天然氣脫水段工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算目錄TOC\o"1-3"\h\u7084天然氣脫水段工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算 1129371.1參數(shù)的確定 178451.2熱量橫算 548391.2.1重沸器 5277231.2.2貧/富甘醇換熱器 6240161.2.3氣體/貧甘醇換熱器 6285751.2.4再生塔頂回流冷凝器 6104451.3吸收塔的設(shè)計(jì)及計(jì)算 731721.3.1吸收塔的直徑 7254491.3.2泡罩塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及選用 829241.3.3板面布置 10135341.3.4吸收塔高度 1166691.4設(shè)備計(jì)算與選型 11133421.4.1精餾柱 11323831.4.2甘醇泵 12136461.4.3閃蒸分離器 12286631.4.4氣體貧甘醇換熱器 13327471.4.5重沸器尺寸 13145131.4.6貧/富甘醇換熱器尺寸 1469541.4.7原料氣分離器 14146731.5脫水段總結(jié) 1526481.5.1設(shè)備一覽表 15246391.5.2數(shù)據(jù)匯總 161.1參數(shù)的確定1）進(jìn)吸收塔TEG貧液溫度此次設(shè)計(jì)的脫水的流程中，采用脫水吸收塔頂內(nèi)置冷卻盤管代替外設(shè)干氣/貧液換熱器，再生好的TEG貧液經(jīng)三甘醇冷卻器冷卻后的進(jìn)塔溫度不能夠降到40℃以下，因此在此次設(shè)計(jì)中取TEG貧液的進(jìn)塔溫度為45℃（低于60℃符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求）。2）進(jìn)吸收塔TEG貧液壓力原料氣進(jìn)吸收塔壓力取4.2MPa（表）故進(jìn)塔氣壓力=4.2+0.1=4.3MPa=4300kPa（絕）取吸收塔操作壓力=進(jìn)塔氣體壓力=4300kPa（絕）TEG貧液進(jìn)塔壓力應(yīng)大于等于吸收塔操作壓力，此次設(shè)計(jì)取4400kPa（絕）3）貧三甘醇濃度的確定假定出吸收塔干氣實(shí)際露點(diǎn)為-10℃。式中te—出塔吸收干氣的平衡露點(diǎn)，℃tr—出塔吸收干氣的實(shí)際露點(diǎn)，℃—偏差值，一般為8～11℃，此處取10℃。吸收塔操作溫度為30℃由此查得進(jìn)塔的貧三甘醇濃度為99.4%。則查文獻(xiàn)進(jìn)塔的貧三甘醇密度為1112㎏/m3=1.112㎏/L圖11-1三甘醇溶液的密度4）吸收塔塔板數(shù)的確定：選用泡罩塔板，板效率為25%，要求的露點(diǎn)降為：30-(-10)=40℃在4.2MPa(絕)下按2塊理論板(板效率為25%時(shí)，實(shí)際塔板數(shù)為8塊），因此，實(shí)際塔板數(shù)選用8塊，可滿足干氣露點(diǎn)為-10℃的要求。圖11-2吸收塔溫度、進(jìn)塔TEG貧液濃度和出塔干氣平衡露點(diǎn)關(guān)系5）吸收塔的脫水量估算因進(jìn)塔氣體中酸性氣體含量＜5%，故可以不考慮，按非酸性氣體進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)進(jìn)塔氣體溫度30℃、出塔氣體水露點(diǎn)-10℃、吸收塔操作壓力4300kPa（絕），圖11-3天然氣含水量查天然氣含水量圖得：進(jìn)塔氣體含水量Win=900×10-6kg水/m3=0.9kg水/103m3出塔氣體含水量Wout=80×10-6kg水/m3=0.08kg水/103m3由于進(jìn)塔氣體的含水量很小，而已知的處理氣量（干基）很大，故考慮處理氣量（濕基）仍為3186.8233m3/h。