【正文】 新疆工程學(xué)院設(shè)計2013 屆 題 目 天然氣脫水工藝設(shè)計 專 業(yè) 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 2010231211 小組成員 指導(dǎo)教師 完成日期 2013年4月7日 新疆工程學(xué)院教務(wù)處印制新疆工程學(xué)院畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 任 務(wù) 書班級 10—5（3）班 專業(yè) 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 姓名 董 翔 日期 論文（設(shè)計）題目： 天然氣脫水工藝設(shè)計 論文（設(shè)計）要求：（1）學(xué)生應(yīng)在教師指導(dǎo)下按時完成所規(guī)定的內(nèi)容和工作量，最好是獨立完成。（2）選題有一定的理論意義與實踐價值，必須與所學(xué)專業(yè)相關(guān)。（3）主題明確，思路清晰。（4）文獻工作扎實，能夠較為全面地反映論文研究領(lǐng)域內(nèi)的成果及其最新進展。（5）格式規(guī)范，嚴格按系部制定的論文格式模板調(diào)整格式。（6）所有學(xué)生必須在 月 日之前交論文初稿。論文（設(shè)計）日期：任務(wù)下達日期 完成日期 指導(dǎo)教師簽字： 管述哲 新疆工程學(xué)院畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）成 績 評 定 報 告序號評分指標具 體 要 求分數(shù)范圍得 分1學(xué)習(xí)態(tài)度努力學(xué)習(xí)，遵守紀律，作風(fēng)嚴謹務(wù)實，按期完成規(guī)定的任務(wù)。0—10分2能力與質(zhì)量調(diào)研論證能獨立查閱文獻資料及從事其它形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務(wù)并提出實施方案，有分析整理各類信息并從中獲取新知識的能力。0—15分綜合能力論文能運用所學(xué)知識和技能，有一定見解和實用價值。0—25分論文（設(shè)計）質(zhì)量論證、分析邏輯清晰、正確合理，0—20分3工作量內(nèi)容充實，工作飽滿，符合規(guī)定字數(shù)要求。繪圖(表)符合要求。0— 15分4撰寫質(zhì)量結(jié)構(gòu)嚴謹，文字通順，用語符合技術(shù)規(guī)范，圖表清楚，字跡工整，書寫格式規(guī)范， 0— 15分合計0—100分評語：成 績：評閱人（簽名）： 日 期： 畢業(yè)論文答辯及綜合成績答 辯 情 況自 述 情 況清 晰、完 整流 利簡 練清 晰完 整完 整熟 悉內(nèi) 容基 本完 整熟 悉內(nèi) 容不 熟悉 內(nèi)容提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答答辯小組評語及建議成績：答辯委員會綜合成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日600萬立方米/年天然氣脫水工藝設(shè)計2010231211 董翔(新疆工程學(xué)院, 烏魯木齊 830091)摘要：剛從井里采出來的天然氣里充滿了飽和水蒸氣。水蒸汽可能是天然氣中最令人討厭的雜質(zhì)。天然氣被壓縮或冷卻時，水蒸汽會轉(zhuǎn)變成液態(tài)或固態(tài)。液態(tài)水會加速設(shè)備的腐蝕，降低輸氣效率；而固態(tài)的冰則會堵塞閥門、管件甚至輸氣管線。為避免出現(xiàn)這些問題，在天然氣進入輸氣管網(wǎng)之前，必須除掉其中的部份水蒸氣。天然氣工業(yè)常用的脫水方法有膨脹冷卻法、加壓冷卻法、固體吸附劑吸附法、溶劑吸收法等。目前世界上天然氣脫水應(yīng)用最多的方法是溶劑吸收法中的甘醇法, 此次設(shè)計采用三甘醇脫水。濕氣通過入口分離器，除去液態(tài)烴和固態(tài)雜質(zhì)后，進入吸收塔底部。 在吸收塔內(nèi)向上通過充滿甘醇的填料段或一系列泡帽或閥盤和甘醇充分接觸，被甘醇脫去水后，再經(jīng)過吸收塔內(nèi)頂部的捕露網(wǎng)將夾帶的液體留下。最后脫水后的干氣離開吸收塔，經(jīng)過貧甘醇冷卻器( 甘醇─干氣熱交換器)后進入銷售輸氣管網(wǎng)。貧甘醇沿沿不斷地被泵入吸收塔頂部，在塔內(nèi)經(jīng)溢流管向下依次流過每一個塔盤，將在塔內(nèi)向上流動的天然氣中的水蒸汽吸收。吸滿了水的甘醇(富甘醇)從塔底排出，經(jīng)過貧甘醇緩沖器中的大的預(yù)熱盤管后，通過閃蒸罐過濾器后進入重沸器上的精餾柱頂部。