天然气三甘醇脱水工艺设计——吸收塔及重沸器设计、泵的选型毕业论文doc

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  天然气三甘醇脱水工艺设计——吸收塔及重沸器设计、泵的选型毕业论文 毕业设计(论文) 目天然气三甘醇脱水工艺设计?吸收塔及重沸器设计、泵的选型 2011 天然气中的水对于天然气的输送和使用都是有害的,因此,在经济条件允许的情况下,尽可能的脱去天然气中的水,不论对于天然气输送还是用都非常 的有必要。天然气中的水通常以气态和液态两种形式存在,在少数情况下也会呈 固态。 天然气净化的一个重要环节就是脱除液态水和气态水,从而防止固态水 在输送过程中的产生。液态水只一定要通过简单的气液分离就能将其与天然气分离 开,气态水用这种方法则不能被脱除。脱除天然气中气态水的方法目前主要有吸 收法、吸附法、冷凝法以及超音速法,这一篇文章应用的是吸收法脱水中的三甘 醇脱水。文章依据三甘醇脱水的原理,依据三甘醇脱水工艺流程,结合已知的天然 气日处理量和其它相关物理化学参数,经过严密理论计算、严格执行行业现行相 关规范,设计出了吸收塔、重沸器,并根据工艺技术要求选择出了甘醇循环泵。 关键词:三甘醇脱水 吸收塔 甘醇循环泵ABSTRACT naturalgas harmful,therefore, economicconditions allow possibleremove naturegas gastransmission Naturalgas usually liquidform existence, fewinstances solid.One importantprocess natural gas purification removingliquid water gaswater, thus preventing solid water produced during pneumatic conveying. Liquid water only through simple gas-liquid separation can separate naturalgas, gaswater using methodcannot methodsremovals watervapor naturegas have absorption, adhesion, condensation applicationabsorption method TEGdehydration. Article based TEGdehydration, classicTEG dehydration process, combineddaily processing capacity otherrelevant Physical Chemistry parameters knownnatural gas, after rigoroustheoretical calculation strictimplementation currentindustry-related standards, designed absorptiontower, rebuilder, according processrequirements Selected TEGcirculation pump. Keywords: TEG dehydration; absorption tower; reboiler; TEG circulation pump ABSTRACTII 1.1本课题的目的 1.2天然气三甘醇脱水国内外现状 1.3设计参数 1.4遵循的规范、标准 2.1吸收塔选型 2.2吸收塔工艺计算 2.3吸收塔设计结果 24 重沸器设计26 3.1 重沸器选材 26 3.2 重沸器设计 26 3.3 重沸器设计结果 29 三甘醇泵的选型30 4.1 影响选泵的因素 30 4.2 选泵结果 30 32参考文献 33 1.1本课题的目的 在学习完本科油气储运工程专业课程之后,我对油气储运工程专业以后 要从事的工作得以窥见一斑,也对油气储运工程有了一定的认识。油气储运工程 研究方向众多,本课题要研究的只是天然气净化中的脱水环节。目前天然气的脱 水方法主要有冷凝法、吸收法、吸附法以及超音速法。本课题采用的是使用较为 广泛的三甘醇吸收法脱水。天然气三甘醇脱水的主要设备有吸收部分的过滤分离 器、吸收塔,再生部分的闪蒸分离器、三甘醇过滤器、甘醇换热器、精馏柱、再 生塔、重沸器以及甘醇循环泵。 为了对天然气三甘醇脱水有一个更加系统、全面的了解,综合利用所学知 识进行2000104 m3/d 天然气三甘醇脱水装置工艺设计。通过学习和训练,能入 理解三甘醇脱水的基本理论和技术,掌握三甘醇脱水的设计思路及方法,而本课 题的最大的目的是通过对天然气三甘醇脱水系统吸收塔、重沸器的设计以及泵的选 型使自己对天然气三甘醇脱水系统有更进一步的认识,对吸收塔、重沸器及泵的 工作原理、尺寸结构、运行工况有一定的掌握,可以依据三甘醇脱水系统的工况 简单分析一些在系统运行中常见的问题,并给出相应的解决方案。 1.2 天然气三甘醇脱水国内外现状 1.2.1 三甘醇脱水系统 三甘醇作为脱水剂其优点缺点对比如表1-1 所示; 表1-1 三甘醇作为脱水剂其优点缺点对比 优点 缺点 具有DEG 的优点,理论热分解温度较DEG 获得露点降较大,蒸汽压较DEG 低,蒸发损失小,投资及操作费用较 DEG 投资及操作费用较CaCl2 水溶液法高,当有液烃存在时,再生过 程易起泡,有事需要加入消泡剂。 