天然氣分子篩脫水裝置工藝參數(shù)及設備選型

PAGE1天然氣分子篩脫水裝置工藝參數(shù)及設備選型1.1工藝參數(shù)優(yōu)選分子篩脫水由吸附和再生兩部分組成，吸附采用雙塔流程，再生加熱氣和冷吹氣采用干氣，加熱方式采用導熱油爐加熱。其主要設備由分子篩吸附器、再生氣加熱爐、再生氣冷卻器、再生氣分離器。選用4A分子篩脫水，其特性如下：分子篩粒子類型：直徑3.2mm球形分子篩的有效濕容量：8kg（水）/100kg（分子篩）分子篩堆積密度：660kg/m3分子篩比熱：0.96kJ/（kg·℃）瓷球比熱：0.88kJ/（kg·℃）操作周期為8小時，再生加熱時間為4.5小時，再生冷卻時間為3.2小時，操作切換時間為0.3小時。加熱爐進口溫度為30℃，加熱爐出口溫度為275℃。由HYSYS軟件計算出的基礎數(shù)據(jù)如下：原料氣壓力：4.5MPa原料氣溫度：30℃床層溫度：35℃天然氣氣體流量：29743.34kg/h飽和含水量：34.76kg/h天然氣相對濕度：100%天然氣在4.5MPa、30℃下的密度：33.89kg/m3天然氣在4.5MPa、30℃時粘度：0.0125cP再生加熱氣進吸附器的壓力：4500kPa再生加熱氣進吸附器的溫度：260℃再生加熱氣出吸附器的溫度：200℃再生氣在260℃、4500kPa下的密度：17.44kg/m3再生氣在260℃、4500kPa的熱焓：-3826kJ/kg再生氣在117.5℃、4500kPa的熱焓：-4226kJ/kg再生氣在275℃、4500kPa的熱焓：-3780kJ/kg干氣溫度：30℃干氣壓力：4500kPa干氣將床層冷卻到：30℃干氣在30℃、4500kPa的密度：33.88kg/m3干氣在30℃、4500kPa的熱焓：-4448kJ/kg干氣在130℃、4500kPa的熱焓：-4193kJ/kg干氣在30℃、4500kPa下的低位熱值：49210kJ/kg1.2物料平衡表表2-1100×104

m3/d

天然氣分子篩脫水裝置設計

物料表物料流1234567氣體分率11110.982510溫度，℃3035302603029.8729.87壓力，KPa4500450045004500448044504450摩爾流量,kmol/h1736.8351734.903180.8180.8180.8177.6283.172質量流量，kg/h29743.3529708.553096.033096.033099.033041.8957.14液體體積流量,m3/h95.6595.619.969.969.849.780.06熱流量，kJ/h-1.33E+08-1.32E+08-1.38E+07-1.18E+07-1.45E+07-1.36E+07-9.06E+05質量密度,kg/m317.12517.12417.12417.12417.14117.12518.015分子量33.8933.1333.8817.4434.3333.491005.01壓縮因子0.90230.90790.90230.9968—0.90310.0317粘度,cp0.01250.01260.01250.0184—0.01240.7995組成（mol%）氫氣0.09690.09700.09700.09700.09520.09690.0000氦氣0.05190.05200.05200.05200.05100.05190.0000氮氣0.054940.55000.55000.55000.53970.54940.0003二氧化碳0.02600.02600.02600.02600.02550.02600.0004甲烷94.489894.595094.595094.595091.832094.48960.0000乙烷3.30133.30503.30503