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1、西南油气田分公司天然气研究院 TEG脱水装置的设计要点脱水装置的设计要点陈赓良陈赓良陈赓良陈赓良 20062006年年年年6 6月月月月 设计的原始条件设计的原始条件原料气的流量范围原料气的流量范围设计压力设计压力设计温度范围设计温度范围操作压力范围操作压力范围操作温度范围操作温度范围原料气相对密度（空气为原料气相对密度（空气为1.0）原料气的含水量或露点原料气的含水量或露点脱水后气体的含水量或露点脱水后气体的含水量或露点天然气的含水量及其露点天然气的含水量及其露点图3-1天然气中的水含量及其露点露点降及要求的脱水量露点降及要求的脱水量假定脱水装置操作压力为假定脱水装置操作压力为2.76MPa
2、(表表)进料气进料气200C;含水含水7.34kg/104m3脱水气脱水气-8.890C;含水含水1.09kg/104m3露点降露点降 = 20-(-8.89)=28.890C脱水量脱水量 = 7.34 1.09 =6.25kg/104m3进料进料天然气的温度天然气的温度进料进料天然气温度应在天然气温度应在160C490C温度过高温度过高TEG粘度过大粘度过大,塔板效率降低塔板效率降低温度升高含水量增加温度升高含水量增加,要求提高要求提高TEG浓度浓度温度升高温度升高TEG的蒸发损失量也增加的蒸发损失量也增加必要时应设置原料气冷却器必要时应设置原料气冷却器进料天然气温度过高也可考虑选择其它工艺
3、进料天然气温度过高也可考虑选择其它工艺TEG脱水的工艺流程脱水的工艺流程图3-15TEG法脱水的原理流程工艺流程概要工艺流程概要1高压低温下脱水（吸收塔）高压低温下脱水（吸收塔）2常压高温下再生（再生塔）常压高温下再生（再生塔）3降压闪蒸释放出溶解气体（闪蒸罐）降压闪蒸释放出溶解气体（闪蒸罐）4贫富液换热回收能量（优化操作）贫富液换热回收能量（优化操作）5气体贫气体贫TEG换热控制塔顶温度换热控制塔顶温度6除沬器降低溶剂损耗除沬器降低溶剂损耗7过滤器改善溶剂质量过滤器改善溶剂质量 优化操作的考虑优化操作的考虑气体气体/TEG换热器调节塔顶温度换热器调节塔顶温度贫贫/富液换热器调节闪蒸罐温度富液
4、换热器调节闪蒸罐温度干气汽提提高贫干气汽提提高贫TEG浓度浓度设置多种过滤器保证设置多种过滤器保证TEG溶液清洁溶液清洁设置能量回收泵以降低能耗（高压装置）设置能量回收泵以降低能耗（高压装置） TEG脱水的简化流程脱水的简化流程简化流程的特点及适用条件简化流程的特点及适用条件不不需要外界供给冷却水及蒸汽需要外界供给冷却水及蒸汽涉及设备少，投资低，容易维护涉及设备少，投资低，容易维护装置的热效率低装置的热效率低TEG的损失量较大的损失量较大适合边远井站处理量较小的装置适合边远井站处理量较小的装置原料气分离器原料气分离器1 应尽可能除去机杂与液滴应尽可能除去机杂与液滴 控制：腐蚀降解发泡控制：腐蚀
5、降解发泡2重力式分离器应加除沬器重力式分离器应加除沬器3水洗式旋风分离器水洗式旋风分离器4必要时采用过滤式分离器必要时采用过滤式分离器5 与吸收塔组合（小型装置）与吸收塔组合（小型装置）分离器截面积与允许流量的关系分离器截面积与允许流量的关系原料气相对密度原料气相对密度 0.6操作压力操作压力 6.90MPa(表表)操作温度操作温度 21.110C查表查表D.1 最大流量最大流量=2.44x106m3/dm2原料气分离器截面积的确定原料气分离器截面积的确定截面积截面积 Ac=Gs(实际流量实际流量)/Ga(允许允许)在在0.6; 6.90MPa(表表);21.110C下下 实际流量为实际流量为
