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天然氣渦街流量計幹燥單元的配管探究

天然氣渦街流量計幹燥單元的配管探究

时间:2019-11-07 08:49:00
摘 要 :根据我司设计的一个 LNG 调峰应急站的详细设计,从工艺流程,设备布置及配管设计等方面,详细介绍了 LNG渦街流量計的干燥单元的工艺流程,设备布置及配管设计要点。
天然气的主要成分是甲烷,甲烷的常压沸点是 -161℃,临界温度为 -84℃,临界压力为4.1MPa。LNG 是液化天然气的简称,它是天然气经过净化(脱水、脱烃、脱酸性气体)后,采用节流、膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的[1] 。
液化天然氣(LNG)工廠主要包括原料天然氣淨化處理、天然氣液化、液化天然氣存貯、液化天然氣的裝卸車等幾個單元,其中原料天然氣的淨化處理是一個非常重要的過程。
1 工艺介绍
1.1 LNG渦街流量計工艺流程说明
该天然气渦街流量計,将把来自(界区外)输送管线的原料气,经过净化,冷凝至液化一系列工艺过程,将液化天然气(LNG)送入 LNG 储罐(界区外),经泵送,装车,或至气化站气化后用于城市调峰。LNG渦街流量計包括:胺处理单元、干燥再生单元、液化单元、冷剂储存单元、BOG 压缩回收系统、放散系统。
1.2 干燥单元工艺流程说明
原料氣在脫除酸氣後進入液化單元之前,必須進行脫水處理,一是預防天然氣中的水分析出,在液化時凝結,造成管道和儀表閥門的堵塞,産生事故。二是液態水的存在,未脫除的酸性組分會加劇壓力管道和容器的腐蝕,從而産生應力腐蝕。
该项目要求进入液化厂的天然气中水含量小于1ppmv 以下,选用两塔分子筛脱水流程,正常生产中,一塔吸附,一塔再生,脱水介质为4A 分子筛。
分子筛脱水属于气固吸附过程,是一个可逆过程。分子筛在低温高压下吸附至临近转效点时,通过升高温度、降低压力让被吸附物质从分子筛表面脱附再生[2] 。该系统通过多个切换阀的协调配合运转完成干燥 / 再生的各个工艺步骤,两台干燥床的切换由专用切换阀来完成。
根據多年的工程經驗,爲了防止分子篩的結垢,減少胺的損失,我們在兩床分子篩脫水塔之前設置了分子篩過濾器。氣體經胺處理後進入分子篩過濾器,濾除了上遊氣體中夾帶的殘胺及泡沫,避免分子篩遭到汙染,脫除的液體通過液位控制自動排放至胺系統,經過濾後的氣體開始進入脫水器進行幹燥。
再生工序中,部分淨化後的幹燥原料氣與壓縮後的蒸發氣彙合後進入再生氣加熱器加熱至290℃左右,熱的再生氣上流經飽和床讓其脫水。設置再生冷卻器冷卻從該床出來的濕氣,再通過再生氣分離器,分離出冷凝出來的水分。脫除的
水經活性炭過濾器過濾後進入胺液收集罐。來自再生分離器的再生氣彙合來自低壓重烴交換器的重烴以及重烴閃蒸罐的塔頂蒸汽,經再生氣壓縮機入口分離器至再生氣壓縮機壓縮。幹燥後的氣體首先經過粉塵過濾器脫除分子篩幹燥過程中帶出來的粉塵,接著氣體進入脫汞床,將其中可能攜帶的汞脫除,非常後原料氣流經炭過濾器,脫除汞吸附劑後進入液化工段。
2 干燥单元的设备布置
2.1 主要设备特点
(1)采用两塔流程,工艺流程简单,设备数量少,工程量小,投资低 ;
(2)设置分子筛过滤 / 分离器、脱汞床、産品气粉尘过滤器,可有效地去除原料气中夹带的残胺(泡沫)和産品气中的分子筛粉尘,降低原料气中有害物质汞的含量,保证装置平稳操作 ;
(3)采用直燃式加热炉为再生气加热设备,设备结构简单,操作简单,再生气切换迅速,热效率高,投资省,能耗低 ;
2.2 设备布置要点
