)計規(guī)范將本課題中給沖出的操作壓力取1.1倍后及相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式2-28中可以得到吸收塔封頭的厚度為: 為了保證良好的性能,取封頭厚度與筒體的厚度一致為Sc46mm。 2.2.8吸收塔高度的確定 板式塔如圖2-5所示,其高度主要由主體高度Hz、塔頂部空間高度Ha、底部空間高度Hb、裙座高度Hs幾部分組成。 塔的主體高度Hz可根據(jù)塔板數(shù)及塔板間距算出,前面求得塔板數(shù)為8,塔板間距為700mm,塔的主體高度計算如下: 塔的頂部空間高度Ha由于要安裝除霧器,根據(jù)SY/T0076-2008中5.3.2. d捕霧器到氣體出口的間距不宜小于塔內(nèi)徑的0.35倍,頂層塔板到捕霧器的間距不應(yīng)小于塔板間距的

37、1.5倍?？紤]捕霧器的高度為150mm,由JB4737-95查得DN1400mm的封頭高度為350mm,直邊高50mm,頂部空間高度計算: 取塔頂部空間為Ha1300 塔的底部空間高度Hb主要是由甘醇循環(huán)液停留時間確定,本課題中選擇甘醇在其中停留時間為10min。根據(jù)每個塔甘醇的循環(huán)量可以計算得塔底部空間高度如下: 考慮各方面因素后,筆者決定Hb取554mm。 塔體常由裙座支撐,裙座的形式分為圓柱形和圓錐形兩種,本課題中選擇圓柱形裙座。裙座的高度是由塔底封頭切線至出料管中心線的高度L1和出料管中心線至基礎(chǔ)環(huán)的高度L2兩部分組成。L1的最小尺寸是由液體出口管的直徑確定的;L2則按工藝條件確定。本

38、課題中選擇裙座高Hs為1900mm,人孔開在裙座高1200mm處,其規(guī)格為500。 所以加上頂部封頭高度及厚度之后,塔的總高度為H如下: 圖2-5 板式塔的高度組成 2.2.9吸收塔強度校核 1吸收塔質(zhì)量的計算3 圓筒壁、封頭和裙座質(zhì)量計算: 附屬件質(zhì)量的計算: 塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量的計算: 物料質(zhì)量的計算: 水壓試驗質(zhì)量的計算: 塔的操作質(zhì)量的計算: 塔的最大質(zhì)量的計算: 塔器最小質(zhì)量的計算: 將塔沿高分成5段,裙座分為2段,筒體均勻分成3段,各段質(zhì)量如表2-4所示:段號12345m01+ma24471426489448944894m0200616.3616.3616.3m0300546.7546.

39、7546.7mw003692.63692.63692.6m024471426605760576057m244714269202.99202.99202.9mmin244714265017.35017.35017.3 表2-4kg圖2-6 吸收塔分段圖 2)塔器的基本基本自振周期計算 由于本課題中采用的是等直徑,等壁厚的吸收塔,其自振周期按下式進行計算: 2-29式中H?塔體高度,mm; m?塔設(shè)備的總質(zhì)量,kg; ?塔體的厚度,mm; Di?塔體內(nèi)徑,mm。 將前面計算出來的塔設(shè)備的總質(zhì)量m及塔體高度帶入公式2-29后計算得到,塔器的基本自振周期為: 3)地震載荷和地震彎矩計算 將吸收塔沿高度

40、分成5段,視每段高度之間的質(zhì)量為作用在該段高度1/2處得集中質(zhì)量,各段集中質(zhì)量對該截面引起的地震力地震彎矩列于下表2-5中: 表2-5塔段號12345mi,kg24471426605760576057hi,mm6001550310055007900hi1.50.0151060.0611060.171060.411060.70106mihi1.50.0371090.0871091.031092.481094.241097.847109mihi30.5310125.31012180.410121007.710122986.310124.181015A/B1khk1.5A/B0.02830.1149

41、0.32030.7721.318821F1K,N1141.32700.331973.777064.3131648.2mkhk1.4681062.21010618.77710633.31410647.850106103.619106續(xù)表Vmeq,kgFV0-0,NFvi,N238.94359.713056.205422.287788.21FVI-I16865.3416387.4616027.75 因為H/D6.515且H20,故不考慮高振型影響,三個截面如圖2-6所示。 a.0-0截面地震彎矩 b.I-I截面地震彎矩 c. -截面地震彎矩 4)風載荷和風彎矩計算 將吸收塔沿高度分成5段,計算結(jié)果

42、見表2-6 表2-6塔段號12345塔段長度,m01.21.21.91.94.34.36.76.79.1q0,N/m2300K11.2fi1.001.470.72i0.020.060.140.460.851.0211.0641.1481.4871.900li,mm1200700240024002400Dei,mm1486655.4398.41473.91909.22439.4 因為H/D6.515且H30,故不考慮橫風向風振。 a.0-0截面風彎矩 b.I-I截面風彎矩 c.-截面風彎矩 5)各計算截面的最大彎矩 a.截面0-0 取其中較大值 由于 故(地震彎矩控制) b.截面I-I 由于 故

