天然氣脫水工程設(shè)計

1、目錄1總論11.1項目名稱、建設(shè)單位、企業(yè)性質(zhì)11.2編制依據(jù)11.3項目背景和項目建設(shè)的必要性11.4設(shè)計范圍21.5編制原則21.6遵循的主要標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范31.7工藝路線31.8結(jié)論32基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及計算42.1原料氣和產(chǎn)品42.2建設(shè)規(guī)模62.3物料衡算102.4熱量衡算112.5設(shè)備計算132.6工藝流程213脫水裝置213.1脫水工藝方法選擇223.2流程簡述233.3主要工藝設(shè)備253.4消耗指標(biāo)254節(jié)能279.1裝置能耗279.2節(jié)能措施285環(huán)境保護(hù)3110.1建設(shè)地區(qū)的環(huán)境現(xiàn)狀3110.2主要污染源和污染物3210.3污染控制32第一部分1.總論1.1項目名稱、建設(shè)單位、企業(yè)性質(zhì)

2、項目名稱：珠海終端番禺凈化廠天然氣脫水項目建設(shè)單位：中海油有限公司企業(yè)性質(zhì)：國有企業(yè)1.2編制依據(jù)參考中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)天然氣脫水設(shè)計及規(guī)范、中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法、中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法實(shí)施條例、化工工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化工作管理辦法以及國家的有關(guān)規(guī)定?；すI(yè)科技發(fā)展規(guī)劃、計劃及化工生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃、計劃?；?biāo)準(zhǔn)規(guī)劃和化工標(biāo)準(zhǔn)體系表?？缒甓鹊挠媱?項目和調(diào)整后能夠轉(zhuǎn)入到本年度計劃的項目。上級機(jī)關(guān)及生產(chǎn)、科研、使用、夕卜 貿(mào)等部門和單位急需制定標(biāo)準(zhǔn)的項目。天然氣是目前最具有前途的新興能源。1.3項目背景和項目建設(shè)的必要性1.3.1項目背景中海油天然氣珠海項目是由中國海洋石油總公司投資開發(fā)

3、的項目，該項目主要開發(fā)南海東部的番禺30- 1和惠州21- 1兩個油氣田的天然氣資源，經(jīng)過海上平臺 預(yù)處理，通過海底長輸管道，輸送天然氣到珠海終端進(jìn)行再處理， 最后通過陸地 管網(wǎng)輸送到各用戶。該項目終端用地面積約 33萬平方米，主要用于接受海上來 氣和凝液，經(jīng)過段塞流捕集器、分子篩脫水、膨脹制冷、凝液分餾等一系列工藝 處理，從而獲得天然氣干氣、丙丁烷、液化氣、輕烴和穩(wěn)定凝析油產(chǎn)品。終端天 然氣處理能力為每年16億立方米，預(yù)計2005年年底建成投產(chǎn)。它的建成，將為 珠海、澳門、中山甚至整個珠江三角洲地區(qū)提供良好的工業(yè)和城市用氣。據(jù)中海油有限公司高級副總裁李寧介紹，中海油天然氣珠海項目是中海油在南

4、海 東部地區(qū)的第一個天然氣項目， 也是中海油實(shí)行沿海天然氣發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成 部分。珠江三角洲是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一， 多年來， 中海油一直在這一地 區(qū)努力尋找天然氣， 為這一地區(qū)提供清潔的能源， 今天中海油天然氣珠海項目的 簽訂， 標(biāo)志著中海油向這一地區(qū)提供清潔能源的項目正式啟動。 他表示， 中海油 今后將加大投資力度，與海洋石油 LNG項目一道為這一地區(qū)提供更清潔的能源。 他同時表示， 該項目將按照國際標(biāo)準(zhǔn)， 高質(zhì)量地精心管理， 把它建設(shè)成一個現(xiàn)代 化的、安全環(huán)保的、花園式的終端。1.3.2 項目建設(shè)的必要性 天然氣中含有大量的水蒸氣，天然氣脫水時防止水合物形成的根本措施。天 然氣脫水

5、尤其是天然氣集輸過程中的水蒸氣去除是天然氣集輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵。 天 然氣中含有的水蒸氣通常處于飽和狀態(tài)， 具體的含量由天然氣的壓力、 溫度、成 分等條件決定。 在一定的條件下， 這些水蒸氣的一部分可能會析出， 形成液態(tài)水。該項目為清潔能源生產(chǎn)，在國內(nèi)外同行業(yè)種屬于大型工程，工程符合國家產(chǎn) 業(yè)政策。 工程在可行性研究中， 對廠址選擇、 工藝技術(shù)等問題都進(jìn)行了充分的考 察和論證，征求了當(dāng)?shù)馗骷壱?guī)劃、環(huán)保、國土資料、文物等部分的意見，盡可能 避開環(huán)境敏感點(diǎn)， 并采取了一系列減輕環(huán)境影響及環(huán)境風(fēng)險、 保護(hù)生態(tài)和防止水 土流失的工程技術(shù)措施。1.4 設(shè)計范圍原料氣處理量為30.8 x 104m3/d 產(chǎn)品

6、氣產(chǎn)量為40 x 104m3/d1.5 編制原則認(rèn)真貫徹執(zhí)行國家有關(guān)于環(huán)境保護(hù)的相關(guān)政策， 遵守國家有關(guān)法規(guī)， 規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)。 天然氣的含水量以單位體積天然氣中所含的水汽量來表示的， 有時也用天然氣的 水露點(diǎn)來表示。 天然氣的水露點(diǎn)是指在一定壓力條件下， 天然氣與液態(tài)水平衡時 的溫度。一般要求天然氣水露點(diǎn)比輸氣管線可能達(dá)到的最低溫度還低 5-6 攝氏 度。往往還要求輸送溫度不超過 49oC，隊輸送壓力無嚴(yán)格要求。此外，還有以 下要求：操作管理方便、技術(shù)要求簡單，最大程度的實(shí)現(xiàn)自動化控制，管理、維 護(hù)簡單方便，易于長期使用。設(shè)備選型要綜合考慮性能，價格因素，設(shè)備要求高 效節(jié)能，噪音低， 運(yùn)行可靠，