因此，進(jìn)料氣脫水量QUOTEQUOTEwin?woutq24=1.6?0.12×4006）進(jìn)吸收塔原料氣流率進(jìn)塔氣體的水量QUOTEQUOTE40×104×1.6×10?32440×1047）進(jìn)塔TEG貧液的摩爾流率估算假定吸收塔能脫除進(jìn)料氣中的所有水分，即：完全脫水量GL=2.8681kg/h=0.1593kmol/h取三甘醇的循環(huán)量為3LTEG/kgH2OTEG貧液的質(zhì)量循環(huán)流率：QUOTEρi因此，進(jìn)塔TEG貧液的摩爾流率=TEG的質(zhì)量流量/TEG分子量=0.0598kmol/h8）汽提氣量的估算要使TEG的再生濃度達(dá)到99%以上，流程設(shè)計(jì)中采用貧液汽柱進(jìn)行汽提法再生。汽提氣的進(jìn)料流率按0.0060kmol/h。1.2熱量橫算1.2.1重沸器重沸器的熱負(fù)荷按經(jīng)驗(yàn)法確定：式中：QR—脫除1kg水所需的重沸器熱負(fù)荷，kJ/kg水LG—甘醇循環(huán)量，L/kg水重沸器熱負(fù)荷QRT=2995.64×24.67=73902.4388kJ/h=20.53kw考慮15%的設(shè)計(jì)裕量，故重沸器熱負(fù)荷取23.61kw重沸器火管傳熱表面的熱流密度取5.9kw/m2,故重沸器火管傳熱面積=23.61/5.9=4m21.2.2貧/富甘醇換熱器1）貧、富甘醇進(jìn)口與出口溫度貧甘醇進(jìn)口溫度為199℃，出口溫度為88℃；富甘醇進(jìn)口溫度為29℃，出口溫度為t2）貧甘醇熱負(fù)荷貧甘醇在平均溫度143℃的比熱容為2.86kJ/(kgK)，故貧甘醇熱負(fù)荷=1919.9×(199-88)×2.86=609491.5kJ/h3）富甘醇出口溫度假定富甘醇出口溫度為141℃，富甘醇在平均溫度85℃時(shí)的比熱容為2.6kJ/(kgK)，由熱量平衡確定富甘醇的出口溫度，經(jīng)迭代計(jì)算得：609491.5=1969.23×2.6×(t-29)t=149℃1.2.3氣體/貧甘醇換熱器1）貧甘醇熱負(fù)荷貧甘醇進(jìn)口溫度為88℃，出口溫度為38℃。貧甘醇在平均溫度63℃時(shí)的比熱容為2.34kJ/(kgK)，故貧甘醇熱負(fù)荷=1919.9×2.34×(88-38)=224628.3kJ/h2）氣體降溫由于出吸收塔干氣質(zhì)量流量遠(yuǎn)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，其值可由熱量平衡確定。干氣摩爾流量：QUOTEQUOTE40×104×273.15(273.15+15.6)×22.4×24=703.8△tkmol/h干氣的摩爾熱容為37.7kJ/(kmolK)，由熱量平衡確定干氣溫降△t為224628.3=132.5627×37.7×△t△t=44.9℃1.2.4再生塔頂回流冷凝器查物性表，在常壓下水分的汽化潛熱△Hv為2260KJ/KgH2O故脫除水分的汽化熱為Qv=ΔH×GL=2260×2.8681=6481.906kJ/h回流冷凝器的熱負(fù)荷一般為水分汽化熱的25%，即冷凝器熱負(fù)荷：6481.906×0.25=1620.4765kJ/h回流冷凝器的熱負(fù)荷在流程中用來加熱再生塔富液精餾柱頂?shù)膿Q熱盤管。1.3吸收塔的設(shè)計(jì)及計(jì)算1.3.1吸收塔的直徑三甘醇在操作條件下的密度為1112kg/m3氣體在操作條件的密度的求?。