【正文】 ： 重沸器火管的計算重沸器火管傳熱面積按下式進行計算： 其中：—重沸器的供熱量，； —重沸器火管表面平均熱通量。[12] 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。富甘醇中吸收的水分由精餾柱頂排放大氣，再生后的貧甘醇由重沸器流出。甘醇和水的沸點差別很大，又不生成共沸物，故較易分離。本設計HB=1000mm。若塔的進料段設有緩沖時間的容量，則塔底容量可較小；對于塔底產(chǎn)量大的塔，塔底容量也可取小些，有時僅取3～5min的儲量。對于本設計，考慮到人孔設置，本塔有人孔板間距為600mm，其余為300mm,板上下可拆卸，所以人孔開在第一塊板上方。人孔數(shù)目S是根據(jù)物料清潔程度和塔板安裝方便而確定。一般來說，取較大的板間距對提高操作彈性有利，安裝檢修方便，但會增加塔的造價，因此，HT可根據(jù)表24進行適當選擇。塔板間距HT的大小與液汽和霧沫夾帶有密切關系?！?，塔徑大時可適當增大。則中心距： 相鄰泡罩邊緣間的距離為：（7）版面布置[11]溢流裝置計算塔徑=，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，由弗蘭西斯公式計算 根據(jù)經(jīng)驗公式E=1，則： 取板上清夜高度，則弓形降液管寬度和截面積由 查弓形降液管的參數(shù)圖得 圖25 弓形降液管的參數(shù)圖 ∴ 液體在降液管中停留時間即： 故降液管設計合理降液管底隙的高度 取 則 故降液管底隙高度設計合理 選用凹形受液盤，深度 根據(jù)《常用壓力容器手冊》 選用材料16MnR鋼，壁厚公式得： 式中：——設計壓力， ， ——材料最大許用應力，157MPa ——鋼板負偏差，（根據(jù)《常用壓力容器手冊》） ——吸附塔腐蝕裕量，取1 ——焊縫系數(shù)，則由計算可得：所以壁厚取。～，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，本設計取10mm，則最終升氣管的高度為:（5）所需最小泡罩數(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： 最小泡罩數(shù)：其中：F4為單個泡罩的齒縫面積（每個泡罩有30個齒縫） 所以：（6）泡罩排列及中心距[10]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。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頂垂直距離。我國泡罩標準中，選取泡罩底隙為10mm。表23 齒縫高度與泡罩直徑的關系泡罩直徑/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。前者泡罩的強度較好，不易變形，后者超負荷能力較大。本設計選擇矩形齒縫，齒縫寬度范圍是3—15mm,常用取4mm，本設計取4mm。,選用泡罩的直徑為DN80。通常根據(jù)塔徑大小選擇（表22）。（1）泡罩直徑泡罩直徑，應用較小直徑的泡罩，能充分利用鼓泡區(qū)的面積，塔板效率高，但是造價較大。由于結構原因，塔盤上液層較高，兩相接觸時間較長。 對于板式塔，計算塔徑時，可先按BrownSouder公式計算出允許最大空塔氣速，計算公式如下： 其中：——氣體的最大允許氣速，； ——吸收塔中液相密度，； ——吸收塔中氣相密度，； ——經(jīng)驗常數(shù)，可由表查得； ——塔徑，； ——氣體在塔內的實際流量，； 三甘醇貧液的密度為1120kg/,所以； 氣體在操作條件下的密度求?。河梢阎獥l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 設塔板間距為600mm，則查表21可得C= 表21 設計吸收塔推薦的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)～進料氣在操作條件下的體積流量： 則塔徑： [8]泡罩塔盤所用的氣液接觸元件是泡罩，它的結構形式有圓形及槽形兩類。因此吸收塔的實際板塊數(shù)為8塊。由圖25可知，在理論塔板數(shù)為2，%。（總版效率按25%計算）。（總版效率按25%計算）。最多不超過2塊理論板,現(xiàn)在給出了==、=2時的關系圖圖中縱坐標為脫水率，其中為原料天然氣中的含水量，為干氣的含水量。通過長期實踐得出，~，4~50℃間一種簡便而又滿意的計算K值的方法。