三甘醇脱水系统在天然气工业中得到了广泛的应用。但还是存在着一些 问题:系统很复杂;三甘醇溶液再生过程的能耗比较大;三甘醇溶液会损失和被 污染,因此就需要补充和净化;三甘醇与空气接触会发生氧化反应,生成有腐蚀性的 有机酸。所以, 三甘醇脱水的投资和运行成本比较高。 目前国内的橇装三甘醇脱水系统多从国外引进。虽然性能很好,但是也存 在很多问题。如一次性投资比较大;各种零配件和消耗品不易购买,且价格昂贵; 计量标准与我国现行标准不同;测量系统不适合我国的天然气性质等。例如四川 大天池天然气输送干线引进的橇装三甘醇脱水系统,1999 月25日至7 月27 日试运行过程中,日平均三甘醇消耗量为 1119 kg,而且随着装置运行时间延长, 三甘醇消耗逐渐增加。由于使用的三甘醇需要进口,价格较高,因此三甘醇消耗量 成为影响生产所带来的成本的主要的因素。 1.2.2 吸收塔 吸收塔是三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露器3 部分所组成。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。前者一般会用泡罩帽塔板,在确定 了进料气所要求的露点降、吸收塔的温度和压力等参数后,可根据贫三甘醇浓度、 三甘醇循环量和露点降之间的关系,来选择正真适合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 块实际塔板数才能有良好的脱水效果,一般都会采用4~12 块。填料塔主要是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。 在国外塔的发展趋势主要是:“要求在提高解决能力和筒化结构”的前提 下,保持一定的弹性操作和适当的压力降,并尽量提高塔盘的效率。至于新型材料 的研究,则希望找到有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。 目前,我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形塔等,填 料种类除拉西环、鲍尔环外,阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规整填料也 常采用。近年来,参考国外塔设备技术的发展动向,加强了对筛板塔的研制工作, 提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新塔型。对多降液管塔盘、导向筛板、网孔塔盘等, 也都作了较多的研究,并推广应用来生产。其它多种塔形和金属鞍环填料的流体 力学性能、传质性能和几何结构等方面的试验工作,也在进行,有些已取得了一定 的成果或用于生产。 1.2.3 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。 按照水力学特性,精馏柱的重沸器通常能分为一下两类: 池式沸腾设备,如釜式重沸器和内置式重沸器; 高速一次通过式和循环式设备,如热虹吸式重沸器和泵强制输送式重 在三甘醇脱水系统中重沸器通常为卧式容器,采用釜式结构,一般都会采用火管直接加热、水蒸气或热油间接加热、电加热以及废气加热等4 种加热形式。当 采用火管直接加热方法时,要注意将重沸器安装在平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150mm。 1.2.4 甘醇循环泵 由于天然气系统压力高、三甘醇再生温度高等原因,在三甘醇脱水系统中 泵甘醇循环泵的泄漏较为普遍,这无疑就会增加三甘醇损耗量。CQ 系列磁力离心 KIMRAY三甘醇泵都可以有明显效果地地解决泄漏问题,KIMRAY 三甘醇泵还能节能减 CQ系列磁力离心泵泵体逐渐是由主动和从动永磁钢组成的磁性联轴器, 外磁钢和电动机相连为主动件,内磁钢和叶轮相连为被动件,当电动机启动后,通 过磁力耦合驱动叶轮同步工作。泵的结构要点以静密封取代动密封,使泵的过流 部件完全处于密封状态,来保证介质与外界的隔绝,完全解决了机械密封不能 解决的跑、冒、滴、漏等弊端。 KIMRAY 三甘醇泵也称甘醇能量转换泵,利用吸收塔出来的高压富甘醇与 来自再生装置的低压贫甘醇进行能量交换,将高压富甘醇变为低压富甘醇离开循 环泵,而低压贫甘醇变为高压贫甘醇进入吸收塔。 三甘醇脱水系统的KIMRAY 泵具有以下优点: 不需额外的动力,节能环保,符合当前创建资源节约型社会和创建环境 友好型社会的时代主题。 泵吸入和排出的三甘醇流量一致,因此脱水塔不需要液位显示和控制 装置,使脱水装置的投运和日常操作、维护变得十分便利,提高了脱水装置的可靠 泵壳体上没有动密封,有很大效果预防了三甘醇泄漏。1.3 设计参数 原料气条件: 温度 40 ;压力 9.5MPa;流量 2000104 m3/d(正常)、2200104 m3/d(最大)。 原料气组成如表1-2 所示(mol%)(干基): 表1-2 原料天然气组分 组分 mol% N2 0.5815 CO2 0.6911 He 0.0069 Methane 98.0730 Ethane 0.5314