6、2x106m3/d 允许流量为允许流量为2.44xm3/(dm2)Ac = 2/2.44 = 0.82m2查表查表D.3 分离器外径大致为分离器外径大致为1219mm(8.28MPa) 分离器设计的优化分离器设计的优化分离器可以与吸收塔组合一体分离器可以与吸收塔组合一体组合式分离器直径一般与吸收塔相同组合式分离器直径一般与吸收塔相同(此时此时)最小直径应按吸收塔允许流速定最小直径应按吸收塔允许流速定以捕雾器除去直径大于以捕雾器除去直径大于10m的液滴的液滴推荐使用过滤式分离器推荐使用过滤式分离器(除掉润滑油除掉润滑油)必要时储液部位设置加热盘管必要时储液部位设置加热盘管必要时在分离器前设置水冷
7、器必要时在分离器前设置水冷器 吸收塔设计要点吸收塔设计要点塔型的选择塔型的选择塔塔的的直径直径塔板间距塔板间距塔板数或填料高度塔板数或填料高度进出口管线尺寸进出口管线尺寸捕雾器与顶板间的分离空间捕雾器与顶板间的分离空间吸收塔塔型选择与塔径的确定吸收塔塔型选择与塔径的确定板式塔与填料塔均可采用板式塔与填料塔均可采用用泡罩塔比浮阀塔有利用泡罩塔比浮阀塔有利TEG较粘稠气液比很高较粘稠气液比很高塔径较小时可采用填料塔塔径较小时可采用填料塔瓷质填料和不锈钢填料均相可使用瓷质填料和不锈钢填料均相可使用不锈钢填料不易破碎且气体流率较高不锈钢填料不易破碎且气体流率较高近年来近年来(小型装置小型装置)大多使用
8、整装填料大多使用整装填料塔径用塔径用Brown-Sounder公式确定公式确定吸收塔的推荐最大天然气流量吸收塔的推荐最大天然气流量(表表D.2)原料气相对密度原料气相对密度 0.6操作压力操作压力 6.90MPa(表表)操作温度操作温度 21.110C查表查表D.2和和D.3 最大流量最大流量=1.43x106m3/dm2 吸收塔外径大致为吸收塔外径大致为1524mm 露点降与吸收塔实际板数露点降与吸收塔实际板数(表表D.5)假定塔板效率为假定塔板效率为0.33%假定假定1块理论板等于块理论板等于0.91m填料高度填料高度假定脱水气体含水量假定脱水气体含水量1.13kg/104m3假定贫假定贫
9、TEG浓度浓度99.1%假定重沸器假定重沸器204.40C假定海拔高度假定海拔高度365.76m2.76MPa(表表) 16.8L/kg 38.890C 6块块2.76 25.0 38.890C 5块块2.76 25.0 47.220C 8块块（1）循环量和塔板数固定时，TEG浓度愈高则露点降愈大，通常这是提高露点降最有效的途径。（2）循环量和TEG浓度固定时，塔板数愈多则露点降愈大，但一般情况下实际塔板数不超过10块。塔板效率大致在25%40%之间。（3）塔板数和TEG浓度固定时，循环量愈大则露点降愈大，但循环量升高至一定值后，露点降的增加值明显减少，且循环量过大会导致重沸超负荷，动力消耗过
