1、重庆科技学院 毕业设计（论文） 题 目 天然气三甘醇脱水工艺设计 吸收塔及重沸器设计、泵的选型 院 （系） 石油与天然气工程学院 专业班级 油气储运工程 2007 级 学生姓名 学号 2007440225 指导教师 职称 教 授 评阅教师 职称 讲 师 2011 年 6 月 8 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1） 封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明 3） 中文摘要（ 300 字左右）、关键词 4） 外文摘要、关键词 5） 目次页（附件不统一编入） 6） 论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7） 参考文献 8）致谢 9） 附录（对论文支持必要时） 2
2、.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于 1.2万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理 ，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用 A4单面打印，论文 50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
3、5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3）其它 学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师梁平的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结 果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字）： 2011年 6 月 8日 重庆科技学院本科生毕业设计 摘要
4、I 摘 要 天然气中的水对于天然气的输送和使用都是有害的，因此，在经济条件允许的情况下，尽可能的脱去天然气中的水，不论对于天然气输送还是使用都非常的有必要。 天然气中的水通常以气态和液态两种形式存在，在少数情况下也会呈固 态。 天然气净化的一个重要环节就是脱除液态水和气态水，从而防止固态水在输送过程中的产生。液态水只需要通过简单的气液分离就能将其与天然气分离开，气态水用这种方法则不能被脱除。脱除天然气中气态水的方法目前主要有吸收法、吸附法、冷凝法以及超音速法，这一篇文章应用的是吸收法脱水中的三甘醇脱水。文章根据三甘醇脱水的原理，依据三甘醇脱水工艺流程，结合已知的天然气日处理量和其它相关物理化学
5、参数，经过严密理论计算、严格执行行业现行相关规范 ,设计出了吸收塔、重沸器，并根据工艺要求选择出了甘醇循环泵。 关键词： 三甘醇脱水 吸收 塔 重沸器 甘醇循环泵 重庆科技学院本科生毕业设计 ABSTRACT II ABSTRACT The water in the natural gas for transmission and use are harmful, therefore, in economic conditions allow as far as possible remove the water in the nature gas is necessary for gas t
6、ransmission and use. The water in Natural gas usually of gas and liquid form existence, in a few instances will also is solid. One of the important process natural gas purification is removing liquid water and gas water, thus preventing solid water produced during pneumatic conveying. Liquid water o
7、nly through simple gas-liquid separation can separate it with natural gas, but gas water using this method cannot be removal. The methods removals of water vapor in nature gas have absorption, adhesion, condensation and supersonic, this article is the application absorption method of TEG dehydration