7、 維護(hù)管理簡便。 無二次污染， 清潔及安全生產(chǎn)原則。1.6遵循的主要標(biāo)準(zhǔn)和范圍 石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范(GB50183-2004 爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范(GB50058-92 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297-1996及國家環(huán)境保護(hù)局環(huán)函199948號關(guān)于天然氣凈化廠脫硫尾氣排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)冋題的復(fù)函工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范(GBJ87-85©氣田天然氣凈化廠設(shè)計范圍(SY/T0011-96)©用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量(SY/T6143-2004)石油化工企業(yè)自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范(SY3005-1999)©石油天然氣工程初步設(shè)計內(nèi)容規(guī)

8、范第三部分：天然氣處理廠工程(SY/T0082.2-2000 )石油天然氣工程總圖設(shè)計范圍(SY/T0048-2000)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)天然氣脫水設(shè)計規(guī)范1.7工藝路線1.8結(jié)論在昨天然氣項目的時候，需要考慮到很多因素，也必須滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)原則。同 時這個項目也必須是可行的，有建設(shè)的必要性，并給出此項目的初步設(shè)計2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及計算2.1原料氣和產(chǎn)品原料氣（濕基）1）原料氣組成組成% (mol)CH497.812CH0.569GI40.111i-C 4H100.022n-CdHo0.032i-C 5H20.015n-C5Hi20.015n-C6Hi40.038NN0.976H20.

9、006Q+Ar0.015CO0.087HS0.000HO0.296合計100.00注：原料氣不含有有機(jī)酸2）原料氣處理量3）原料氣濕度4）原料氣壓力5）產(chǎn)品30.8 X 10血3036 oC2.052.25MPa (g)擬建天然氣脫水裝置產(chǎn)品氣為干凈化天然氣， 該產(chǎn)品氣質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn) 天然氣（GB17820-1999中二類氣的技術(shù)指標(biāo)。其有關(guān)參數(shù)如下：產(chǎn)品氣質(zhì)量40X 104m3/d產(chǎn)品氣溫度< 40 oC產(chǎn)品氣壓力1.92.1mpaHS 含量< 20mg/m總硫含量（以硫計）w 200mg/mCO含量< 3%水露點(diǎn)w -8 oC(在 2.1mpa 條件下)2.2 建設(shè)規(guī)模

10、結(jié)合該區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有凈化廠處理能力及應(yīng)急能力調(diào)配方案， 本工程天然氣總處 理規(guī)模確定為 308X 103m3/d, 年開工時間按 8000小時計。參數(shù)的確定： 進(jìn)塔的貧三甘醇濃度的確定 : 按式（ 1-1 ）求其平衡露點(diǎn)， 再按平衡露點(diǎn)由圖 1-1 確定貧三甘醇進(jìn)塔時的濃度。t e t r t1-1 ）te ：出塔吸收干氣的平衡露點(diǎn)，Ctr : 出塔吸收干氣的實(shí)際露點(diǎn)， Ct ： 偏差值，一般為 8 11 C ，此處取 9 Cte8 917 C取吸收塔操作溫度為31 C由此查得進(jìn)塔的貧三甘醇濃度為 98.9%三甘醇循環(huán)量的確定：這里選用30L/kg水，因為它可以滿足吸收塔對甘醇循環(huán)量的要求。吸收塔

11、塔板數(shù)的確定：選用泡罩塔，板效率為25%要求的露點(diǎn)降為：31（ 8）= 39 C在4.14 MPa （絕）下按1.5塊理論板（板效率為25%實(shí)際塔板數(shù)為6 塊）估計可獲得露點(diǎn)降為：由圖1 3,吸收溫度為38 C時的露點(diǎn)降為41 C，圖12,吸收溫度 為27 C時露點(diǎn)降為38 C，用內(nèi)插法近似求得吸收溫度為 31 C時的露點(diǎn) 降為39.1 C。吸收塔壓力每增加0.698 MPa，露點(diǎn)降增加0.5 C,圖1 3和圖1 4 吸收塔壓力為4.14 MPa （絕），該工程要求實(shí)際壓降為 2.1 MPa （絕），所 以可以求得在2.1 MPa （絕），吸收塔操作溫度為31 C時的露點(diǎn)降：（4 14-2 1

12、 ）露點(diǎn)降 39.1 0.5*（）37.6 C （小于 40 C）0.689同理在4.14 MPa （絕）下按2塊理論板（板效率為25%實(shí)際塔板數(shù)為 8塊）估計可獲得露點(diǎn)降為：由圖1 3,吸收溫度為38 C時的露點(diǎn)降為40 C，圖12,吸收溫度 為27 C時露點(diǎn)降為42.7 C ,用內(nèi)插法近似求得吸收溫度為31 C時的露點(diǎn) 降為39.7 C。（4 14-2 1 ）露點(diǎn)降 43.2 0.5* .一）41.7 C （大于 40 C）0.689所以實(shí)際塔板數(shù)選用7塊，可滿足干氣露點(diǎn)一8 C的要求。TEG:F1XW)TIi/r/99'9% («)TEG/ <.QQ上/卜/,/上

13、/ ,/ /h:/F1UjL/9(GTEG20304050U，戶£iw777A98 W(GTEG2035TEG耕羞，訓(xùn)"HQ(a)90曲NJ5ft*仍iO555045EG酉込歌川刃(b)3011 s 1眇9%(1G 丁鳳丿99$%(s)：TIL逹壯老TbGMS.L/kg H；()u燈<xyal-tss!FEG7011530TEG 律耳fLml/Lb Ha06CJ ECfffcM.Mkg H:0f 2030405012057(135TEGtl 環(huán)虬扭/Lb H2O8Lpar.msclul704035135血959035刃T57U65605SW1020 Xi 40505l

