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1、西南油气田分公司天然气研究院,TEG脱水装置的设计陈赓良 2006年元月,认识与体会,TEG脱水是一种成熟的工艺原料气脱水与净化气脱水理论与实际的结合优秀设计逻辑思维与形象思维的结合人脑与电脑的结合（人脑指挥电脑）,设计的原始条件,原料气的流量范围设计压力设计温度范围操作压力范围操作温度范围原料气相对密度（空气为1.0）原料气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,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,假定脱水装置操作压力为2.76MPa(表)进料气200C;含水7.34kg/104m3脱水气-8.890C;含水1.09kg/104m3露点降 = 2
2、0-(-8.89)=28.890C脱水量 = 7.34 1.09 =6.25kg/104m3,进料天然气的温度,进料天然气温度应在160C490C温度过高TEG粘度过大,塔板效率降低温度升高含水量增加,要求提高TEG浓度温度升高TEG的蒸发损失量也增加必要时应设置原料气冷却器,TEG脱水的工艺流程,图3-15 TEG法脱水的原理流程,工艺流程概要,1高压低温下脱水（吸收塔）2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）4贫富液换热回收能量（优化操作）5气体贫TEG换热控制塔顶温度6除沬器降低溶剂损耗7过滤器改善溶剂质量,优化操作的考虑,气体/TEG换热器调节塔顶温度贫/富液换热器
3、调节闪蒸罐温度干气汽提提高贫TEG浓度设置多种过滤器保证TEG溶液清洁设置能量回收泵以降低能耗（高压装置）,TEG脱水的简化流程,简化流程的特点及适用条件,不需要外界供给冷却水及蒸汽涉及设备少，投资低，容易维护装置的热效率低TEG的损失量较大适合边远井站处理量较小的装置,原料气分离器,1 应尽可能除去机杂与液滴 控制：腐蚀降解发泡2重力式分离器应加除沬器3水洗式旋风分离器4必要时采用过滤式分离器5 与吸收塔组合（小型装置）,分离器截面积与允许流量的关系,原料气相对密度 0.6操作压力 2.76MPa(表)操作温度 21.110C查表D.2 最大流量=0.89x106m3/dm2,原料气分离器截
4、面积的确定,截面积 Ac=Gs(实际流量)/Ga(允许)在0.6; 2.76MPa(表);21.110C下 实际流量为1x106m3/d 允许流量为0.89xm3/(dm2)Ac = 1/0.89 = 1.12m2查表D.3 分离器外径大致为1067mm(4.97MPa),分离器设计的优化,分离器可以与吸收塔组合一体组合工分离器直径一般与吸收塔相同(此时)最小直径应按吸收塔允许流速定以捕雾器除去直径大于10m的液滴推荐使用过滤式分离器(除掉润滑油)必要时储液部位设置回执盘管必要时在分离器前设置水冷器,吸收塔设计要点,塔型的选择塔的直径塔板间距塔板数或填料高度进出口管线尺寸捕雾器与顶板间的分离空
5、间,吸收塔塔型选择与塔径的确定,板式塔与填料塔均可采用用泡罩塔比浮阀塔有利TEG较粘稠气液比很高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不锈钢填料不易破碎且气体流率较高近年来(小型装置)大多使用整装填料塔径用Brown-Sounder公式确定,Ga = 0.305C (l g)/g0.5 (3-7) D = 4.18 / G / C 0.5 / (l g)/g 0.25 (3-8) G = 0.05 Q (3-9)G = 0.00173 Q Mn (3-10)式中 Ga 气体的最大通允许质量流速，kg/（hm2） l 吸收塔中液相密度，kg/m3 g吸收塔中气相密度，kg/m3 C
6、常数（参见表3-9）； D吸收塔直径，m G原料气的质量流量，kg/h Q原料气的体积流量，m3/d 原料气的相对密度， Mn原料气的相对分子质量。,Brown-Sounder公式的应用,C值的选择,露点降与吸收塔实际板数(表D.5),假定塔板效率为0.33%假定1块理论板等于0.91m填料高度假定脱水气体含水量1.13kg/104m3假定贫TEG浓度99.1%假定重沸器204.40C假定海拔高度365.76m2.76MPa(表) 16.8L/kg 38.890C 6块2.76 25.0 38.890C 5块2.76 25.0 47.220C 8块,吸收塔操作温度的影响,操作压力1001000
7、0kPa,（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，动力消耗过大。因此，通常最高不超过33L/kg（水）。,循环量塔板数TEG浓度的关系,原料气/贫TEG换热器,其作用是控制贫TEG温度比天然气流温度高5.5616.670C贫TEG温度过高，有较多水残留于脱水气体中贫TEG温度过低，虽有利于降低