禾烊粴夥肿恿浚?17.3457g/mol已知壓縮因子z=0.9208板間距取0.6m，吸收塔允許氣體速度：—允許空塔氣速，—甘醇在操作條件下的密度，—?dú)怏w在操作條件下的密度，K—經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，有板間距為600mm故K取0.0488由《天然氣地面工程》查得：天然氣在20℃，4.2MPa下的壓縮因子為0.92，與空氣在20℃，101.3MPa下的相對密度：圖11-4兩參數(shù)普遍化壓縮因子圖(低壓段)進(jìn)料氣在操作條件下的體積流量：吸收塔截面積為：吸收塔直徑：取內(nèi)徑為1.46m1.3.2泡罩塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及選用1）泡罩直徑由塔徑為1.46m，查文獻(xiàn)可知泡罩直徑選100mm表11-1泡罩直徑的選擇（mm）塔徑/m泡罩直徑/mm1.0以下801.0～31003.0以上1502）泡罩齒縫的形狀和尺寸泡罩齒縫形狀選擇矩形，齒縫寬度范圍是3～15mm，這里取4mm。齒縫高度選擇查表11-2，有泡罩直徑100mm，故取齒縫高度為28mm。表11-2齒縫高度與泡罩直徑的關(guān)系泡罩直徑/mm齒縫高度/mm8020～3010025～32150353）所需最小泡罩?jǐn)?shù)允許最大空塔氣速體積流速為：最小齒縫面積由式（4-4）求得：式中:—每層塔板的最小齒縫面積，—最大氣相負(fù)荷，—液相密度，—?dú)庀嗝芏?，h—泡罩齒縫高度，mr—泡罩齒縫上底寬度與下寬度的比值（矩形為1）故所需最小泡罩?jǐn)?shù)n=（個(gè)）其中F4—單個(gè)泡罩的齒縫面積（每個(gè)泡罩有30個(gè)齒縫）F4=0.025×0.01×30=0.0084）泡罩排列及中心距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，以利于液相分布均勻。適宜的泡罩中心距t為其外徑的1.25～1.5倍，這里取1.4倍即t=1.4×100=140。相鄰泡罩外緣間的距離為t-D=140-100=40mm1.3.3板面布置（1）塔板溢流形式的選擇因塔徑D=1.46m，選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。（2）安定區(qū)通常取出口安定區(qū)寬度=50mm（3）邊緣區(qū)對直徑在2.5m以下的塔板，邊緣區(qū)寬度Wc可取50mm（4）溢流裝置計(jì)算堰長取=0.6D=0.6×1.46=0.876m溢流堰高度由選用平直堰，堰上層高度：式中—塔內(nèi)液體流量，E—液流收縮系數(shù)，由文獻(xiàn)查得E=1.02，則取板上清液層高度=60mm=0.06-0.003=0.057m弓形降液管寬度和截面積由查圖4-7，得=液體在降液管中停留時(shí)間：故降液管設(shè)計(jì)合理。降液管底隙高度：取故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度mm1.3.4吸收塔高度吸收塔直徑D=1.46m吸收塔內(nèi)塔板間距為0.6m，共8層塔板，高度為4.8m進(jìn)口氣滌器高度為0.6m,貧甘醇進(jìn)口至塔頂捕霧器高度為0.6m，裙底取1.5m故：吸收塔總高度H=4.8+0.6+0.6+1.5=7.5m.1.4設(shè)備計(jì)算與選型1.4.1精餾柱1）直徑式中D—精餾柱直徑，mmD=247.7×=196.6mm（可取200mm）2）填料高度精餾柱高取1.8m，內(nèi)填充25mm的陶瓷Intalox填料。