.30503.24343.30130.0000丙烷0.72920.73000.73000.73000.71640.72920.0000異丁烷0.12090.12100.12100.12100.11870.12090.0000正丁烷0.15580.15600.15600.15600.15310.15580.0000異戊烷0.05590.05600.05600.05600.05500.05590.0000正戊烷0.05190.05200.05200.05200.05100.05190.0000正己烷0.25970.26000.26000.26000.25520.25970.0000水0.11120.00000.00000.00001.86370.111499.99931.3分子篩吸附器的選型分子篩脫水屬于吸附法脫水，一般用于水露點要求控制較低的場合，其露點深度可達到-90℃，保證含水量在1ppm以下。分子篩脫水有兩塔和三塔流程之分。由于分子篩的吸附和再生過程中的溫度\壓力的循環(huán)變化，分子篩干燥器的設計制造要求嚴格，成本較高。運行一段時問后，分子篩出口氣體中往往攜帶分子篩粉塵，可利用多濾芯的粉塵過濾器凈化天然氣。氣體從外表面進入濾芯，雜質被阻擋在濾體表面和內部，在濾芯表面形成一層均勻的濾餅，由于顆粒的架橋效應，而進一步提高了過濾精度。生產(chǎn)實踐中，工廠技術人員可根據(jù)氣質條件及運行時問長短來決定濾芯更換頻率。表2-2吸附器計算選型結果表吸附器內徑（mm）DN1600設計壓力（MPa）5設計溫度（℃）300床層高度（mm）3700筒體壁厚（mm）39筒體材料16MnR（Q345R）操作周期（h）8（再生加熱時間4.5，冷吹時間3.2，切換時間0.3）封頭類型橢圓式封頭類型立式筒體高度（mm）4500分子篩類型4A條形分子篩裝填順序由下至上分子篩厚度（mm）2500封頭內徑（mm）1600材料16MnR低合金壓力容器用鋼厚度（mm）12質量（kg）276.37裙座類型圓筒形裙座質量（kg）473.7壁厚（mm）12外徑（mm）1624高度（m）11.4粉塵過濾器的選型吸附塔單元后，設置粉塵過濾器，對天然氣進行精細過濾，除去粒徑≥1m的塵埃等。精細過濾設備選擇由多層高密度網(wǎng)格材料形成的、兼?zhèn)浜穸刃秃婉薨櫺吞攸c的聚結濾芯，考慮到不同大小的雜質在氣流中表現(xiàn)出的不同特性(較大的顆粒呈直線運動，較小的顆粒做布朗運動)，采用篩、擋和阻的方式，捕捉雜質微粒。在氣質惡化或長時問運行后，濾芯的壓差會上升得很快，達到一定值時，就必須及時更換濾芯。在設備人口處設置隔離擋板，避免進入設備的氣體接觸到已分離出的液體，并減少液體被重新帶人氣體中的機會。減少已分離液體的攜帶量是提高分離效率的有益補充。本設計采用兩個SBFQ系列型粉塵過濾器并聯(lián)使用。SBFQ型氣體過濾器是一種新型、高效氣體除塵設備，廣泛用于石油、天然氣工業(yè)部門一般含塵量的氣體主管線和旁通管。亦是城市天然氣、煤制氣輸配系統(tǒng)安全、可靠運行不可缺少的氣體凈化設備。具有結構先進、除塵效率高、操作維護方便等優(yōu)點。選型結果見表2-3。表2-3粉塵過濾器規(guī)格設備名稱工藝參數(shù)及幾何尺寸粉塵過濾器工作溫度，℃30工作壓力，kPa4500氣體體積流量，m3/h896.8過濾精度，μm5過濾器計算截面積，m20.097過濾器選用外徑，mm300過濾器型號SBFQ300-4.5/5C1.5再生氣加熱爐的選取本設計主要采用導熱油供熱系統(tǒng)進行加熱。導熱油供熱系統(tǒng)以導熱油為載熱體。導熱油在爐中加熱后,利用熱油泵將其送給各用熱設備,再返回爐中重新加熱,從而形成閉路循環(huán)。導熱油作為工業(yè)傳熱介質具有以下特點：

