三甘醇脱水计算

三甘醇脱水计算
1、设计基础资料及数据
进站压力：7.0 MPa.g
进站温度：40 ℃
处理规模：400×104 m3/d
干气外输压力：大于6.0 MPa.g
原料气组成见表1。

表1 原料气组成（干基）
2、设备选型及工艺计算
脱水单元中，主要的设备有原料气进料分离器、吸收塔、三级过滤器、贫富液换热器、再生塔、甘醇循环泵。

（1）分离器
1）进料分离器
进料分离器从天然气中脱除游离态液体的分离器。

因来气中含水很少，采用过滤式分离器,过滤式分离器分成两部分，上游部分装设过滤管，下游装捕雾器。

含微量和固体杂质的气体由外向内通过过滤管时，分出杂质并使雾状油滴聚结成较大油滴，和入口分离室的液体汇合流入集液罐内，气体则通过捕雾器后流出分离器。

这种分离器能脱除100%粒径大于2μm的油滴和99%粒径大于0.5μm的油滴。

其具体选型应咨询厂家。

2）甘醇闪蒸分离器
由规范知，甘醇闪蒸分离器的作用是脱除富甘醇富液中夹带的天然气及凝液，以减少结焦和气泡。

分离器还可捕集甘醇中闪蒸出的天然气和甘醇-天然气驱动泵排
放的废气。

当处理的气体量相比液体量很少时，应按液体的停留时间来确定甘醇闪蒸分离器的尺寸；当气体量很大时，可以按气液分离器来计算甘醇闪蒸分离器的尺寸。

表2 甘醇闪蒸分离器基础数据
由表2可以看出，气体处理量相比液体处理量来说很小，所以在计算甘醇闪蒸分离器时应按液体的停留时间来确定。

三甘醇闪蒸分离器优先选用卧式两相分离器。

甘醇闪蒸分离器根据液体停留时间确定尺寸大小，公式如下：
r 02
e 4
t Q mL D =π
式中 D —闪蒸分离直径，m 。

t r —停留时间，min ，此处取10 min 。

m —液体流通面积与分离器横截面积之比，无因次。

此处取m=0.5，即液位控
制在0.5D 处。

L e —重力沉降区的有效长度，一般取分离器圆筒部分的0.75倍。

Q 0—液体处理量，m 3/h 。

由HYSYS 模拟得基础数据（表2）得：
m 0.79560
3.14310
4.468838Q 3
3
r 0=⨯⨯⨯⨯==π
t D
因闪蒸罐压力为0.55MPa ，为低压，所以此处选长径比为3。

经计算甘醇闪蒸分离器的直径为795mm ，经圆整后取800mm ，则甘醇闪蒸分离器的长度为
mm 320080044=⨯==D L
（2）塔器
1）甘醇吸收塔 ① 塔径的计算
板式吸收塔直径由气体体积流量、允许最大气体流速确定，其允许气体流速是
按Souders-Brown 公式计算：
g
g t c -ρρρK
V =
式中 V c —板式塔允许气体流速，m/s 。

ρt —甘醇在操作状态下的密度，kg/m 3。

ρg —气体在操作状态下的密度，kg/m 3。

K —经验常数，见表3。

表3 速度因素K 的量值
由规范知，板式吸收塔的最小塔板间距为457.20mm ，通常选用板式吸收塔的板间距为600mm ，所以，此次设计选用的板式吸收塔为泡罩塔，且塔板间距为600mm 。

由HYSYS 模拟流程可知，吸收塔的第三块塔板的气相流率最大，所以，以第3块塔盘作为计算塔盘，可得吸收塔的计算塔盘的基础数据如表4。

表4 吸收塔计算塔盘的基础数据
带入数据得吸收塔的允许气速为：
s m 224044
5044
50111204880-g
g t c /....K
V =-⨯
==ρρρ
则甘醇吸收塔的直径为：
m 88913600
2240143225944c
...V Q
D =⨯⨯⨯=
=
π
经上述计算，圆整后塔径选用2000mm 。

② 塔高的计算
据规范[1],顶部塔板距捕雾器的间距应比塔板间距大152.4mm ，即H 1=600+152.4=752.4mm 。

捕雾器与出口管之间最小间距为容器内径的0.35倍，即H 2=0.35D=0.35×2000=700 mm 。

设塔板效率为25%。

理论塔板数为3，则实际塔板数为3/25%=12块。

则塔板高度H 3=11×600=6600mm 。

底部塔板距裙座之间的距离约为H 4=1000mm 。

裙座高度H5=500
则塔的总高度为H=H 1+H 2+H 3+H 4=9552.8mm ，圆整后取塔高为10000mm 。

③ 除雾器面积的计算
丝网除雾器具有比表面积大、质量轻、孔隙率大以及使用方便等优点外除沫效率高，压力降小，因此得到广泛应用。

适宜的设计气速是除雾器取得高效率的重要因素，气速太低，雾滴呈飘雾状，没有撞击网丝，即随气流通过丝网，气速太高，聚集的雾滴不易从丝网降落，又被气流重新带走。

气体、液体的密度影响气速最大，所以除雾器的液泛气速（操作中的极限气速）：
G
G
L f ρρρ-=K
u
式中 ρL —液滴密度，kg/m 3。

ρG —液滴密度，kg/m 3。

K —气体过滤网常数，网型选用SP 型，K 值取0.201。

除雾器的操作气速：
f
g 80~50u ..u ）（=
除雾器的直径：
g
4u Q
D π=
式中 Q —工况下气体处理量，m 3/s 。

将数据带入得：除雾器液泛气速为：
m/s 922044
5044
5011122010G G L f ....K
u =-⨯=-=ρρρ 操作气速为
m/s 59930922065080~50f g ...u ..u =⨯==）（
除雾器直径为
m 15513600
59930143225944g
...u Q
D =⨯⨯⨯=
=
π
所以除雾器的面积为
22
2
m 04714
15511434
...D A =⨯=
=
π
④ 壁厚计算
吸收塔材质选用16MnR 钢[6],其壁厚公式计算如下：
[]2
1m 2C C P
PD S ++-=
ϕσ
式中 D —吸收塔直径，mm 。