而確定A則必須求得相平衡常熟K。由于大多數(shù)工業(yè)三甘醇吸收塔常使用1~，最多不超過2塊理論板。吸收因子法方程如下： 式中 —原料天然氣中水的摩爾分數(shù) —出塔干氣中水的摩爾分數(shù) —出塔干氣與進塔三甘醇溶液處于平衡狀態(tài)時干氣中水的摩爾分數(shù) —吸收因子，是操作線斜率L/V與平衡線斜率K之比 —三甘醇溶液循環(huán)量 —原料天然氣流量 —吸收塔內氣相中水汽和三甘醇溶液中液相水之間水ude相平衡常熟 —吸收塔理論板數(shù)式的左端是吸收塔內氣相中實際水摩爾分數(shù)變化與最大水摩爾分數(shù)變化的比值。 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。圖21 不同三甘醇質量分數(shù)下出塔干氣平衡露點與吸收溫度的關系[6]吸收裝置單位時間所需要的三甘醇貧液用量可根據(jù)給定的工藝參數(shù)，先計算出單位時間的脫水量（），再確定三甘醇溶液用量V式中：——脫出的水量， ——進入吸收塔天然氣的量， y——進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：當進口原料氣溫度為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1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，高于此值則可能會過多地增加動力消耗和冷卻水的消耗。 :偏差值，一般為811℃，此處取8℃。實際上，吸收塔塔頂氣液兩相接觸時間不足以達到平衡，出塔干氣不能達到平衡水露點，而出塔干氣的真實水露點比平衡水露點略高，即： 其中::出塔吸收干氣的平衡露點,℃。即飽和水汽量。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。因此，降低出塔干氣露點的主要途徑是提高三甘醇貧液濃度。[5] 對于三甘醇脫水工藝，影響脫水效果的關鍵參數(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。2 基礎數(shù)據(jù)計算本設計天然氣處理規(guī)模為600萬方/年。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。循環(huán)量過大同樣會造成甘醇的損失量升高。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降。3．循環(huán)量吸收塔的塔盤數(shù)和甘醇的濃度一定，飽和天然氣的露點降就成為甘醇循環(huán)量的函數(shù)。然而在正常操作范圍內，甘醇脫水裝置的壓力并不十分重要。精餾柱頂部的溫度也很重要，它關系到水的蒸發(fā)和甘醇的回流，不應太高和太低，建議柱頂溫度為107度，低于105度水蒸氣就會開始冷凝而流回精餾柱，高于120度，甘醇的損失就會增大。貧甘醇溫度太高常造成甘醇損失增大和脫水不深。10℃被認為是甘醇脫水的最低操作溫度。在常壓下，來氣溫度升高，氣中的水含量亦升高。盡管浮閥塔板比泡罩塔板的效率高，但因甘醇脫水裝置通常氣液比很高，即甘醇循環(huán)量很少，且甘醇有較高的粘度，在低氣量時采用泡罩塔板不會發(fā)生漏液，因此，實際過程中往往采用泡罩塔板。采用規(guī)整填料塔無論是在空間尺寸、整體質量還是費用上都比泡罩塔板式節(jié)省得多。且從現(xiàn)場實驗中發(fā)現(xiàn)，規(guī)整填料塔具有相當好的調節(jié)比，即12:1。但近年來，隨著新型高效開孔填料的開發(fā)，上述看法值得商榷，采用新型填料塔代替泡罩板式塔做為三甘醇吸收塔，在某些方面顯現(xiàn)出較為優(yōu)越的特性。填料塔優(yōu)點：(1)當處理量較高時，由于液體以潤濕膜的形式流過填料表面，不受“吹液”現(xiàn)象的影響，(2)由于液體受氣體攪動程度相對低，有利于處理三甘醇溶液的起泡現(xiàn)象，填料塔缺點：(1)若三甘醇流量較低，塔內填料不能完全濕潤，會降低接觸效率，（當塔徑小于300mm時，宜于選）(2)使用不廣泛。板式吸收塔和填料式吸收塔優(yōu)缺點對比：板式塔優(yōu)點：(1)可在氣液比較低時使用，(2)當氣體流量較低時不會發(fā)生漏液或排干塔板上的液體，(3)技術發(fā)展成熟，應用廣泛。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)才脫水效果，一般采用4～12塊。