14、»7z3/7/廠1y0%（妙 施小TTEG-EG/7v5/3U99加 GTEG99 農(nóng)("TEG40lEG«tlgaL'lbH;UTEGBB.gal/UKjO(b)TEGL/kg H?l,勺61)90-7(!3599.U%(«)TKG98.5%(q)TEGx45-c;螢V宦皈蚯/99 c99.53 丁 %(GTE嘆/詁一 2。 3C1307EG ififl.eal/Lb HjO(c)Rf70川rEGm.Ral/LbHjO6152.3物料衡算2.3.1脫水量在原料氣溫度為31 C ,原料氣壓力取2.1 MPa ,干氣水露點(diǎn)在-8查圖天然氣含水量圖查

15、得可知：W=1.6 kg /103m3W =0.12 kg /103m3進(jìn)料氣含水量為1600g水/103m31600kg水/106m3干氣含水量為120g水/103m3120kg/106m3吸收塔的脫水量q w由式（12）求得:c(Wi Wo) q(1.6 0.12) 3084 Q QQ/ h/ ac w24241899 kg / h( 1 2)q w :吸收塔脫水量，kg/ h33Wi :進(jìn)料氣含水量，kg / 10 m33Wo ：干氣含水量，kg /10 m33q :進(jìn)料氣流量，10 m /d2.3.2甘醇循環(huán)量進(jìn)料氣帶入的水量為：30：'60020.53 kg水/h三甘醇循環(huán)量

16、按脫除進(jìn)料氣帶入的全部水量計算，此法雖然保守，但卻比較 安全。因此三甘醇循環(huán)流量為： 30 20.53615.91/h 0.62m3/ h貧甘醇濃度為98.9%（w），在吸收操作溫度31 C下的密度為1.2 kg/l因此其質(zhì)量循環(huán)流量為：615.9 1.2 739.08 kg/h2.3.3貧甘醇流量貧甘醇濃度為98.9%（ w），流量為739.08 kg / h因此貧甘醇中的三甘醇量為：739.08 0.989 730.95kg / h貧甘醇中的水量為：739.08 0.011 8.13kg/h2.3.4富甘醇流量富甘醇中的三甘醇量為：730.95kg/h富甘醇中的水量為：8.13kg/h 2

17、0.53kg/ h 28.66kg/h因此富甘醇流量為：730.95kg /h 28.66kg /h 759.61kg /h富甘醇濃度為：100730.95kg/ h _ _n/96.23%759.61kg/h2.4熱量衡算2.1.1重沸器重沸器通常為臥式容器，既可采用火管直接加熱也可以采用水蒸氣或熱油間接加熱。采用三甘醇脫水，重沸器火管傳熱表面熱流密度的正常范圍是18kw/m2 25kw/m2，最高不超過31 kw/m2，由于甘醇在高溫會分解變質(zhì)， 因此，重沸器溫度最高不能超過204C。根據(jù)脫水量由下式(2 1)估算：Qr 2171 274.88Lg(2 1)式中Qr :脫除1kg水所需的重

18、沸器熱負(fù)荷，kJ / kg水：Lg :甘醇循環(huán)量，L/kg水Qr 2171274.88 3010417.4kJ/kg 水重沸器熱負(fù)為：Qrt QR*qw 10417.4 18.99 197826.426kJ / h 54.95KW考慮10%勺設(shè)計裕量，故重沸器的熱負(fù)荷取 60KW重沸器火管傳熱表面的熱流密度取 20.5 kw/m2，故重沸器火管傳熱面積為：60/20.5 2.927m22.1.2貧/富甘醇換熱器貧/富甘醇進(jìn)口與出口溫度：貧甘醇進(jìn)口溫度199C,出口溫度為88C；富甘醇進(jìn)口溫度為29C,出口溫度為t貧甘醇熱負(fù)荷貧甘醇在平均溫度為143.5 C的比熱容為2.86 kJ/(kg k)

19、,貧甘醇熱負(fù)荷為：739.08 (199 88) 2.86 234628.34kJ / h計算富甘醇出口溫度假定富甘醇持股口溫度為142 C富甘醇(96.23%)在85.5 C時的比熱容為2.62 kJ / (kg k) 由熱量平衡確定富甘醇的出口溫度，經(jīng)迭代計算得：234628.34759.61 2.62 (t 29) t 146.89 0C2.1.3氣體/貧甘醇換熱器貧甘醇負(fù)荷貧甘醇進(jìn)口溫度為880C，出口溫度為380C貧甘醇在平均溫度為630C時的比熱容為2.34 kJ / (kg * k),貧甘醇負(fù)荷為：739.08 2.32 (88 38)85733.28kJ/h氣體溫降由于出吸收塔

20、的干氣質(zhì)量流量遠(yuǎn)大于貧甘醇質(zhì)量循環(huán)流量故干氣經(jīng)過氣體/貧甘醇換熱器后的降溫較小，其值可由熱量平衡來確定干氣摩爾流量為：30.8 104 273.15541.96kmol / h(273.15 15.6) 22.4 24干氣的摩爾熱容為35kJ /(kmol* k)，由熱量平衡確定干氣溫降t為:85733.28 541.9635 tt 4.520C2.5設(shè)備計算2.5.1吸收塔2.5.1.1 直徑三甘醇在操作條件下的密度為1200 kg/m3氣體在操作條件下的密度求?。河梢阎獥l件，根據(jù)公式求得天然氣分子量可視為：MyMi 16.32g/mol 查臨界常數(shù)和偏心因子表得：Tc 190.06k， F

21、C 4.6MPa因此Tr T /Tc (273.15k 31)/190.6 1.596， R P/ FC 2.1/ 4.6 0.46由Tr，Pr查圖得知壓縮因子Z 0.96PMZRT14.12kg/m32100 16.320.96*8.314 304.15板間距取0.45m,由式（1 3）計算吸收塔允許氣體流速:Ky。嚨（喘嚴(yán)。.50.335m/ s(1 3)Vc :允許空塔氣速，m/si :甘醇在操作條件下的密度,g :氣體在操作條件下的密度，K:經(jīng)驗常數(shù)，有板間距為450mm故取K為0.03660,2山 4o.ea.BEd時比氐辦兩參數(shù)普遍化壓縮因子圖（低壓段）Qvq g p。壬ToPi4