1.4.2甘醇泵將泵放在地面，對單位重量流體列伯努利方程其中，略去，則該流量下泵的壓頭為：泵的有效功率為：選用兩臺泵串聯(lián)，IS-80-50-315型單級單吸離心泵參數(shù)如表4-3：表11-3IS-80-50-315型單級單吸離心泵參數(shù)表轉(zhuǎn)速r/min2900軸功率kw35.3流量m3/h60電機(jī)功率kw37揚(yáng)程m123效率/%57必須汽蝕余量m3.0質(zhì)量（泵/底座）kg125/1601.4.3閃蒸分離器閃蒸分離器的尺寸可根據(jù)液體停留時(shí)間確定，即V—閃蒸分離器中要求的沉降容積，—甘醇溶液循環(huán)流量，t—停留時(shí)間，min對兩相分離器，停留時(shí)間為5～10min；對三相分離器，停留時(shí)間為20～30min。將數(shù)據(jù)帶入式（4-9）可得閃蒸分離器沉降容積為：按30%的設(shè)計(jì)裕量：V=0.1365現(xiàn)選擇分離器的直徑為D=0.5m，有圓柱體積公式，，帶入數(shù)據(jù),可得:L=0.7m，故取分離器長度為0.8m。因此，為了滿足分離要求，需選擇的閃蒸分離器為重力臥式分離器，其直徑為0.5m,長度L為0.8m。1.4.4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(yàn)值K取200，熱負(fù)荷加上10%裕量即，90003.66×1.1=99004.026kJ/h=27.5kw,以考慮污垢熱阻和甘醇循環(huán)量波動的影響?！嫫渲?，=88-35.6=52.4℃=37-31=6℃查管殼式熱交換器系列標(biāo)準(zhǔn)得，選擇固定管板式換熱器，其換熱管直徑為19mm的換熱器基本參數(shù)（管心距為25mm）如下表所示：表11-4熱管為19mm的換熱器基本參數(shù)表公稱直徑/mm273中心排管數(shù)9公稱壓力/MPa2.5管程流通面積/0.0115管程數(shù)n1換熱管長度/mm2000管子根數(shù)n65計(jì)算換熱面積/7.41.4.5重沸器尺寸由于火管傳熱面積為3.04，為了滿足規(guī)格要求，選擇38mm×2.5mm管徑立式熱虹吸式重沸器規(guī)格如下：表11-538mm×2.5mm管徑式熱虹吸式重沸器基本參數(shù)表公稱直徑/mm400換熱管長度/mm1.5管程數(shù)n1換熱管面積/m28.5換熱管數(shù)量51長徑比5中心排管數(shù)7管程流通面積/m20.04361.4.6貧/富甘醇換熱器尺寸由于流體在管道中是逆流流動，所以，其對數(shù)平均溫度為：℃其中，=199-148=51℃=88-29=59℃K取經(jīng)驗(yàn)值為93，故選擇固定管板式換熱器，管徑為19mm表11-619mm固管板式換熱器基本參數(shù)表公稱直徑/mm219中心排管數(shù)7公稱壓力/MPa2.5管程流通面積/m20.0058管程數(shù)n1換熱管長度/mm3000管子根數(shù)n33計(jì)算換熱面積/m25.71.4.7原料氣分離器已知原料氣中氣體的密度為15.98，原料氣的質(zhì)量流量為M=，所選擇的分離器至少能除去的顆粒直徑為，查圖知，氣體的粘度為0.0108mPa·s由公式，代入數(shù)據(jù)，可得：=2197.7故：液滴在給定分離條件下處于過渡區(qū)，利用—關(guān)系，可得：有公式，代入數(shù)據(jù)，可得：=0.19m/s由于氣體流量為，現(xiàn)選擇該分離器的直徑D=1.0m，則該分離器的長度為L=，代入數(shù)據(jù)，可得：L=1.72m因此，為了滿足分離要求，需選擇一個(gè)不帶捕霧器的重力臥式分離器，其直徑為1.0m，長度為1.72m。1.5脫水段總結(jié)1.5.1設(shè)備一覽表表5-7脫水裝置主要工藝設(shè)備表設(shè)備名稱單位數(shù)量直徑(m