本次設(shè)計主要是脫水主要單體設(shè)備設(shè)計，包括吸收塔、閃蒸罐、過濾分離器、甘醇再生器等設(shè)備。設(shè)計包括各設(shè)備的尺寸、物料衡算、熱量衡算及設(shè)備選材。通過此設(shè)計工藝后的天然氣在設(shè)計條件下水露點≤10℃。關(guān)鍵詞：天然氣加工，三甘醇脫水，設(shè)備設(shè)計目錄1緒論 1 1 2 3 3 9 脫水主要單體設(shè)備設(shè)計 9 確定脫水裝置運行主要參數(shù) 152 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算 15 15 16 16 16 17 三甘醇貧液循環(huán)量 19 三甘醇富液循環(huán)量 19 19 19 22 24 29 29 29 30 30 再生塔 30 精餾柱 30 31 重沸器火管的計算 31 32 32∕富甘醇換熱器 33∕貧甘醇換熱器 33 34 34 34 34∕富甘醇換熱器 35 35 40 40 41 41 42 42 42 42 43 44 44 45總結(jié) 46參考文獻 47致謝 48化工系畢業(yè)設(shè)計論文1緒論隨著世界經(jīng)濟迅速發(fā)展，人口急劇增加，能源消費不斷增長，溫室氣體和各種有害物質(zhì)排放激增，人類生存環(huán)境受到極大挑戰(zhàn)。在這種形勢下，清潔的、熱值高的天然氣能源正日益受到重視，發(fā)展天然氣工業(yè)成為世界各國改善環(huán)境和促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的最佳選擇。天然氣燃燒后產(chǎn)生的溫室氣體只有煤炭的1/石油的2/3，對環(huán)境造成的污染遠遠小于石油和煤炭。煤氣熱值為3000多大卡，而天然氣熱值高達8500大卡，可見天然氣是一種高效清潔的能源。初步測算，全球天然氣可采儲量約為137億噸石油當(dāng)量，與石油基本相當(dāng)。隨著勘探、開發(fā)和儲運技術(shù)的進步，過去20年內(nèi)，%，%。有關(guān)專家預(yù)測，未來10年內(nèi)，%，發(fā)展速度超過石油、煤炭和其他任何一種能源，特別是亞洲發(fā)展中國家的增長速度會更快。全世界天然氣儲采比很高（70∶1），而且石油和煤炭消費領(lǐng)域里有70％以上都可以用天然氣取代。在全球范圍內(nèi)，天然氣取代石油的步伐加快，尤其是在東北亞、南亞、東南亞和南美地區(qū)，隨著其輸送管網(wǎng)的建設(shè)，天然氣在21世紀初期將會有更快的發(fā)展。天然氣將是21世紀消費量增長最快的能源，占一次性能源消費的比重將越來越大。預(yù)計2020年前后，天然氣在全球能源結(jié)構(gòu)中的份額將超過煤炭、石油成為能源組成中的第一。剛從井里采出來的天然氣里充滿了飽和水蒸氣。水蒸汽可能是天然氣中最令人討厭的雜質(zhì)。天然氣中有水汽存在時，會減少輸氣管道對天然氣的輸送能力，降低天然氣的熱值。當(dāng)管輸壓力和環(huán)境溫度變化時，可能引起水汽從天然氣中析出形成液態(tài)水，在一定條件下還會與烷烴分子等形成固態(tài)水合物，這些物質(zhì)的存在會增加輸壓，減少管線的輸氣能力；嚴重時還會堵塞閥門、管線等，影響平穩(wěn)輸氣。在輸送含有酸性組分的天然氣時，液態(tài)水的存在還會加速酸性組分（H2S，CO2等）對管壁、閥件的腐蝕，減少管線的使用壽命；嚴重時還會引起管道破裂等突發(fā)事件，造成天然氣的大量泄漏和安全事故。 為避免出現(xiàn)這些問題，在天然氣進入輸氣管網(wǎng)之前，必須除掉其中的部份水蒸氣。天然氣脫水工程就是采用一定的方法使天然氣中飽和的水蒸氣脫除出來的工藝。[1]天然氣工業(yè)常用的脫水方法有膨脹冷卻法、加壓冷卻法、固體吸附劑吸附法、溶劑吸收法等。目前世界上天然氣脫水應(yīng)用最多的方法是溶劑吸收法中的甘醇法, 而國內(nèi)普遍采用的是三甘醇法。 天然氣脫水的幾種主要方法：（1）低溫冷凝脫水 該方法采用各種方法把高壓天然氣節(jié)流降壓致冷, 用低溫分離法從天然氣中回收凝析液。這種方法是國內(nèi)氣田中除三甘醇法外應(yīng)用較多的天然氣脫水工藝。長慶采氣二廠、塔里木克拉2等均采用該方法, 它具有工藝簡單、設(shè)備較少等優(yōu)點, 但也有耗能高、水露點高等缺點。（2）JT閥和透平膨脹機 JT 閥和透平膨脹機脫水屬于低溫冷凝方法脫水。對于高壓天然氣,冷卻脫水是非常經(jīng)濟的。例如大慶油田目前采用很多透平膨脹機脫水, 四川的臥龍河和中壩氣田則使用了JT 閥脫水。這些方法的缺點是: 脫水循環(huán)的一部分處于水合物生成范圍內(nèi), 容易生成水合物, 因此需要采取添加抑制劑等防止水合物生成的措施，以及相應(yīng)配套的抑制劑回收系統(tǒng)；需要深度脫水時需配備制冷設(shè)備，會引起工程投資和使用成本的提高；透平膨脹機有高速運動部件，制造難度大、可靠性差。