22、30.8 100.563 0.1013 (273.15 31)(273.15 15.6) 2.138810.79m /d30.1020m /s其中，相密度：rg16.320.56322.4吸收塔截面積:S 蟲 0.1020Vg0.33520.304m吸收塔直徑：D4 0.3043.140.623m，因此取內(nèi)徑為0.7m表1-1板間距與K值的關(guān)系板間距，mmK值4500.03665600.04576000.0488進(jìn)料氣在操作條件下的體積流量 qv:2.5.1.2泡罩塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及選用 a泡罩直徑由塔內(nèi)徑為0.7m,查表1 1可知泡罩塔的直徑為80mm表1 1泡罩塔直徑的選擇塔徑/m泡罩直徑

23、/mm1.0以下801.0 31003.0以上150b泡罩齒縫的形狀和尺寸泡罩齒縫選擇矩形，齒縫寬度范圍是3 15mm這里取4mm齒縫高度的 選擇查表1 2，由泡罩直徑80mm因此齒縫高度取25mm表12齒縫高度與泡罩直徑的關(guān)系泡罩直徑/mm齒縫高度/mm8020 3010025 3215035c升氣管直徑和高度由泡罩塔與升氣管之間的環(huán)形面積與升氣管面積之比為1.1 1.4，本工程取1.25，泡罩塔直徑為80mm由下式得：D2 d2A41.2 d 54mm-d24由 hb 0.325*( D2 d2)/d 21mmd所需最小泡罩?jǐn)?shù)允許最大空塔氣速：Umax 0.355m /s體積流速為：Vm

24、Umax S 0.355 D20.129m/s4最小齒縫面積由式(1 4)求得：0.5VmC(1 4)式子中rCs0.673 (2)1 rAs:每層塔板的最小齒縫面積，m2Vm :最大氣相負(fù)荷，m3 / sI :液相密度，kg/m3g :氣相密度，kg / m3h :泡罩齒縫高度，mr :泡罩齒縫上底寬/下底寬（矩形為1）0.50.05614.122As0.053 m1.68250.025（1200 14.12）最小泡罩?jǐn)?shù)：n A 0053 18個F40.003F4:單個泡罩的齒縫面積（每個泡罩有 30個齒縫）F40.025 0.004 30 0.003e泡罩排列及中心距塔板上的泡罩采用三角形

25、排列，液流方向與各排泡罩相垂直，以利于液 相均勻分布適宜的泡罩中心距t為其外徑的1.25 1.5倍，本文取1.4倍。中心距:t 1.4 80 112mm相鄰泡罩邊緣間的距離為：t D 112 80 32mm2.5.1.3板面布置溢流裝置計算塔徑D=0.7m可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤 安定區(qū)WS邊取 Ws Ws 50mm緣區(qū)寬度WC取 WC 65 mm堰長I取 lw =0.6D=0.6 X 0.4=0.42m溢流堰高度hw由 hw=hL how選用平直堰，堰上液層高度how，由弗蘭西斯公式計算1.0誥畤）231.21.1十_|» 100根據(jù)經(jīng)驗，取E=1則how2.84 ,

26、11000(0.24)0.0039m取板上清液高度hL 60mmhw=0.06-0.0039=0.0561m弓形降液管寬度Wd和截面積AfO-.OI 丄<3一斗<J _ E* O . 7 O _ N l> .1 . Ot. he彳噸。1242二 Af 0.058 0.385 0.022mWd0.124 0.7 0.00868m3600AfHTLh3600 °.°22 045 52.41s 5s0.68液體在降液管中停留時間即:故降液管設(shè)計合理降液管底隙的高度h。ho3600lwu 0取 u00.08m/ s0.683600 0.6 0.080.0039mh

27、w h00.0561 0.00390.0522 m 0.006m故降液管底隙高度設(shè)計合理選用凹形受液盤，深度hW 50mm2.5.1.4吸收塔高度吸收塔直徑：D=0.7m吸收塔內(nèi)塔板間距為：0.45m共7層塔板，高度為：4.05m進(jìn)口氣洗滌器高度（1D）為：0.7m貧甘醇進(jìn)口至捕霧器高度（1D）為：0.7m裙座取1.5m吸收塔總高度為：H=4.05+0.7+0.7+1.5=6.95m2.5.2精餾柱直徑直徑按式（3 1）來確定，即D 247.7（ 3 1）式中D:精餾柱直徑，mmD 247.7、一 0.616194.72mm填料高度精餾柱高取1.8m，內(nèi)填充25mnt勺陶瓷的InLalox填料

28、2.5.3甘醇泵三甘醇在操作條件下的密度為1200kg / m3將泵放在地面，對單位重量流體列伯努利方程,其中比=口2，略去Hf2，則該流量下的泵壓頭為:H=zR P。6.956(2.10.1013) 101200 9.81176.7m177m泵的有效功率為:Ne=Hqv g =358.49w 0.358kw177 739.08 1200 9.811200 36002.5.4閃蒸分離器尺寸可根據(jù)液體停留時間來確定，即qt60(32)V :閃蒸分離器中要求的沉積容積，m3qi ：甘醇溶液循環(huán)流量，m3/ht :停留時間，min。對兩相分離器停留時間為5 10min故閃蒸分離器中要求的沉積容積為：

29、V 勺 0.616 10 0.103m360 602.5.5氣體/貧甘醇換熱器天然氣與有機(jī)溶劑間的傳熱系數(shù)經(jīng)驗值為200w m 2 k 1，熱負(fù)荷考慮10%的裕量，即氣體/貧甘醇換熱器熱負(fù)荷為：85733.28 1.1 94306.61kJ/h 26.20kw其中，tt1 t252.41722 560Ctm_t1, 52.4122.56 CIn-Int27t1 T1 t252.410Ct2 T2 t!38 3170CAQKtm2620025.81m200 22.56Titil環(huán)吒甘削KTTP侶氣牛馬3S2.6三甘醇脫水工藝流程圖希伍哦桎一! 低圧暉主林甘需 製執(zhí)！53.脫水裝置3.1脫水工藝方