設備布置設計需滿足工藝流程,安全生産和環境保護等要求,同時考慮工廠整體布置,操作、維護、檢修、施工和消防等方面的需要,保持適當的設備間距,盡可能做到節約用地,減少能耗,力求經濟合理,同時注意整齊美觀。考慮到後期的安裝檢修,節約成本,故將外形相似設備按中心線對齊,集中成排布置,統一設置操作平台。
3 干燥单元的配管设计
3.1 主要工艺管道材质的选择
管道材料的选用必须根据管道的设计压力、设计温度、流体类别、经济性、耐蚀性、材料的焊接及加工等性能[3] 。
本装置工艺介质为天然气,主要伴随介质还有烃类及胺类,在原料气经过压缩,脱碳单元进入干燥系统时的系统设计温度为66℃,设计压力4.40MPa,在干燥过程中管线经历的非常高设计温度330℃, 设计压力4.40MPa,主要输送介质是气态天然气(GNG),从操作工况和经济性考虑,干燥单元主要工艺管道材质为碳钢。
3.2 主要设备的配管设计
LNG 渦街流量計中干燥单元的设备主要包括四类,立式容器,粉尘过滤器,管壳式换热器和直燃式加热炉。在配管过程中要熟练掌握这几类化工典型设备的配管设计方法,满足相关设计规范。
3.2.1 立式容器的配管设计
管道布置應從容器頂部到容器底部自上而下進行規劃,並且應首先考慮容器頂管道和大直徑的管道的位置和自流管道的走向,再布置壓力管道和一般管道,非常後考慮容器底管道和小直徑管道[4];爲方便管架布置,管道應分組布置並且布置在近管廊一側。管道支架應生根焊接在容器壁的增強焊件上,該焊件由制造商完成,非常大負載滿足要求。沿容器垂直直管應每隔一定距離設置必要的導向架。
两台分子筛是干燥单元的主要设备,属于循环工况,通过多个切换阀的协调配合运转完成干燥、再生的各个工艺步骤,管道的分支和调节阀比较多。干燥、再生过程中,工艺管道和设备筒体温度会在66℃ -330℃之间进行变化切换,为了减小管道热应力带来的位移,减小设备管口受力,在管道靠近设备的受力点设置弹簧支架。同时,因为管道上的切换阀门比较多,在配管过程中还要充分考虑阀门的安装检修空间。
3.2.2 粉尘过滤器的配管设计
粉塵過濾器和碳粉過濾器並聯布置,工藝流程簡單,配管過程中注意合理放置閥門和相關儀表,合理設置管道支架。
3.2.3 加热炉(直燃式)的配管设计
加热炉配管设计应符合 GB-50316、SH-3012和 SEPD-0001中的有关明火设备配管设计的规定。设置拆装法兰,便于锅炉内件的维护检修,管路燃烧器的布置,应满足燃烧器得到等量充足的油 / 气量。来自于各种加热器出口的管道,以对称布置为佳。
3.3 调节阀组的配管设计要点
調節閥組采用典型臥式布置的安裝方式,便于操作及維修。調節閥進出口管道宜選用偏心異徑管,並且低平安裝,且在調節閥入口前管道低點處設置低點排放,且留有足夠的操作空間。在調節閥前後分別設置導向和限位支架,滿足管道的應力要求。
3.4 安全阀排放管道设计要点
幹燥單元的安全閥出口管道均爲直接排放至大氣的放空管,其排放高度必須滿足《石油化工企業設計防火規範》GB-50160的規定。泄壓閥的出入口管道應有足夠的支撐,以抵禦閥門釋放時的推力。直接排往大氣的放空、安全閥和爆破片管線,低點均應設置淚孔(孔徑不小于6mm)。所有連通大氣的管道端口均應設不鏽鋼防鳥網。
3.5 其他设计要点
管道保温设计满足国标 GB-50264要求。管道与设备连接时不应该产生过多的疲劳拉伸或者扭曲变形,合理设置管道支架,在需要的位置采用弹簧吊架。
4 结束语
在熟悉 LNG 渦街流量計工艺流程的基础上,结合实际的项目设计经验,探讨了干燥单元的设备布置和配管设计的技术要点,有利于提高 LNG 渦街流量計干燥单元配管的设计质量,优化管道布置,方便装置安全操作和维修。
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