在幾乎常壓的條件下，可以獲得很高的操作溫度。即可以大大降低高溫加熱系統(tǒng)的操作壓力和安全要求，提高了系統(tǒng)和設備的可靠性；可以在更寬的溫度范圍內滿足不同溫度加熱、冷卻的工藝需求，或在同一個系統(tǒng)中用同一種導熱油同時實現(xiàn)高溫加熱和低溫冷卻的工藝要求。即可以降低系統(tǒng)和操作的復雜性；省略了水處理系統(tǒng)和設備，提高了系統(tǒng)熱效率，減少了設備和管線的維護工作量。即可以減少加熱系統(tǒng)的初投資和操作費用；在事故原因引起系統(tǒng)泄漏的情況下，導熱油與明火相遇時有可能發(fā)生燃燒，這是導熱油系統(tǒng)與水蒸氣系統(tǒng)相比所存在的問題。但在不發(fā)生泄漏的條件下，由于導熱油系統(tǒng)在低壓條件下工作，故其操作安全性要高于水和蒸汽系統(tǒng)。1.5.1工藝流程主要設備有：導熱油爐、熱油主循環(huán)泵、熱油輔循環(huán)泵、膨脹罐。整個供熱系統(tǒng)主要由導熱油爐、燃燒器、膨脹罐、儲油罐、熱油循環(huán)泵、供熱管網(wǎng)和熱用戶組成。其加熱原理是燃料經(jīng)燃燒器充分燃燒后產(chǎn)生的高溫火焰和煙氣，通過輻射和對流方式加熱爐管中的導熱油，熱油達到設定的溫度后在主循環(huán)泵的驅動下將熱能帶出，一部分以液相方式直接輸至再生氣加熱器加熱再生氣，另一部分則通過溫度控制流量調節(jié)閥與回流低溫熱油減溫混合達到低溫位熱用戶其中低溫位系統(tǒng)設獨立的熱油輔循環(huán)泵提供系統(tǒng)循環(huán)動力。該系統(tǒng)中各工藝用熱設備內的導熱油以自身的顯熱方式與用戶進行熱交換，梯級利用后，經(jīng)熱油主循環(huán)泵回輸至導熱油爐繼續(xù)加熱，形成一個完整的閉合回路，往復循環(huán)使用。導熱油受熱膨脹時的體積增加量由膨脹罐來吸收，儲油罐主要是用來存儲系統(tǒng)導熱油和接收膨脹罐溢流出的導熱油。1.5.2導熱油的選型導熱油爐的流速，國外文獻推薦為2~4m/s。由于油品儲運加熱系統(tǒng)負荷波動較大，因此要求在導熱油供回油管道上設一旁通閥或壓控閥組，當外界負荷降低時，導熱油的循環(huán)量下降，為了保證導熱油爐內的流速，可打開旁通閥或壓控閥組，將一部分導熱油通過旁路回到導熱油爐，以增加進入爐內的導熱油流量。國內目前設計導熱油流速一般取1.5~3m/s，此設計中取導熱油流速為3m/s，經(jīng)比較YDX系列，X6D系列，JD系列導熱油的比熱，密度及熱功率后，導熱油型號選擇YD—325導熱油，因為它的比熱更大，密度較輕且發(fā)熱功率更大。表2-4導熱油系統(tǒng)選型結果表導熱油爐型號QX1.2（125）-Y/Q-1200KW導熱油型號YD—325導熱油流速（m/s）3總循環(huán)油量（m3/h）31.6另附導熱油爐QX1.2（125）-Y/Q-1200KW和導熱油YD—325的技術參數(shù)：表2-5導熱油爐技術參數(shù)參數(shù)設備名稱額定熱功率(MW)熱效率(%)設計壓力（MPa）最高介質溫度（℃）循環(huán)油量（m3/h）QX1.2(100)-Y/Q1.280135065表2-6YD—325導熱油工藝參數(shù)表溫度（℃）物理特性50100150200250300350密度（kg/m3）1007972936910874845821比熱C(kJ/kg·℃)1.8841.06661.23951.41241.58531.75831.896熱功率（MW）1.65731.6再生氣分離器的選型根據(jù)100萬方分子篩脫水工藝流程圖，本裝置中含有一個再生氣分離器，其中液量較少，從經(jīng)濟效益出發(fā)，選用立式重力分離器。計算結果及選型結果見表2-7。表2-7再生分離器計算結果及選型結果設備名稱工藝參數(shù)及幾何尺寸再生氣分離器原始數(shù)據(jù)操作溫度，℃30操作壓力，MPa4.48工況下氣體流量，m/s0.0251工況下氣相密度，kg/m333.85工況下液相密度，kg/m31005工況下氣體粘度，mPa·s0.01247工況下氣體的壓縮因子0.9025型式立式重力式計算值f·（Re2）0.00274阻力系數(shù)54液滴沉降速度，m/s0.026分離器直徑計算值，m0.039捕霧器氣流允許速度，m/s0.43捕霧器面積計算值，m20.059續(xù)表2-7設備名稱再生氣分離器選用值選用公稱直徑，mm600筒體長度，mm1800捕霧器厚度，mm150材質16MnR型號LE0.6×1.8-4.48/2有效容積，m30.61.7安全閥的選型根據(jù)HG/T20570.2-95《安全閥的設置和選用》和油《氣田常用閥門手冊》選用A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥。其主要參數(shù)如表2-8：表2-7再生分離器計算結果及選型結果設備名稱工藝參數(shù)及幾何尺寸再生氣分離器原始數(shù)據(jù)操作溫度，℃30操作壓力，MPa4.48工況下氣體流量，m/s0.0251工況下氣相密度，kg/m333.85工況下液相密度，kg/m31005工況下氣體粘度，mPa·s0.01247工況下氣體的壓縮因子0.9025型式立式重力式安全閥類型A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥泄放量（kg/h）29743.34開啟壓力（MPa）4.95MPa通道截面積（mm2）826公稱通徑（mm）DN35公稱壓力（MPa）6.4安全閥類型A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥泄放量，kg/h29743.34開啟壓力，MPa4.95MPa通道截面積，mm2826公稱通徑，mmDN35公稱壓力，MPa6.4表2-12安全閥的選型結果1.8管線的選型按照《輸送流體用無縫鋼管》（GB/T8163-2008），選擇系統(tǒng)內用無縫鋼管管材為無縫鋼管20號。σs為245MP。則可根據(jù)《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》（GB/T17395-2008）選擇較為合適的無縫鋼管外徑及標準壁厚。管線選型結果如表2-9所示。表2-9管線選型結果管線原料氣進塔管線原料氣出塔管線再生氣進塔管線再生氣出爐管線再生氣出塔管線再生氣進分離器管線再生氣出分離器氣相管線再生氣出分離器液相管線基礎數(shù)據(jù)流體介質天然氣天然氣天然氣天然氣天然氣天然氣天然氣水設計溫度，℃505050250250505050設計壓力，Mpa55555555工況下的輸量，m3/s0.24380.24910.02540.04930.04340.02550.02521.6E-05經(jīng)濟流速，m/s101010101010101計算數(shù)據(jù)計算管線內徑,mm17717857807557574.5計算管線壁厚，mm4.154.171.031.441.351.041.061.1計算管線外徑，mm185.3186.3461.0684.8879.761.0861.126.7選型結果選取管線外徑，mm19019060898960608選取管線壁厚，mm771.2441.21.21.7管線規(guī)格Φ190×7Φ190×7Φ