（3）三甘醇脫水 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, 因此需要補充和凈化；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1119kg，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，價格為36元/kg，因此三甘醇消耗量成為影響生產(chǎn)成本的重要因素。（4）分子篩脫水[2] 分子篩脫水屬于固體吸附法脫水，脫水系統(tǒng)主要包括2個或3個處于脫水、再生和冷卻狀態(tài)的干燥器，以及再生氣加熱系統(tǒng)。分子篩脫水法更適合于深度脫水，露點可以降低到73℃以下。但是，對于大裝置，設(shè)備投資和操作費用都比較高，如果脫水要求的露點相同，建設(shè)1座處理量為28萬m3/d的處理站, 分子篩脫水的投資比三甘醇多53%。另外,分子篩脫水的再生過程能耗比較大，干燥器下層的吸附劑需要經(jīng)常更換。（5）超音速脫水 作為新型脫水技術(shù)的超音速脫水，國外主要是在殼牌石油公司支持下開展研究，包括計算機數(shù)值模擬、實驗室研究和現(xiàn)場試驗研究?；A(chǔ)的實驗研究和數(shù)值模擬研究主要在荷蘭的埃因霍恩科技大學(xué)等幾所大學(xué)中進行；現(xiàn)場的試驗研究正在荷蘭( 1998年)、尼日利亞( 2000年)和挪威( 2002年) 的天然氣氣田和海上平臺進行，主要驗證系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作的能力, 并在實際應(yīng)用中進行不斷的改進。所有的研究都取得了滿意的結(jié)果。目前，這項技術(shù)已經(jīng)進入商業(yè)應(yīng)用狀態(tài)。通過多年的自身努力和引進消化吸收國內(nèi)外先進技術(shù)，國內(nèi)天然氣脫水工藝已基本配套，能在一定范圍內(nèi)較合理點資源條件選擇脫水方案，能滿足國內(nèi)絕大多數(shù)氣田的建設(shè)。國內(nèi)中石油股份公司內(nèi)天然氣集輸系統(tǒng)采用的脫水設(shè)備主要有長慶油田的三甘醇脫水凈化系統(tǒng)；西南油氣田分公司的JT閥低溫分離系統(tǒng)；大慶油田的透平膨脹脫水系統(tǒng)；塔里木氣田的分子篩脫水及低溫分離脫水系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，在傳統(tǒng)的天然氣脫水方法得到改進和完善的同時，更具有工業(yè)競爭力的脫水技術(shù)，如膜分離脫水和超音速脫水技術(shù)，將成為天然氣脫水技術(shù)的發(fā)展趨勢。（1） 設(shè)計規(guī)模天然氣處理量：6000000m3/年（2） 原料氣組成如表11: 表11 原料氣代表性組成（mol%）組分CO2H2OC1C2C3N2組成（3）設(shè)計邊界條件原料氣的壓力：（表），原料氣的溫度： 20℃ （4） 產(chǎn)品氣要求如表12：表12 產(chǎn)品氣要求外輸量m3/年溫度℃壓力MPa(g)H2S含量mg/m3總硫含量（以硫計）mg/m3CO2含量（mol）水露點(g)條件下烴露點(g)條件下2000000≤42～≤20≤200≤3%≤10℃＜10℃[3]1. 天然氣脫水的必要性水是天然氣從采出至消費的各個處理加工步驟中最常見的雜志組分，且其含量經(jīng)常達到飽和，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CO2或H2S的接觸后會生成具有腐蝕性的酸，H2S不僅導(dǎo)致常見的電化學(xué)腐蝕，它溶于水生成的HSˉ還會促使陰極放氫加快，HSˉ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。濕天然氣還經(jīng)常遇到另一個麻煩，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℃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)過脫水處理，使之達到規(guī)定的指標后才能進入輸氣管線。天然氣脫水就是脫除天然氣中的水蒸氣，使其露點達到一定的要求，脫水前含水天然氣與脫水后干氣的露點差成為露點降，一般用露點降來表示天然氣的脫水深度。2. 天氣脫水的方法天然氣脫水的方法一般包括低溫法、溶劑吸收法、固體吸附法、化學(xué)反應(yīng)法和膜分離法等。低溫法脫水是利用高壓天然氣節(jié)流膨脹降溫或利用氣波機膨脹降溫而實現(xiàn)的，這種工藝