8、TEG损耗，但易使烃类在吸收塔中冷凝采用简化流程的小型装置，可在顶部塔板与除雾器之间设置一组换热盘管来取代换热器,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,天然气在DEG及TEG中的溶解度,闪蒸罐尺寸的计算（D.8),根据液体停留时间(t)计算 V = L t/60 V= 闪蒸罐所需沉降容积(m3) L= TEG循环量(m3/h)两相时t取5min;三相时t取1030min典型尺寸与沉降容积的关系可查表 D.6(立式) D.7(卧式),TE
9、G循环量的计算,WR=(Win-Wout)/GsWR=脱除水量; kg/hWin=进料气含水量; kg/hWout=脱水气含水量; kg/hGs=装置处理量; m3/h,TEG循环泵,按TEG循环量及吸收塔压力选泵天然气驱动与电驱动能量回收泵的应用(节能考虑)是否需要备用泵电机型式 功率 电压 转速脉动缓冲器流量指示(流量计),TEG过滤器,功能是除去固体及溶解性杂质机械过滤器除去5左右的固体杂质 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重烃表面活性剂润滑油等等可采用部分过滤或全流过滤停留时间为1520min,贫富液换热器,1 回收贫液热量，使富液升温至1480C2调节贫液入塔的富
10、液闪蒸温度3最常用的形式为罐壳式4小型装置可用换热罐替代5换热罐效率较低，一般换热后富液温度温度不超过930C,再生塔和重沸器,再生系统的功能是提浓TEG溶剂再生塔约需3块理论板，重沸器算1块重沸器可选用蒸汽、火管、热油等形式回流比一般取1左右富液在塔中部进料，塔顶设置除沬器塔径也用Brown-Sounder公式计算,(贫)TEG的缓冲罐,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应配有足够大的TEG储罐安装高度应保证入泵的压头,重沸器温度与TEG浓度的关系,TEG重沸器传热强度/温度,火管传热强度不应大于31.5kW/m2平均范围18.931.5kW/m2注意燃烧器火焰形状及长度避
11、免在火管中形成过热点TEG平均温度不大于2040C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,重沸器热负荷的估算(D.9),QR = L QcQR=所需热负荷; kWL=TEG循环量; m3/hQc=1m3TEG所需热量; kJ/m3,重沸器热负荷的经验系数(表D.8),基础条件贫TEG浓度 99.1%重沸器温度 204.40C大气热损失 10%出贫TEG换热的TEG温度 93.30C吸收塔温度 TEG/水比率 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(表D.9),根据表D.8确定重沸
12、器热负荷根据传热强度确定传热面积传热强度=火管热负荷/火管表面积 热负荷 传热强度 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 2.32,TEG脱水的操作要点,保证TEG的提浓效果惰气气提共沸蒸馏合理确定循环量2030L/kg(H2O)合理确定再生温度和再生热量 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必要时使用消泡剂、中和剂和缓蚀剂,气提气量对TEG浓度的影响,TEG浓度循环量塔板数的关系,TEG浓度是最关键的控制条件。当贫TEG浓度不符合
13、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。TEG浓度和循环量不变时，塔板数愈多露点降愈大。但一般不应超过10块理论板。塔板效率大致在25%40%之间TEG浓度和塔数不变时，循环量愈大则露点降也愈大。但一般不应超过35L/kg(H2O)。,8块实际塔板 接触温度380C,6块实际塔板 接触温度380C,4块实际塔板 接触温度380C,降低TEG损耗的技术措施,合理选择操作参数改善气液分离效果改善破沬与除沬效果加强过滤分离，保持溶液清洁必要时使用助剂,天然气TEG脱水工艺技术交流,装置实例分析陈赓良2006年元月,东方11脱水装置存在的问题,处理量达不到设计要求400万/日（设计）260万/日（实际）贫TEG含水过高 99.8%(设计） 96%98.8%（实际）产品气远未达到技术指标138ppmv（设计） 1%(v)（实际）,对东方11脱水装置的评估,原料气CO2升高对处理量及脱水效率基本上没有影响吸收塔直径过小是影响处理量的关键1500（设计）2000（核算）重沸器传热面积不夠是影响TEG浓度的关键303KW（设计）292KW（核算）220KW（供货）传热面积设计范围：1825KW/m2供货设备取高值，传热面积仅12m2，实际应为17m2才比较合理循环量设计卡边有一定影响，但不是主要因素,不当之处敬请指正谢谢大家!,