8、. Article based on the principle of TEG dehydration, and the classic TEG dehydration process, then combined daily processing capacity with other relevant Physical Chemistry parameters of the known natural gas, after a rigorous theoretical calculation and strict implementation of the current industry
9、-related standards, designed the absorption tower, rebuilder, according to process requirements Selected the TEG circulation pump. Keywords: TEG dehydration; absorption tower; reboiler; TEG circulation pump 重庆科技学院本科生毕业设计 目录 III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 1 绪 论 . 1 1.1本课题的目的 . 1 1.2天然气三甘醇脱水国内外现状 . 1 1
10、.3设计参数 . 3 1.4遵循的规范、标准 . 4 2 吸收塔设计 . 5 2.1吸收塔选型 . 5 2.2吸收塔工艺计算 . 6 2.3吸收塔设计结果 . 24 3 重沸器设计 . 26 3.1重沸器选材 . 26 3.2重沸器设计 . 26 3.3重沸器设计结果 . 29 4 三甘醇泵的选型 . 30 4.1影响选泵的因素 . 30 4.2选泵结果 . 30 5 结 论 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 附 录 . 35 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 1 1 绪 论 1.1 本课题的目的 在学习完本科油气储运工程专业课程之后，我对油气储运工程专业以后要从事的工作得以窥见
11、一斑，也对油气储运工程有了一定的认识。油气储运工程研究方向 众多，本课题要研究的只是天然气净化中的脱水环节。目前天然气的脱水方法主要有冷凝法、吸收法、吸附法以及超音速法。本课题采用的是使用较为广泛的三甘醇吸收法脱水。天然气三甘醇脱水的主要设备有吸收部分的过滤分离器、吸收塔，再生部分的闪蒸分离器、三甘醇过滤器、甘醇换热器、精馏柱、再生塔、重沸器以及甘醇循环泵。 为了对天然气三甘醇脱水有一个更加系统、全面的了解，综合利用所学知识进行2000104 m3/d 天然气三甘醇脱水装置工艺设计。通过学习和训练，能入理解三甘醇脱水的基本理论和技术，掌握三甘醇脱水的设计思路及方法， 而本课题的主要目的是通过对
12、天然气三甘醇脱水系统吸收塔、重沸器的设计以及泵的选型使自己对天然气三甘醇脱水系统有更进一步的认识，对吸收塔、重沸器及泵的工作原理、尺寸结构、运行工况有一定的掌握，能够根据三甘醇脱水系统的工况简单分析一些在系统运行中常见的问题，并给出相应的解决方案。 1.2 天然气三甘醇脱水国内外现状 1.2.1 三甘醇脱水系统 三甘醇作为脱水剂其优点缺点对比如表 1-1 所示； 表 1-1三甘醇作为脱水剂其优点缺点对比 优点 缺点 具有 DEG 的优点， 理论热分解温度较 DEG高， 获得露点降较大， 蒸汽压较 DEG 低，蒸发损失小， 投资及操作费用较 DEG 低。 投资及操作费用较 CaCl2 水溶液法高
13、， 当有液烃存在时，再生过程易起泡，有事需要加入消泡剂。 三甘醇脱水系统在天然气工业中得到了广泛的应用。但还是存在着一些问题：系统比较复杂；三甘醇溶液再生过程的能耗比较大；三甘醇溶液会损失和被污染，因此 需要补充和净化；三甘醇与空气接触会发生氧化反应，生成有腐蚀性的有机酸。所以， 三甘醇脱水的投资和运行成本比较高。 目前国内的橇装三甘醇脱水系统多从国外引进。虽然性能很好，但是也存在很多问题。如一次性投资比较大；各种零配件和消耗品不易购买，而且价格昂贵；计量标准与我国现行标准不同；测量系统不适合我国的天然气性质等。例如四川大天池天然气输送重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 2 干线引进的橇装三甘醇
14、脱水系统， 1999 年 3 月 25 日至 7 月 27 日试运行过程中，日平均三甘醇消耗量为 1119 kg，而且随着装置运行时间延长，三甘醇消耗逐渐增加。由于使用的三甘醇 需要进口，价格较高，因此三甘醇消耗量成为影响生产成本的重要因素。 1.2.2 吸收塔 吸收塔是三甘醇脱水装置最主要的设备，通常由底部的进口气涤器（洗涤器）、中部的吸收段和顶部的捕露器 3部分组成。由于液体流量小，同时又不是塔尺寸计算的一个决定性因素，吸收塔的直径主要由气体流速与空塔速度决定，塔内的塔板数和所占空间则决定了吸收塔的高度。 吸收塔分为板式塔和填料塔 2 种类型。前者通常采用泡罩 (帽 )塔板，在确定了进料气