P —设计压力，P=1.1P 0，MPa 。

[σ]—材料的最大许用应力，170MPa 。

C 1—钢板负偏差，此处取1.2mm 。

C 2—吸收塔腐蚀裕量，此处取1mm 。

φ—焊缝系数，无缝钢管取0.9，焊接钢管取0.8。

带入数据得
[]mm
47601211
178017022000117221m .....C C P PD S =++⨯-⨯⨯⨯⨯=++-=
ϕσ
经计算选用壁厚为65mm 。

经上述计算得吸收塔选用规格如表5。

表5 吸收塔规格表
2）甘醇再生塔
（1）富液精馏柱计算
由规范可知，再生塔的作用是采用精馏方式实现水和甘醇的分离，一般采用填料塔。

因此，此次设计采用金属矩鞍环散装填料塔。

25#型不锈钢矩鞍环散装填料的主要性能参数见表6。

HYSYS模拟的进塔数据见表7。

表6 25#型不锈钢矩鞍环散装填料的特性数据
表7 富液精馏柱计算塔盘基础数据
① 塔径的计算
用气体动能因子来计算空塔气速：
g
g ρu F =
式中 u g —适宜的空塔气速，m/s 。

ρg —工况下气体的密度，kg/m 3。

富液精馏柱的直径：
g
g
4u Q D π=
式中 Q g —气体的体积流量，m 3/s 。

u g —适宜的空塔气速，m/s 。

其中空塔气速
f
g 60~50u ..u ）（=
以喷淋密度计算塔径时，可按下式进行计算：
l
Q D πl
2
=
式中 Q l —液相体积流量，m 3/h 。

l —喷淋密度，m 3/（m 2·h ）。

喷淋密度的选取
t
m in w m in a L U ）（=
式中 U min —散装填料的最小喷淋密度，m 3/(h·m 2
)。

（L w ）min —最小润湿率，m 3/(h·m)，d<75mm 的散装填料，（L w ）min 取0.08m 3
/(h·
m)，d>75mm 的散装填料，（L w ）min 取0.12m 3/(h·m)。

a t —填料的总比表面积，m 2/m 3。

将数据带入式算得空塔气速：
m/s 1822g .u =
实际操作气速为液泛点气速的50%～60%。

故取实际操作气速为液泛点气速的55%。

m/s 968355
0182
255
0g f ....u u ===
计算三甘醇富液精馏柱直径得：
m 2560182
21433600740544g
g
....u Q D =⨯⨯⨯=
=
π
当用喷淋密度计算富液精馏柱的直径时最小喷淋密度为
）
）（.h /(m m 8141850802
3t m in w m in ..a L U =⨯== 取喷淋密度l 为20m 3/(h·m 2) 计算精馏柱段直径：
m 568020143072
522
l
...l
Q D =⨯⨯
==π
比较用动能因子和喷淋密度计算出的塔径，取精馏段直径为600mm 。

② 塔高的计算
填料塔的高度主要取决于填料层的高度，为了工程的可靠性，计算出的填料层高度加上20%左右的裕度。

塔的总高度加上各附属部件以及塔顶的空间高度。

用理论塔板数计算填料层高度的计算式为：
H E T P
N Z ⨯=T
式中 Z —填料层高度，m 。

N T —理论板数。

HETP —等板高度，相当于一块理论板分离程度所需的填料高度，m 。

HETP =430mm ，理论塔板数3块，则填料层高度为
mm 8604302T =⨯=⨯=HETP N Z
则填料层的实际高度为
m 103286021211=⨯==.Z .Z
考虑各附属部件的高度，取塔高度为1500mm 。

③ 壁厚的计算
吸收塔材质选用16MnR 钢,其壁厚公式计算如下：
[]2
1m 2C C P PD
S ++-=
ϕσ
式中 D —吸收塔直径，mm 。

P —设计压力，P=1.1P 0。

[σ]—材料的最大许用应力，170MPa 。

C 1—钢板负偏差，此处取1.2mm 。

C 2—吸收塔腐蚀裕量，此处取1mm 。

φ—焊缝系数，无缝钢管取0.9，焊接钢管取0.8。

带入数据得：
[]mm 5882121132
0901702900
1320221m .....C C P
PD S =++-⨯⨯⨯=
++-=
ϕσ 经圆整后塔板厚度取为5mm 。

经以上计算得，富液精馏柱的规格见表8。

表8 富液精馏柱规格
（2）贫液精馏柱计算
贫液精馏柱的塔径以喷淋密度计算，由HYSYS 知第一块塔板的液相负荷最大，将第一块塔板作为计算塔板，基础数据见表9。

表9 贫液精馏柱的基础数据
用喷淋密度计算贫液精馏柱的直径时，喷淋密度l 一般取为10~20m 3/(h·m 2)，此次设计取喷淋密度l 为15m 3/(h·m 2)，计算贫液精馏柱段直径：
l Q D πl
2=
式中
Q l —液相体积流量，m 3/h 。

l —喷淋密度，m 3
/（m 2
·h ）。

由表2-3基础数据，带入公式得：
m 559015143225
422
l
...l
Q D =⨯⨯
==π
计算直径为559mm ，圆整后取600mm 。