TEG脱水的设计讲解

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=20-(-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160C~490C•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3-15TEG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/d•m2原料气分离器截面积的确定•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/(d•m2)•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10μm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[(ρl–ρg)/ρg]0.5(3-7)D=[4.18/G/C]0.5/[(ρl–ρg)/ρg]0.25(3-8)G=0.05QΔ(3-9)G=0.00173QMn(3-10)式中Ga——气体的最大通允许质量流速，kg/（h·m2）ρl——吸收塔中液相密度，kg/m3ρg——吸收塔中气相密度，kg/m3C——常数（参见表3-9）；D——吸收塔直径，mG——原料气的质量流量，kg/hQ——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公式的应用设备与介质板间距46cm61cm75cm油吸收塔700800850甘醇吸收塔500550醇胺吸收塔350395精馏塔440540600C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365.76m•2.76MPa(表)16.8L/kg38.890C6块•2.7625.038.890C5块•2.7625.047.220C8块吸收塔操作温度的影响操作压力100~10000kPa（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5.56~16.670C•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0.30~0.50MPa3停留时间5~20min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10~30min•典型尺寸与沉降容积的关系可查表D.6(立式)D.7(卧式)TEG循环量的计算•WR=[(Win-Wout)/Gs]•WR=脱除水量;kg/h•Win=进料气含水量;kg/h•Wout=脱水气含水量;kg/h•Gs=装置处理量;m3/hTEG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15~20min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18.9~31.5kW/m2•注意燃烧器火焰形状及长度•避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•Qc•QR=所需热负荷;kW•L=TEG循环量;m3/h•Qc=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)•26.716.8373.5•37.816.8340.0•37.825.2298.2典型的重沸器尺寸(表D.9)•根据表D.8确定重沸器热负荷•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/h103kJ/h•m2m279.168.11.1679.1113.60.70263.868.13.88263.8113.62.32TEG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20~30L/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380C6块实际塔板接触温度380C4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1－1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1－1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Φ1500（设计）Φ2000（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：18－25KW/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!