30、法選擇通常采用的脫水工藝方法有溶劑脫水法和固體干燥劑吸附法。溶劑吸收法具有設(shè)備投資和操作費(fèi)用較低的優(yōu)點(diǎn)，較適合大流量高壓天然氣的脫水，脫水吸收 劑應(yīng)該對天然氣中的水蒸氣有很強(qiáng)的親和能力，熱穩(wěn)定性好，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 容易再生，蒸氣壓低，對天然氣和液烴的溶解度低，起泡和乳化傾向小，對設(shè)備 無腐蝕，同時還應(yīng)價廉易得。常用的脫水吸收劑是甘醇類化合物， 尤其是三甘醇 因其露點(diǎn)降大，成本低和運(yùn)行可靠，在甘醇類化合物中經(jīng)濟(jì)性最好。因而廣為使 用。當(dāng)要求天然氣露點(diǎn)降至30-70 oC時，通常應(yīng)采用甘醇脫水。甘醇法脫水主 要用于天然氣露點(diǎn)符合管道輸送要求的場合， 一般建在集中處理廠（濕氣來自周 圍井和集氣站）

31、、輸氣首站或者天然氣脫硫脫碳裝置的下游。潮-1天轉(zhuǎn)先睨水方法ma節(jié)流隊鼻就能硼控劃橋乩SO適宜于艇瑚氣桶板便宜,BAm（1卜沉）適宜秘嶽側(cè)它劑護(hù)在牀艄水甜時水琵辭監(jiān)鏑騎4弒莊于踴-耐用甘A牌1黔翩要抽，甯購僧亍三甘醜u僅限于難天和需mt Mi ft(DEGi對OSMO.癥再會羸 騒浪度不斟95悅*翩訐三刪賦翥帶損失去ft ,咖(TEGi對水岸fifflSt,再生礙畑 縱?蕭氣S氐卿耿也恥牖 （25-58?）園表面S!不胃組ifSa,貼陸淞:73Z,不直處嘶如恤 RBWtJfl-鞍不輕蝕暮財鼠蜒辭，酚鞅于1M砸于頓酣3.2流程簡述水濕天然氣從采出至消費(fèi)的各個處理加工步驟中最常見的雜質(zhì)組分，且其含

32、量經(jīng)常達(dá)到飽和。冷凝水的局部積累將限制管道中天然氣的流率，降低輸氣量， 而且水的存在使輸氣過程增加了不必要的動力消耗；液相水與CO或H2S接觸后會產(chǎn)生具有腐蝕性的酸，HHS不僅導(dǎo)致常見的電化學(xué)腐蝕，它溶于水生成的HS還會促使陰極放氫加快，HS阻止原子氫結(jié)合為分子氫，從而造成大量原子態(tài)氫 積聚在鋼材表面，導(dǎo)致鋼材氫鼓泡、氫脆及硫化合物應(yīng)力腐蝕開裂（SSC；濕天然氣中經(jīng)常遇到的另一個麻煩問題是，其中所含水分和小分子氣體及其混合物可 在較高的壓力和溫度高于0 oC的條件下，形成一種外觀類似于冰的固體水合物。因此，天然氣一般都應(yīng)先經(jīng)脫水處理， 使之達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)后才能進(jìn)入輸氣干線。 我國強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)

33、規(guī)定： 在天然氣交接點(diǎn)的溫度和壓力條件下， 天然氣的水露 點(diǎn)應(yīng)該比最低環(huán)境溫度低5 oC。在CQ或HS存在的情況下，目前海洋工程設(shè)計 過程中認(rèn)為只有當(dāng)水露點(diǎn)比最低操作溫度低 10 oC時介質(zhì)不具有腐蝕性。甘醇類 化合物具有很強(qiáng)的吸濕性， 其水溶液冰點(diǎn)較低， 故廣泛應(yīng)用于天然氣脫水。 最初 應(yīng)用于工業(yè)的是二甘醇（DEG，上世紀(jì)50年代后主要采用三甘醇（TEG，其熱 穩(wěn)定性更好，容易再生，蒸氣壓也更低，且相同質(zhì)量濃度下TEG可達(dá)到更大的露 點(diǎn)降，而且TEG得毒性很微薄，沸點(diǎn)較高，常溫下基本不揮發(fā)，故使用時不會引 起呼吸中毒，與皮膚接觸也不會造成傷害。因此，TEG兌水方法是天然氣工業(yè)中 應(yīng)用最普遍的

34、方法。TEG兌水裝置主要包括兩部分：天然氣在壓力和常溫下脫水； 富TEG溶液在低壓和高溫下再生（提濃）。此圖所示流程包括了若干優(yōu)化操作方 面的考慮，如以氣體TEG換熱器調(diào)節(jié)吸收塔頂溫度，以分流（或全部）富液換熱 的方式控制進(jìn)入閃蒸罐的富液溫度，以干氣汽提提高貧TEG的濃度，以及設(shè)置多 種過濾器等。TEG富液由吸收塔底部流出，經(jīng)減壓后進(jìn)入重沸器上部的富液精餾 柱中的換熱盤管加熱后， 進(jìn)入閃蒸罐閃蒸， 閃蒸氣進(jìn)入燃料系統(tǒng)。 閃蒸后的富液 經(jīng)緩沖罐后與熱的貧TEG換熱，然后進(jìn)入富液精餾柱，與來自重沸器的蒸汽逆流 接觸而得到部分提濃。在重沸器內(nèi)，富液被加熱至約200 oC,除去其中絕大部分水分。隨后，