10、大。因此，通常最高不超过33L/kg（水）。 循环量循环量塔板数塔板数TEG浓度的关系浓度的关系 原料气原料气/贫贫TEG换热器换热器其其作用是控制贫作用是控制贫TEG温度比天然气流温度高温度比天然气流温度高5.5616.670C，一般高一般高50C。贫贫TEG温度过高，有较多水残留于脱水气体中温度过高，有较多水残留于脱水气体中贫贫TEG温度过低，虽有利于降低温度过低，虽有利于降低TEG损耗，但损耗，但易使烃类在吸收塔中冷凝易使烃类在吸收塔中冷凝采用简化流程的小型装置，可在顶部塔板与除采用简化流程的小型装置，可在顶部塔板与除雾器之间设置一组换热盘管来取代换热器雾器之间设置一组换热盘管来取代换热
11、器富液闪蒸罐富液闪蒸罐1功能是释放出TEG中的溶解气体烃类气体硫化氢二氧化碳2操作压力0.300.50MPa3停留时间520min贫天然气通常取5min4需要破乳时应升温至约650C，并在罐内停留20min 闪闪蒸罐蒸罐尺寸的计算尺寸的计算(表表D.6和表和表D.7)根据液体停留时间根据液体停留时间(t)计算计算 V = L t/60 V= 闪蒸罐所需沉降容积闪蒸罐所需沉降容积(m3) L= TEG循环量循环量(m3/h)两相时两相时t取取5min;三相时三相时t取取1030min典型尺寸与沉降容积的关系可查表典型尺寸与沉降容积的关系可查表 D.6(立式立式) D.7(卧式卧式) TEG循环量
12、的计算循环量的计算WR=(Win-Wout)/GsWR=脱除脱除水量水量; kg/hWin=进料气进料气含水量含水量; kg/hWout=脱水气含水量脱水气含水量; kg/hGs=装置处理量装置处理量; m3/h TEG循环泵循环泵按按TEG循环量及吸收塔压力选泵循环量及吸收塔压力选泵天然气驱动与电驱动天然气驱动与电驱动能量回收泵的应用能量回收泵的应用(节能考虑节能考虑)是否需要备用泵是否需要备用泵电机型式电机型式 功率功率 电压电压 转速转速脉动缓冲器脉动缓冲器流量指示流量指示(流量计流量计)TEG过滤器过滤器功能是除去固体及溶解性杂质功能是除去固体及溶解性杂质机械过滤器除去机械过滤器除去5
13、 左右的固体杂质左右的固体杂质 滤料：纤维制品纸张玻璃纤维滤料：纤维制品纸张玻璃纤维活性炭过滤器除去溶解性杂质活性炭过滤器除去溶解性杂质重烃表面活性剂润滑油等等重烃表面活性剂润滑油等等可采用部分过滤或全流过滤可采用部分过滤或全流过滤停留时间为停留时间为1520min 贫富液换热器贫富液换热器1 回收贫液热量，使富液升温至回收贫液热量，使富液升温至1480C2调节贫液入塔的富液闪蒸温度调节贫液入塔的富液闪蒸温度3最常用的形式为罐壳式最常用的形式为罐壳式4小型装置可用换热罐替代小型装置可用换热罐替代5换热罐效率较低，一般换热后富液换热罐效率较低，一般换热后富液温度温度不超过温度温度不超过930C再
14、生塔和重沸器再生塔和重沸器再生系统的功能是提浓再生系统的功能是提浓TEG溶剂溶剂再生塔约需再生塔约需3块理论板，重沸器算块理论板，重沸器算1块块重沸器可选用蒸汽、火管、热油等形式重沸器可选用蒸汽、火管、热油等形式回流比一般取回流比一般取1左右左右富液在塔中部进料，塔顶设置除沬器富液在塔中部进料，塔顶设置除沬器塔径也用塔径也用Brown-Sounder公式计算公式计算 (贫贫)TEG的缓冲罐的缓冲罐缓冲罐是否与重沸器组合缓冲罐是否与重沸器组合?缓冲罐必须有足够的容积缓冲罐必须有足够的容积缓冲罐应配有足够大的缓冲罐应配有足够大的TEG储罐储罐安装高度应保证入泵的压头安装高度应保证入泵的压头 重沸器