43、(地震彎矩控制) c.截面- 由于 故(地震彎矩控制) 6)塔壁應(yīng)力校核 驗算塔殼-截面處操作時和壓力試驗時的強度和穩(wěn)定性,結(jié)果列于表2-8中。表2-7計算截面-計算截面以上塔的操作質(zhì)量kg17181塔殼有效厚度 mm43計算截面的橫截面積mm2189028計算截面的斷面系數(shù)mm36.616107續(xù)表最大彎矩 N?mm1.109109操作壓力引起的軸向應(yīng)力 Mpa77.3重力引起的軸向應(yīng)力 Mpa壓應(yīng)力0.96拉應(yīng)力0.82彎矩引起的軸向應(yīng)力Mpa16.8最大組合壓應(yīng)力Mpa17.76204最大組合拉應(yīng)力 Mpa93.14204計算截面的風彎矩 Mpa2.382107液壓試驗時,計算截面以上塔

44、的質(zhì)量 kg15541壓力引起的軸向應(yīng)力 Mpa1.63重力引起的軸向應(yīng)力Mpa0.806彎矩引起的軸向應(yīng)力 Mpa0.106周向應(yīng)力 Mpa4.54256.5液壓時最大組合壓應(yīng)力力 Mpa0.912204液壓時最大組合拉應(yīng) Mpa0.93256.5計算時,在壓應(yīng)力中取“+”,在拉應(yīng)力中取“-” 經(jīng)驗算,-截面實驗時的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力均小于操作溫度和壓力下材料的許應(yīng)力,截面強度符合要求。 7)裙座殼軸向應(yīng)力校核 a.截面0-0 裙座殼為圓柱形,查GB150-1998圖6-5得到B179Mpa 故, 又 所以 經(jīng)驗算,0-0截面的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力均小于操作溫度和壓力下材料的許應(yīng)力,截面強度符合要求。

45、 b.截面I-I 人孔lm120mm,bm500,m10mm,m0I-I19894kg 經(jīng)驗算,I-I截面的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力均小于操作溫度和壓力下材料的許應(yīng)力,截面強度符合要求。 8)基礎(chǔ)環(huán)厚度計算 基礎(chǔ)環(huán)外徑 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑 基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù)Zb和截面積Ab; 混凝土基礎(chǔ)環(huán)上的最大壓應(yīng)力: 取4.36Mpa 基礎(chǔ)環(huán)無肋板時的厚度(b140Mpa) 取。 9)地腳螺栓的計算 地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力B按下式計算: 取 地腳螺栓的螺紋小徑d1bt212Mpa為: 根據(jù)計算結(jié)果,選擇材料為40MnB的螺栓,其規(guī)格為M36,個數(shù)為32。 10裙座與塔殼連接焊縫驗算(對接焊縫) ; ; 且,驗算合格。2.3吸

46、收塔設(shè)計結(jié)果 經(jīng)以上的驗算,得出所設(shè)計的吸收塔各個參數(shù)均符合相關(guān)規(guī)范及行業(yè)的規(guī)定,現(xiàn)將設(shè)計的結(jié)果列于下表中表2-8吸收塔設(shè)計結(jié)果設(shè)備名稱 工藝參數(shù)吸收塔塔吸收塔臺數(shù)10臺進塔TEG貧液最低濃度98%每臺塔塔板數(shù)8塊吸收塔塔徑1400mm塔盤型式泡罩塔板,單流型泡罩規(guī)格表2-3續(xù)表塔盤型式泡罩塔板,單流型泡罩規(guī)格表2-3捕霧器直徑800mm捕霧器高度150mm塔體材料16MnR塔壁厚度46mm封頭厚度46mm塔體總高度9100mm3重沸器設(shè)計3.1重沸器選材 在進行重沸器設(shè)計時,重沸器各部件的材料,根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當然,最后還要

47、考慮材料的經(jīng)濟合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度,即從設(shè)備的強度和鋼來考慮,是比較容易達到的,但對材料的耐蝕性能,有時往往成為一個復(fù)雜的問題。如果在這方面考慮不周,選材不妥,不僅會影響重沸器的使用壽命,而且也大大提高重沸器的設(shè)計成本。至于材料的制造工藝性能,是與重沸器的具體結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。5 本次設(shè)計的AKT釜式重沸器6,綜合考慮上述情況,對重沸器的各部分材料選擇如下:殼體,管箱以及封頭選用低合金鋼16MnR。根據(jù)火管在重沸器中的用途及性能要求,選擇火管的材料為20R。法蘭和螺栓的材料選擇主要考慮到其要承受的載荷,根據(jù)GB150鋼制壓力容器的要求,選用16MnII和35GrMoA。3.2重沸器設(shè)計 3.2.1三甘醇的定性溫度 根據(jù)工藝流程,三甘醇富液換熱后進入重沸器,換熱后的溫度為136。又三甘醇的熱分解溫度為204,根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù),重沸器的溫度一般控制在188199,所以筆者決定重沸最高溫度為200。則三甘醇的定性溫度就可以按照下式計算: 3-1式中t0?三甘醇的定性溫度,; t1?三甘醇進入重沸器的溫度,; t2?三甘醇在重沸器內(nèi)達到的最高溫度,。 將t1