【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 重沸器的溫度提高有利于再生出高濃度的貧甘醇。 精餾柱頂部的溫度也很重要，它關(guān)系到水的蒸發(fā)和甘醇的回流，不應(yīng)太高和太低，建議柱頂溫度為107度，低于105度水蒸氣就會(huì)開始冷凝而流回精餾柱，高于120度，甘醇的損失就會(huì)增大。2．壓力 在常溫下，壓力降低，入口天然氣中水的含量增加。然而在正常操作范圍內(nèi)，甘醇脫水裝置的壓力并不十分重要。應(yīng)注意閃蒸罐的壓力和吸收塔的壓差。3．循環(huán)量 吸收塔的塔盤數(shù)和甘醇的濃度一定，飽和天然氣的露點(diǎn)降就成為甘醇循環(huán)量的函數(shù)。脫去1kg水需要2560L三甘醇。 提高甘醇的濃度比增加甘醇的循環(huán)量更容易獲得大的露點(diǎn)降。如果循環(huán)量太大，特別是超過裝置的設(shè)計(jì)能力，會(huì)使重沸器過載而降低甘醇的再生的濃度，同時(shí)也造成塔內(nèi)氣─液兩相接觸又不充分和增加泵的維護(hù)工作量。循環(huán)量過大同樣會(huì)造成甘醇的損失量升高。 4．濃度 提高甘醇的濃度比增加甘醇的循環(huán)量更容易獲得大的露點(diǎn)降。甘醇脫水的脫水深度主要取決于被重沸器蒸發(fā)掉的水量。進(jìn)入吸收塔內(nèi)的甘醇濃度越高，它的脫水效果就越好。2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算 本設(shè)計(jì)天然氣處理規(guī)模為500萬方/年。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)停車估算，年開工時(shí)間按300天計(jì)，天然氣天處理量為16667方/天。[1] 對(duì)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。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(diǎn)降就越大。因此，降低出塔干氣露點(diǎn)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(shí)，三甘醇濃度愈高則露點(diǎn)降愈大；?循環(huán)量和三甘醇濃度固定時(shí)，塔板數(shù)愈多則露點(diǎn)降愈大；?塔板數(shù)和三甘醇濃度固定時(shí)，循環(huán)量愈大則露點(diǎn)降愈大，但循環(huán)量升到一定程度后，露點(diǎn)降的增加值明顯減少，而且循環(huán)量過大會(huì)導(dǎo)致重沸器超負(fù)荷，動(dòng)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25 L～ 60L三甘醇。 當(dāng)吸收塔塔頂氣體與吸收劑充分接觸達(dá)到平衡時(shí)，離塔干氣的水露點(diǎn)是可能達(dá)到的最低露點(diǎn)，即干氣的平衡露點(diǎn)；而干氣中所含水汽量為塔頂吸收溫度、壓力下可能達(dá)到的最低水汽量。即飽和水汽量。此時(shí)，進(jìn)塔貧三甘醇溶液的濃度即為達(dá)到最低干氣露點(diǎn)所必須的最低濃度。實(shí)際上，吸收塔塔頂氣液兩相接觸時(shí)間不足以達(dá)到平衡，出塔干氣不能達(dá)到平衡水露點(diǎn)，而出塔干氣的真實(shí)水露點(diǎn)比平衡水露點(diǎn)略高，即： 其中：：出塔吸收干氣的平衡露點(diǎn)，℃。: 出塔吸收干氣的實(shí)際露點(diǎn)，℃。 ：偏差值，一般為8—11℃，此處取8℃。 ℃ 因?yàn)樵蠚膺M(jìn)料溫度為20℃，設(shè)原料氣進(jìn)口溫度為20℃，而吸收溫度比原料氣溫度高3～8℃，此處取5℃，因此設(shè)吸收溫度為25℃，則由不同三甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)下出塔干氣平衡露點(diǎn)與吸收溫度的關(guān)系圖21可得：%。圖21不同三甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)下出塔干氣平衡露點(diǎn)與吸收溫度的關(guān)系[1]吸收裝置單位時(shí)間所需要的三甘醇貧液用量可根據(jù)給定的工藝參數(shù)，先計(jì)算出單位時(shí)間的脫水量G（kg/d），再確定三甘醇溶液用量V式中：G——脫出的水量，kg/d V——進(jìn)入吸收塔天然氣的量， y——進(jìn)入吸收塔的天然氣含水量， yˊ——離開吸收塔的干氣含水量， 由已知條件可得：當(dāng)進(jìn)口原料氣溫度為20℃，查天然氣含水量圖可知，y=；出口干氣溫度為10℃，查天然氣水含量圖22可知，yˊ=；則可求得： 圖22天然氣含水量圖 三甘醇貧液循環(huán)量 天然氣中吸收1kg水需要25～60升三甘醇溶液，低于該值可能造成塔板上液封不夠或不能潤濕填料，高于此值則可能會(huì)過多地增加動(dòng)力消耗和冷卻水的消耗。在此通過先確定脫水量再用經(jīng)驗(yàn)公式確定三甘醇貧液用量：Vˊ=aG,/d式中：a——天然氣中每吸收1kg水所需要的三甘醇溶液量，m3,。 則三甘醇貧液用量為： 在25℃，%的情況下，查得三甘醇溶液密度為1120kg/m3，則三甘醇貧液用量為： 三甘醇富液循環(huán)量三甘醇富液循環(huán)量為貧液甘醇量加上吸收的水量。由上述可知，，綜上三甘醇富液循環(huán)量為： 三甘醇富液濃度為： [5] 經(jīng)過幾十年的實(shí)踐，GPSA做出了吸收溫度為38℃時(shí)，吸收塔的實(shí)際塔板數(shù)（總板效率20%左右）、吸收1kg水所需三甘醇的量、三甘醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與氣體露點(diǎn)降的關(guān)系如圖。圖中縱坐標(biāo)為脫水率，其中為原料天然氣中的含水量，為干氣的含水量。 ，時(shí)，時(shí)，符合脫水要求，所以實(shí)際塔板（取板效率為25%）為6塊。 對(duì)于板式塔，計(jì)算塔徑時(shí)，可先按BrownSouder公式計(jì)算出允許最大空塔氣速，計(jì)算公式如下： 其中：——?dú)怏w的最大允許氣速，m/s。 ——吸收塔中液相密度。 ——吸收塔中氣相密度。 C——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，可由表查得； D——塔徑，m。 ——?dú)怏w在塔內(nèi)的實(shí)際流量。 三甘醇貧液的密度為1120kg/,所以。 氣體在操作條件下的密度求取：由已知條件，根據(jù)公式求得天然氣分子量可視為：查臨界常數(shù)和偏心因子表得：，因此， 由，查圖得知壓縮因子 設(shè)塔板間距為600mm，則查表21可得C= 表21 設(shè)計(jì)吸收塔推薦的C值吸收塔類型C，m/s泡罩間距，mm500600700填料類型規(guī)整填料～亂堆填料～5cm鮑爾環(huán)～進(jìn)料氣在操作條件下的體積流量： 則塔徑： [6] 泡罩塔盤所用的氣液接觸元件是泡罩，它的結(jié)構(gòu)形式有圓形及槽形兩類。泡罩安裝在升氣管上方，在安裝良好和氣液負(fù)荷不過量的情況下，不會(huì)發(fā)生泄漏，因此泡罩塔板操作穩(wěn)定，彈性較大。由于結(jié)構(gòu)原因，塔盤上液層較高，兩相接觸時(shí)間較長(zhǎng)。但是亦由此而導(dǎo)致壓力降較高，霧沫夾帶增多，以及塔盤上液面落差較大等缺點(diǎn)。（1）泡罩直徑 泡罩直徑，應(yīng)用較小直徑的泡罩，能充分利用鼓泡區(qū)的面積，塔板效率高，但是造價(jià)較大。