15、所要求的露点降、吸收塔的温度和压力等参数后，可根据贫三甘醇浓度、三甘醇循环量和露点降之间的关系，来选择 合适的贫三甘醇浓度和吸收塔塔板数。实践证明，任何泡罩式甘醇吸收塔至少要有 4块实际塔板数才能有良好的脱水效果，一般采用 4 12 块。填料塔主要采用瓷质鞍形填料和不锈钢环，一般根据填料效率和填料系数选择填料的尺寸。 在国外塔的发展方向主要是：“要求在提高处理能力和筒化结构”的前提下，保持一定的弹性操作和适当的压力降，并尽量提高塔盘的效率。至于新型材料的研究，则希望找到有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。 目前，我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形塔等，填料种类除拉西环、鲍
16、尔环外，阶梯环以及波纹 填料、金属丝网填料等规整填料也常采用。近年来，参考国外塔设备技术的发展动向，加强了对筛板塔的研制工作，提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新塔型。对多降液管塔盘、导向筛板、网孔塔盘等，也都作了较多的研究，并推广应用于生产。其它多种塔形和金属鞍环填料的流体力学性能、传质性能和几何结构等方面的试验工作，也在进行，有些已取得了一定的成果或用于生产。 1.2.3 重沸器 重沸器的作用是用来提供热量将富三甘醇加热至一定温度，使富三甘醇中所吸收的水分汽化并从精馏柱顶排放，同时提供回流热负荷及补充散热损失。 按照水力学特性， 精馏柱的重沸器一般可以分为一下两类： 池式沸腾设备，如釜式重沸器和内
17、置式重沸器； 高速一次通过式和循环式设备，如热虹吸式重沸器和泵强制输送式重沸器。 在三甘醇脱水系统中 重沸器通常为卧式容器，采用釜式结构，一般采用火管直接加热、水蒸气或热油间接加热、电加热以及废气加热等 4种加热形式。当采用火管直接加热方法时，要注意将重沸器安装在平台下风向一个安全的地方当采用水蒸气或热油作热源时，热流密度由热源温度控制，热源温度的推荐值为 232 ，有时也可用 260 。不论采用何种热源，重沸器内三甘醇溶液液位应比顶部传热管高 150mm。 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 3 1.2.4 甘醇循环泵 由于天然气系统压力高、三甘醇再生温度高等原因，在三甘醇脱水系统中泵甘醇循环
18、泵的泄漏较为普遍，这无疑就会增加三甘醇损耗量。 CQ 系列磁力离心 泵和 KIMRAY三甘醇泵都能够有效地解决泄漏问题， KIMRAY三甘醇泵还能节能减耗。 CQ 系列磁力离心 泵泵体逐渐是由主动和从动永磁钢组成的磁性联轴器，外磁钢和电动机相连为主动件，内磁钢和叶轮相连为被动件，当电动机启动后，通过磁力耦合驱动叶轮同步工作。泵的结构要点以静密封取代动密封 ，使泵的过流部件完全处于密封状态，从而保证介质与外界的隔绝，彻底解决了机械密封不能解决的跑、冒、滴、漏等弊端。 KIMRAY 三甘醇泵也称甘醇能量转换泵，利用吸收塔出来的高压富甘醇与来自再生装置的低压贫甘醇进行能量交换，将高压富甘醇变为低压富
19、甘醇离开循环泵，而低压贫甘醇变为高压贫甘醇进入吸收塔。 三甘醇脱水系统的 KIMRAY泵具有以下优点： 不需额外的动力，节能环保，符合当前创建资源节约型社会和创建环境友好型社会的时代主题。 泵吸入和排出的三甘 醇流量一致，因此脱水塔不需要液位显示和控制装置，使脱水装置的投运和日常操作、维护变得十分便利，提高了脱水装置的可靠性。 泵壳体上没有动密封，有效防止了三甘醇泄漏。 1.3 设计参数 原料气条件： 温度 40 ；压力 9.5MPa；流量 2000 104 m3/d（正常）、 2200104 m3/d（最大）。 原料气组成如表 1-2所示（ mol%）（干基）： 表 1-2原料天然气组分 组
20、分 mol% N2 0.5815 CO2 0.6911 He 0.0069 Methane 98.0730 Ethane 0.5314 Propane 0.0420 i-Butane 0.0067 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 4 续表 n-Butane 0.0100 i-Pentane 0.0036 n-Pentane 0.0038 n-Hexane 0.0044 n-Heptanes 0.0272 n-Octane 0.0065 n-Nonane 0.0031 n-Decane 0.0018 n-C11 0.0022 n-C12 0.0027 n-C13 0.0007 n-C14 0.
21、0014 Total 100.00 1.4 遵循的规范、标准 1 SY/T 0515-1997 油气分离器规范 2 SY/T 0076-2008 天然气脱水设计规范 3 SY/T 0602-2005 甘醇型天然气脱水设计规范 4 SY/T0010-1996 气田集气工程设计规范 5 SH 3098-2000 石油化工塔器设计规范 6 JBT 4737-1995 椭圆形封头 7 SY 0031-2004石油工业用加热炉安全规程 8 SY/T 0003-2003 石油天然气工程制图标准 9 GB 151-1999 管壳式换热器 5 JBT 4710-2005 钢制压力容器 13 GBT 9019-2001 压力容器公称直径 14 GB150.2-2010 固定式压力容器 15 GB50011-2010 建筑物抗震设计 16 SY/T 0504-2006 石油工业用加热炉型式与基本参数