天然氣三甘醇脫水裝置的核心部分為吸收塔，吸收塔分為板式塔和填料塔兩種類型。結構：板式塔由一個園柱形的殼體及其中按一定間距水平設置的若干塊塔板組成。種類：吸收塔分為板式塔（逐級接觸式）和填料塔（微分接觸式）。正常運行期間，緩沖罐應半滿，同時應設置氣封以防止甘醇和空氣接觸。重沸器一般采用釜式，可以用燃料氣直接加熱，也可以用水蒸汽或加熱管的直燃式重沸器，形狀為U形管。精餾柱頂部設有冷卻盤管作回流冷凝器，使部分水蒸氣冷凝而提供柱頂回流，從而控制柱頂溫度。對小型裝置可以不設置專門的換熱器，而在緩沖罐中用換熱盤管來代替，采用這種換熱形式可以簡化流程，節(jié)省投資，但其換熱效果較差，換熱后的入塔富液溫度很難超過93℃6. 甘醇再生塔再生塔主要由精餾柱、重沸器和帶有換熱盤管的緩沖罐構成，其作用是蒸出甘醇富液中的水分而使之再生。圖15 循環(huán)泵流程圖5. 貧／富甘醇換熱器貧／富液換熱器用來控制閃蒸罐和過濾器的富液溫度，并回收貧液的熱量，是富液升溫至148℃左右進再生塔，以減輕重沸器的熱負荷。對小型的邊遠裝置，經(jīng)常選用高壓液體或氣體驅動的循環(huán)泵。一般設置兩臺泵，每臺泵的能力都要能滿足全部甘醇循環(huán)的需要，一臺工作，另一臺備用。圖14 過濾器流程圖4. 循環(huán)泵循環(huán)泵（圖15）是脫水裝置中唯一的轉動設備，它使甘醇貧液增壓后進入吸收塔。循環(huán)溶液可以全部進入活性炭過濾器處理，也可以部分處理，視溶液中雜質含量而定。其中固體過濾器以纖維制品、紙張或玻璃纖維為濾料，可除去5微米以上的粒子，固體過濾器的容量應滿足處理全部循環(huán)溶液的需要。過濾器一般設置在閃蒸罐之后，此時溶液溫度較高，粘度較低，便于過濾。原料天然氣較富時，甘醇吸收了大量的重質烴，氣體的相對密度大，應選用三相分離器，其停留時間應為2030min。閃蒸罐（圖13）的作用就是在較低壓力下除去甘醇富液中的烴類氣體，以減少再生塔的負荷。(5) 固體雜質 如砂、腐蝕產(chǎn)物（FeS、鐵銹等），這些物體易引起發(fā)泡、侵蝕泵和閥門、堵塞踏板和填料。(3) 鹽 溶解于甘醇中會腐蝕鋼材，易引起重沸器火管穿孔。分離器用于分離原料天然氣中烴類所夾帶的固體或液滴等雜質，常見雜質由以下幾類：(1) 游離水 水會增加甘醇的循環(huán)量、重沸器的熱負荷和燃料費用。離開貧/富液換熱器的貧甘醇經(jīng)甘醇泵加壓后去氣體/貧甘醇換熱器進一步冷卻，然后再進入吸收塔頂部打循環(huán)使用。當采用裝有換熱盤管的緩沖罐時，熱貧甘醇則由重沸器的溢流管流入緩沖罐中，與流經(jīng)緩沖罐內換熱盤管的冷富甘醇換熱。從精餾柱流入重沸器的富甘醇，在重沸器中被加熱到177～204℃左右，以便充分脫除所吸收的水蒸汽，并使甘醇溶液中的甘醇濃度提濃到99%（w）以上?；亓骼淠骺梢圆捎每諝饫鋮s，也可以采用冷的富甘醇冷卻。富甘醇在精餾柱內向下流入重沸器時，與由重沸器中氣化上升的熱甘醇蒸汽和水蒸汽接觸，進行傳熱和傳質。由纖維過濾器和活性炭過濾器來的富甘醇經(jīng)貧/富甘醇換熱器預熱后，進入重沸器上部的精餾柱中。從閃蒸分離器底部排出的富甘醇依次經(jīng)過纖維過濾器和活性炭過濾器除去甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶過來的少量固體、液烴化學劑及其它雜質。底層塔板的溢流管上裝有液封槽，用以對塔板進行液封。然后，經(jīng)產(chǎn)品氣分離后，調壓、計量后進入管道外輸。吸收塔頂部設有捕霧氣（除沫器），用來脫除出口氣中攜帶的甘醇溶液液滴，減少甘醇損失。圖中所示的吸收塔為板式塔，此處應選用泡帽塔板。如果天然氣中雜質過多，還要采用過濾分離器。該裝置由高壓吸收系統(tǒng)及低壓再生系統(tǒng)兩部分組成。三甘醇溶液污染和分解后有腐蝕性5. 三甘醇脫水工藝流程三甘醇脫水主要工藝流程，可分為兩個：低溫高壓(天然氣脫水) 系統(tǒng) ；高溫低壓(甘醇再生) 系統(tǒng)。對于甘醇脫水來講，由于三甘醇水露點降大、成本低和運行可靠，在各種甘醇化合物中其經(jīng)濟效益最好，因而在國內外廣為采用。除此之外，其熱穩(wěn)定性更好，容易再生，蒸汽壓也更低，而且三甘醇的毒性也很輕微，沸點較高，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，三甘醇脫水方法是天然氣工業(yè)中應用最普遍的方法。目前國內外普遍是用三甘醇作為吸收劑。