根據(jù)我國泡罩標(biāo)準(zhǔn)（JB12121999），泡罩公稱直徑有DN80，DN100，DN150三種規(guī)格。通常根據(jù)塔徑大小選擇（表22）。,多選用DN80的泡罩，～，可選用DN100的泡罩；，可選用DN150的泡罩。,選用泡罩的直徑為DN80。表22泡罩塔直徑的選擇塔徑/m泡罩直徑/mm80～3100150（2）泡罩齒縫的形狀和尺寸[7]泡罩齒縫有矩形，梯形，和三角形三種，通常選用矩形齒鍵。本設(shè)計(jì)選擇矩形齒縫，齒縫寬度范圍是3—15mm,常用取4mm，本設(shè)計(jì)取4mm。齒縫高度較小時(shí)，處理能力較??；齒縫高度較大時(shí)，壓降較大，泡罩齒縫下部可帶有緣圈或者是敞開式的。前者泡罩的強(qiáng)度較好，不易變形，后者超負(fù)荷能力較大。齒縫高度的選擇查表23，本設(shè)計(jì)泡罩直徑80mm，因此齒縫高度取25mm。表23齒縫高度與泡罩直徑的關(guān)系泡罩直徑/mm齒縫高度/mm8020～3010025～3215035（3）泡罩底隙 泡罩底隙是指泡罩底部與塔板的間隙。泡罩底隙較大時(shí)，液面梯度較小，當(dāng)液面梯度較小時(shí)，液體流動(dòng)阻力較大，且易幾句沉淀物，泡罩底隙一般在5～40mm范圍內(nèi)，對(duì)于清潔無聊可取較小值，對(duì)于存在沉淀物，宜取較大值。我國泡罩標(biāo)準(zhǔn)中，選取泡罩底隙為10mm。（4）升氣管直徑和高度升氣管主要是為使氣體流經(jīng)泡罩的阻力較小，通常使泡罩內(nèi)的環(huán)形面積略大于升氣管的面積，升氣管上部的回轉(zhuǎn)面積略大于環(huán)形面積。以此泡罩直徑?jīng)Q定升氣管的直徑，并且確定升氣管頂至泡罩內(nèi)頂垂直距離。此外，還應(yīng)考慮升氣管頂高出齒縫頂10～12mm，以免液體進(jìn)入升氣管?！?，泡罩塔直徑為80mm，由下式得：所以 考慮到升氣管頂高出齒縫頂10～12mm，本設(shè)計(jì)取10mm，則最終升氣管的高度為:（5）所需最小泡罩?jǐn)?shù) 允許最大空塔氣速： 體積流速為： 最小齒縫面積為：其中：：每層塔板的最小齒縫面積， ：最大氣相負(fù)荷，：液相密度， ：氣相密度， h：泡罩齒縫高度，m r：泡罩齒縫上底寬/下底寬（矩形為1）則： 最小泡罩?jǐn)?shù)：其中：F4：?jiǎn)蝹€(gè)泡罩的齒縫面積（每個(gè)泡罩有30個(gè)齒縫） 所以：（6）泡罩排列及中心距[8]塔板上的泡罩采用三角形排列，液流方向與各排泡罩相垂直，以利于液相分布?！t中心距： 相鄰泡罩邊緣間的距離為：（7）版面布置[9]溢流裝置計(jì)算塔徑D=，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤安定區(qū)邊取 緣區(qū)寬度 取堰長(zhǎng)取===溢流堰高度 由=選用平直堰，堰上液層高度，由弗蘭西斯公式計(jì)算 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式E=1，則： 取板上清夜高度，則 根據(jù)《常用壓力容器手冊(cè)》 選用材料16MnR鋼，壁厚公式得： 式中：P——設(shè)計(jì)壓力， ， ——材料最大許用應(yīng)力，157MPa C1——鋼板負(fù)偏差，（根據(jù)《常用壓力容器手冊(cè)》） C2——吸附塔腐蝕裕量，取1mm ——焊縫系數(shù)，則由計(jì)算可得：所以壁厚取13mm。 塔頂空間高度的作用是安裝塔板和開人孔的需要，也使氣體中的液滴自由沉降，減少塔頂出口氣體中液沫夾帶，必要時(shí)還可以節(jié)省破沫裝置?！?，塔徑大時(shí)可適當(dāng)增大。本設(shè)計(jì)中HD=1200mm。 塔板間距HT的大小與液汽和霧沫夾帶有密切關(guān)系。板間距