15、温度与重沸器温度与TEG浓度的关系浓度的关系 TEG重沸器传热强度重沸器传热强度/温度温度 火管火管传热强度不应大于传热强度不应大于31.5kW/m2平均范围平均范围18.931.5kW/m2注意燃烧器火焰形状及长度注意燃烧器火焰形状及长度避免在火管中形成过热点避免在火管中形成过热点TEG平均温度不大于平均温度不大于2040C最高壁温不应大于最高壁温不应大于2210C进一步提高热效率可以增加火管表面积进一步提高热效率可以增加火管表面积 重沸器热重沸器热负荷的估算负荷的估算(D.9)QR = L QcQR=所需热负荷所需热负荷; kWL=TEG循环量循环量; m3/hQc=1m3TEG所需热量所
16、需热量; kJ/m3 重沸器热重沸器热负荷的经验系数负荷的经验系数(表表D.8)基础条件基础条件贫贫TEG浓度浓度 99.1%重沸器温度重沸器温度 204.40C大气热损失大气热损失 10%出贫出贫TEG换热的换热的TEG温度温度 93.30C吸收塔温度吸收塔温度 TEG/水比率水比率 系数系数(kJ/m3) 26.7 16.8 373.5 37.8 16.8 340.0 37.8 25.2 298.2 典型的重沸器尺寸典型的重沸器尺寸(表表D.9)根据表根据表D.8确定重沸器热负荷确定重沸器热负荷根据传热强度确定传热面积根据传热强度确定传热面积传热强度传热强度=火管热负荷火管热负荷/火管表面
17、积火管表面积 热负荷热负荷 传热强度传热强度 火管表面积火管表面积 103kJ/h 103kJ/hm2 m2 79.1 68.1 1.16 79.1 113.6 0.70 263.8 68.1 3.88 263.8 113.6 2.32TEG脱水的操作要点脱水的操作要点保证保证TEG的提浓效果的提浓效果惰气气提共沸蒸馏惰气气提共沸蒸馏合理确定循环量合理确定循环量2030L/kg(H2O)合理确定再生温度和再生热量合理确定再生温度和再生热量 重沸器加热温度不宜超过重沸器加热温度不宜超过2040C合理确定贫液入塔温度和富液闪蒸温度合理确定贫液入塔温度和富液闪蒸温度必要时使用消泡剂、中和剂和缓蚀剂必
18、要时使用消泡剂、中和剂和缓蚀剂 气提气量对气提气量对TEG浓度的影响浓度的影响TEG浓度循环量塔板数的关系浓度循环量塔板数的关系TEG浓度是最关键的控制条件浓度是最关键的控制条件。当贫。当贫TEG浓度浓度不符合要求时，塔顶气液平衡决定产品气的不符合要求时，塔顶气液平衡决定产品气的含水量，即使提高循环量不能改善脱水效果。含水量，即使提高循环量不能改善脱水效果。TEG浓度和循环量不变时，塔板数愈多露点降浓度和循环量不变时，塔板数愈多露点降愈大。愈大。但一般不应超过但一般不应超过10块理论板块理论板。塔板效率。塔板效率大致在大致在25%40%之间之间TEG浓度和塔数不变时，循环量愈大则露点降浓度和塔数不变时，循环量愈大则露点降也愈大。也愈大。但一般不应超过但一般不应超过35L/kg(H2O)。 8块实际塔板块实际塔板 接触温度接触温度380C 6块实际塔板块实际塔板 接触温度接触温度380C 4块实际塔板块实际塔板 接触温度接触温度380C降低降低TEG损耗的技术措施损耗的技术措施合理选择操作参数合理选择操作参数改善气液分离效果改善气液分离效果改善破沬与除沬效果改善破沬与除沬效果加强过滤分离，保持溶液清洁加强过滤分离，保持溶液清洁必要时使用助剂必要时使用助剂