35、TEG容液經(jīng)貧液精餾柱進(jìn)入緩沖罐，與自下而上的氣提氣逆流接 觸而進(jìn)一步提濃。高溫TEG貧液在緩沖罐中與TEG富液換熱后。經(jīng)冷卻器冷卻， 再經(jīng)TEG循環(huán)泵升壓后返回吸收塔上部。3.3 主要工藝設(shè)備（ 1 ）原料氣分離器 進(jìn)入吸收塔的原料氣一般都含有固體和液體雜質(zhì)。實(shí)踐證明，即使吸收塔與 原料氣分離器位置非常近， 也應(yīng)該在二者之間安裝洗然滌器。 此洗滌器可以防止 新鮮水或鹽水、 液烴、化學(xué)劑或水合物抑制劑以及其他雜質(zhì)等大量和偶然進(jìn)入吸 收塔中。即使這些雜質(zhì)數(shù)量很少，也會給吸收和再生系統(tǒng)帶來很多問題： 溶于 甘醇溶液中的液烴可降低溶液的兌水能力， 并使吸收塔中甘醇溶液起泡。 不溶于 甘醇溶液的液烴也

36、會堵塞塔板，并使重沸器表面結(jié)焦；游離水增加了甘醇液循 環(huán)流率、重沸器熱負(fù)荷和燃料用量；O 3攜帶的鹽水（隨天然氣一起來自地層水） 中所含鹽類， 可使設(shè)備和管線產(chǎn)生腐蝕， 沉積在重沸器火管表面上還可使火管表 面局部過熱產(chǎn)生熱斑甚至燒穿；O4化學(xué)劑（例如緩沖劑、酸化壓裂液）可使甘醇 溶液起泡，并具有腐蝕性。如果沉積在重沸器火管表面上，也可使其局部過熱；固體雜質(zhì)（例如泥沙、鐵砂）可使溶液起泡，使閥門、泵受到侵蝕，并可堵塞 塔板或填料。（ 2）吸收塔濕天然氣氣流中含有較高的CO,不能使用碳鋼。推薦使用碳鋼內(nèi)襯 316L, 不銹鋼，依據(jù)工藝提供的計算模型依據(jù)， 確定內(nèi)襯的最高位置， 一般到 1/2 位置

37、， 接觸塔頂不需要內(nèi)襯，那里的干氣腐蝕性較弱。（ 3）天然氣 / 甘醇換熱器該換熱器一面是貧甘醇， 另一側(cè)是脫水氣， 兩種流體的腐蝕性都很弱。 因此， 碳鋼加3mm腐蝕性就滿足要求。（ 4）回流冷凝器和塔頂管線回流冷凝器和塔頂管線有水或甘醇水溶液冷凝， 因此腐蝕嚴(yán)重。 除水蒸氣外， 塔頂?shù)臍饬髦羞€含有CO,以及被蒸出的甘醇輕度降解產(chǎn)物。這些物質(zhì)溶解于冷 凝水中， 形成腐蝕性溶液。 需要耐腐蝕性金屬來控制腐蝕， 推薦使用奧氏體不銹 鋼316L。而304L和304L有過失敗的事例，不推薦采用304L材質(zhì)。雖然馬氏體 材質(zhì)同樣具有良好的抗CO腐蝕的性能，但由于馬氏體材質(zhì)的焊接性能較弱，不 推薦采用馬

38、氏體不銹鋼。（5）TEG精餾柱考慮到精餾柱中的溫度高于100 oC,此時有少量的水蒸氣和溶解的氣體，有 一定的腐蝕性，推薦不使用不銹鋼 316L。（6）TEGS生塔重沸器內(nèi)通常只有輕微的腐蝕性， 因為大部分水和溶解的氣體在閃蒸罐中北 蒸發(fā)。但是，如果有固體沉積，在重沸器底部和火管上會產(chǎn)生腐蝕，可采用增加 過濾設(shè)備的方法解決。推薦使用碳鋼材質(zhì) 3mm腐蝕裕量。（7）閃蒸罐預(yù)熱后的富甘醇將被閃蒸以去除溶解于 TEG溶液中烴類氣體、CQ和水。由 于閃蒸氣中含有游離的水和 CQ腐蝕就會發(fā)生，因此，推薦使用碳鋼內(nèi)襯 316L 不銹鋼。（8）過濾器固體過濾器和活性炭過濾器中的溫度比較高、CQ的摩爾分?jǐn)?shù)較大

39、及高含水量，腐蝕較嚴(yán)重。推薦使用碳鋼加不銹鋼 316L襯里或者全部316L。（9）貧/富甘醇換熱器在設(shè)計壽命年限較長時，為降低維護(hù)頻率，推薦使用不銹鋼316L，如果建造 施工允許的情況下，貧液端可以采用碳鋼材質(zhì)。（10）緩沖罐在該容器中不含有任何濕的腐蝕性介質(zhì)，甘醇緩沖罐內(nèi)為貧甘醇，因此可以 認(rèn)為是無腐蝕性的。因此，推薦使用碳鋼材質(zhì)加3mm腐蝕裕量。但考慮到建造調(diào) 試階段存在著大氣腐蝕，因此在投產(chǎn)前應(yīng)采取有效的措施來保證內(nèi)壁不受腐蝕， 如添加干燥劑或刷涂防銹油等。（11）輸送管線輸送富甘醇的管線，由于其降解產(chǎn)物如有機(jī)酸，會降低甘醇PH值，產(chǎn)生較強(qiáng)腐蝕環(huán)境，但對于從吸收塔到富液精餾柱換熱盤管的富

40、甘醇管線，其溫度相對較低，還沒達(dá)到降解溫度，所以其PH值在安全的范圍-這與實(shí)際檢測結(jié)果相吻合， 腐蝕性不強(qiáng)，推薦使用碳鋼材質(zhì)加3mm腐蝕裕量；輸送干氣和貧甘醇的管線使用 碳鋼加1.5腐蝕裕量即可。3.4消耗相關(guān)設(shè)備能耗圖標(biāo)1水消耗脫水裝置水消耗量表使用地點(diǎn)給水t/h備注循環(huán)水新鮮水P-1201( n )/A、B1連續(xù)2電消耗脫水裝置電消耗量表使用地點(diǎn)電壓設(shè)備臺數(shù)電機(jī)容量KW年工作時間h年用電量104KW.h備注操作備用操作備用8000P-1201/AB380114.04.03.20連續(xù)注：未計裝置照明用電及儀表用電3蒸汽消耗脫水裝置蒸汽消耗量表使用地點(diǎn)飽和蒸汽用量t/h產(chǎn)凝結(jié)水量t/h備注蒸

41、汽壓力0.04MPa凝結(jié)水0.04MPa壓力設(shè)備及管線伴熱、加熱0.050.05連續(xù)合計0.050.053.5三甘醇脫水的優(yōu)缺點(diǎn)甘醇法脫水與固體吸附法脫水時目前采用的兩種天然氣脫水方法。 對于甘醇 脫水來講，由于三甘醇水露點(diǎn)降大、成本低和運(yùn)行可靠，在各種甘醇化合物中其 經(jīng)濟(jì)效益最好，因而在國內(nèi)外廣為采用。三甘醇脫水的有點(diǎn)為：1）投資較低2）壓降較小，甘醇脫水的壓降為 3570kpa3）為連續(xù)操作，補(bǔ)充甘醇較容易4）甘醇富液再生時，脫除1kg水所需熱量較少5） 甘醇脫水裝置可將天然氣中水含量降低到0.008g/m3,如有貧液氣提柱，利用氣提再生，天然氣的水含量至少降到0.004g/m3.缺點(diǎn)：1

42、）天然氣的露點(diǎn)要求低于-32 oC時，需要采用氣提法進(jìn)行再生2 ）甘醇受污染或分解后具有腐蝕性4節(jié)能4.1裝置能耗在天然氣脫水生產(chǎn)過程中采取有效措施保護(hù)好三甘醇， 可以保證脫水裝置的 長期穩(wěn)定運(yùn)行，降低裝置故障機(jī)率，節(jié)約天然氣脫水的操作成本，通過現(xiàn)場的生 產(chǎn)情況提出了一些保護(hù)三甘醇的有效措施， 有利于延長三甘醇的使用壽命，降低 天然氣脫水操作成本。表3-2常用甘薛脫水劑的勒理性質(zhì)1一甘醇二甘醇r 一M甘醇1 ewjCH>CH2OHCiHOCOH分子式'ChiCH; (GH)i/iQI01、_十CHaOCHiCHiOH1CHjCHaOHQUOCHOH分子魚62,1106.1130

43、J£勺13-8 17-5J -瘵哉壓（25t）Pa16<13<1.33<133漁點(diǎn)（101占25區(qū)）Ci?73244 8285.53141密童（肌）竝腳10S51088L 10®1092密夏(25V)1110111311191120濟(jì)解度）rM鏑全瘠 'i全溶理論憩分解渡度165164.42QC.71237.8實(shí)區(qū)使用再生魁廈CW14,9-162176.7*196-1204.4-233'閃點(diǎn)C1L6124177204L檔度（25V）版52S.237 JJ44 £匚粘度wot）|4.686.99&77'10.2比盛容

44、（25C）kl/ (kg'K)2.432.3(12J8曹締（25V）NAn4.7'4.J匚54.5折亢撰ft （2%）1.301.珈1.4541.457t3-3工業(yè)甘醇躺頊目Z二薛r二甘酵三甘醉柑雑度端as. rI9WI023255215-300.(LD2tl芒盒夫含水量，滋確側(cè)0卻C.3U盤対汾.g/lOCmf1(j.io最她口-CJ槪5155U臭抹I申答無無無三甘醇脫水屬于溶劑吸收法脫水，在天然氣工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。這種 脫水系統(tǒng)包括分離器、吸收塔和三甘醇再生系統(tǒng)。存在的主要問題是：®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，

45、因此需要補(bǔ)充和凈化；三甘醇與空氣接觸會發(fā)生氧化反應(yīng)，生成有腐蝕性的有機(jī)酸。所以，三甘醇脫水的投資和運(yùn)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(jìn)。雖然性能比較好，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(biāo)準(zhǔn)與我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不同； 測量系統(tǒng)不適合我國的天然氣性質(zhì)等。4.2節(jié)能措施4.2.1三甘醇的損失途徑 天然氣的攜帶損失盡管三甘醇的蒸汽壓很低，但出塔的天然氣仍要帶走一定的甘醇，特別是在 吸收塔背壓波動范圍大、氣流速度過快或氣量不穩(wěn)定的情況下，甘醇的攜帶損失 更大。因此要保證吸收塔壓力在設(shè)定值很小的范圍內(nèi)波動，在加減氣量時要緩沖 慢操作，

46、升壓速度不能過快，另外吸收應(yīng)在設(shè)計處理范圍內(nèi)工作。 鹽污染、高溫降解損失天然氣中攜帶的鹽類會直接污染甘醇，而且在重沸器中，當(dāng)溫度升高，鹽在甘醇中的溶解下降。當(dāng)甘醇中鹽類含量達(dá)到 200300mg/l 時就開始在火管上沉 積，達(dá)到 600700mg/l 時，鹽的沉積速度加快， 在火管上逐漸形成鹽垢不但會加 速設(shè)備的腐蝕而且會引起局部的溫度升高導(dǎo)致甘醇降解， 通過精餾柱出來的蒸汽 有燒焦氣味或甘醇的顏色變深很快可以判斷火管上有鹽垢產(chǎn)生。 增強(qiáng)天然氣進(jìn)吸 收之前過濾分離器的過濾分離效果， 對分離器除塵設(shè)備及時排污、 清洗，及時更 換失效濾芯；甘醇機(jī)械過濾器、活性碳過濾器的壓差接近 100kpa 時立

47、即對濾芯 進(jìn)行清洗或更換；控制好重沸器的溫度，將甘醇的再生溫度控制在200oC 以內(nèi)，波動范圍在土 3oC內(nèi)。遇到臨時停車隊甘醇循環(huán)系統(tǒng)清洗，保持甘醇循環(huán)系統(tǒng)及 重沸器火管的干凈。 甘醇的氧化分解甘醇的 pH 值下降常伴有固體顆粒和焦質(zhì)烴類的沉積，形成一種黑色粘稠的 具有腐蝕作用的膠質(zhì)物質(zhì)， 降低甘醇品質(zhì)。 回收、加注過程中減少甘醇與空氣的 接觸，防止氧氣進(jìn)入甘醇系統(tǒng)。 停車后甘醇全部回收進(jìn)干凈的容器用天然氣或氮 氣覆蓋保護(hù)； 經(jīng)常檢查泵盤根的密封性， 防止氧氣隨泵柱塞進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。 維持 PH值在700715之間，pH值過低時加三乙醇胺調(diào)節(jié)。甘醇發(fā)泡 甘醇發(fā)泡會使甘醇和天然氣接觸不充分，降低

48、脫水效果，當(dāng)吸收塔盤上形成 穩(wěn)定的泡沫后， 干氣就會從吸收塔塔頂帶走一定的甘醇； 閃蒸罐內(nèi)形成大量的泡 沫后，甘醇會通過閃蒸管線進(jìn)入到灼燒爐燃燒掉。 引起甘醇發(fā)泡的物質(zhì)有液態(tài)烴、 氣田緩蝕劑、化排擠、鹽類、細(xì)粒分散固體。另外在調(diào)節(jié)甘醇PH值時加入的三乙醇胺過快或量過大也會引起甘醇的發(fā)泡。4.1.2. 目前所采取的改進(jìn)措施 改進(jìn)設(shè)備改進(jìn)天然氣進(jìn)脫水裝置前過濾 -分離設(shè)備，提高其濾芯的過濾級別和捕霧網(wǎng) 的搜集能力。吸收塔前端使用的過濾 -分離器能夠有效的除去天然氣中鹽類物質(zhì)、 烴類物質(zhì)，目前過濾-分離器使用的濾芯（5ym級）為經(jīng)過特殊處理不被水分濕 潤的纖維， 從講治站過濾分離器的檢測結(jié)果來看，

49、除塵效果一般。 需要注意的是 裝芯時要保證濾芯兩端的絕對密封，不能形成短路，在生產(chǎn)過程中要加強(qiáng)排污， 而且生產(chǎn)過程中要監(jiān)控過濾和分離段兩端的壓差， 壓差超過允許值或變化很快時 要對其除塵效果進(jìn)行檢測，濾芯失效后要及時清洗或更換。 提高甘醇過濾系統(tǒng)的過濾效果從巴營站 2002 年的檢修中看出活性碳的過濾效果不好，重沸器、緩沖罐內(nèi) 沉積著較多的油泥物質(zhì)及碳黑等焦質(zhì)物質(zhì)， 由于活性碳濾芯從出廠到使用經(jīng)過多 次搬運(yùn)、中轉(zhuǎn)， 活性碳由于劇烈振動引起碳粒破碎、 填充不好從而影響過濾效果 或細(xì)粒碳粉被帶入甘醇反而污染甘醇。 因此要用更好的活性碳濾芯有效地過濾腐 蝕產(chǎn)物、甘醇降解產(chǎn)物及烴類物質(zhì)。 改變富液的換

50、熱次序改變出塔富液的換熱次序， 保證重沸器蒸出的水蒸汽有效的排入灼燒爐及進(jìn) 入閃蒸罐的富液有適合的工作溫度。國家裝置及引進(jìn)PROP裝置的甘醇富液從吸 收塔出來直接進(jìn)入精餾塔頂部盤管換熱， 由于富液溫度較低且重沸器蒸發(fā)出來的 水汽為常壓，溫度稍高于100oC,因此換熱后水蒸氣溫度降低，部分冷凝后落入 重沸器加重其工作負(fù)荷， 尤其在冬季， 而且富液得到的升溫幅度也很小， 使得后 端的閃蒸效果不理想，因此除富液可先進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行第一次換熱，進(jìn)過閃蒸、 過濾后進(jìn)入精餾塔頂部換熱， 最后再進(jìn)入緩沖罐進(jìn)行最后一次換熱， 可有效解決 換熱不足的問題。®重沸器、緩沖罐底部加開取樣排污口，并加控制閥

51、檢修中看到重沸器的底部均有一層濃稠、顏色很深的物質(zhì)，這些污物在生產(chǎn) 中試無法排出的， 而且沉積物主要是變質(zhì)甘醇、 為被過濾掉的雜質(zhì)及高溫下甘醇 攜帶成分通甘醇反應(yīng)的產(chǎn)物等極易對新加甘醇產(chǎn)生污染的贓物， 在重沸器底部開 口加一閥門，可以在生產(chǎn)過程中對沉積物進(jìn)行取樣分析， 以便取相應(yīng)的應(yīng)對措施， 而且在遇到臨時停車時， 可通過該口排除沉積污物； 在清洗過程中還可通過此處 排除的水檢查清洗的效果。整改甘醇冷卻系統(tǒng)，降低甘醇的如泵，入塔的溫度 如果甘醇進(jìn)泵溫度太高，則甘醇的入塔溫度無法保證，因此不能有效散熱裝 置全部改為水冷式散熱裝置（目前大部分脫水裝置的散熱系統(tǒng)已改成水冷式） ， 既有助于調(diào)節(jié)甘醇的入塔溫度，又能對泵起到保護(hù)作用（泵的最佳工作溫度是65oC左右）。貧甘醇的入塔溫度對天然氣的露點(diǎn)降有很大的影響，應(yīng)保持最佳溫 度以達(dá)到最佳脫水效果， 但應(yīng)高于天然氣的露點(diǎn)降有很大的影響， 應(yīng)保持最佳溫 度以達(dá)到最佳脫水效果，但應(yīng)高于天然氣的入口溫度 5oC,以防烴類在塔內(nèi)冷凝 引起甘醇發(fā)泡， 貧甘醇溫度太高造成甘醇損失增大和脫水不深。 在夏季由于天然 氣入塔溫度較高，甘醇的脫水負(fù)荷較重，更應(yīng)控