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天然气涡街流量计干燥单元的配管探究

天然气涡街流量计干燥单元的配管探究

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涡街流量计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] 。
液化天然气(LNG)工厂主要包括原料天然气净化处理、天然气液化、液化天然气存贮、液化天然气的装卸车等几个单元,其中原料天然气的净化处理是一个非常重要的过程。
1 工艺介绍
1.1 LNG涡街流量计工艺流程说明
该天然气涡街流量计,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涡街流量计包括: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
原料气在脱除酸气后进入液化单元之前,必须进行脱水处理,一是预防天然气中的水分析出,在液化时凝结,造成管道和仪表阀门的堵塞,产生事故。二是液态水的存在,未脱除的酸性组分会加剧压力管道和容器的腐蚀,从而产生应力腐蚀。
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。
根据多年的工程经验,为了防止分子筛的结垢,减少胺的损失,我们在两床分子筛脱水塔之前设置了分子筛过滤器。气体经胺处理后进入分子筛过滤器,滤除了上游气体中夹带的残胺及泡沫,避免分子筛遭到污染,脱除的液体通过液位控制自动排放至胺系统,经过滤后的气体开始进入脱水器进行干燥。
再生工序中,部分净化后的干燥原料气与压缩后的蒸发气汇合后进入再生气加热器加热至290℃左右,热的再生气上流经饱和床让其脱水。设置再生冷却器冷却从该床出来的湿气,再通过再生气分离器,分离出冷凝出来的水分。脱除的
水经活性炭过滤器过滤后进入胺液收集罐。来自再生分离器的再生气汇合来自低压重烃交换器的重烃以及重烃闪蒸罐的塔顶蒸汽,经再生气压缩机入口分离器至再生气压缩机压缩。干燥后的气体首先经过粉尘过滤器脱除分子筛干燥过程中带出来的粉尘,接着气体进入脱汞床,将其中可能携带的汞脱除,非常后原料气流经炭过滤器,脱除汞吸附剂后进入液化工段。
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、产品气粉尘过滤器,可有效地去除原料气中夹带的残胺(泡沫)和产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
设备布置设计需满足工艺流程,安全生产和环境保护等要求,同时考虑工厂整体布置,操作、维护、检修、施工和消防等方面的需要,保持适当的设备间距,尽可能做到节约用地,减少能耗,力求经济合理,同时注意整齐美观。考虑到后期的安装检修,节约成本,故将外形相似设备按中心线对齐,集中成排布置,统一设置操作平台。
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 涡街流量计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
管道布置应从容器顶部到容器底部自上而下进行规划,并且应首先考虑容器顶管道和大直径的管道的位置和自流管道的走向,再布置压力管道和一般管道,非常后考虑容器底管道和小直径管道[4];为方便管架布置,管道应分组布置并且布置在近管廊一侧。管道支架应生根焊接在容器壁的增强焊件上,该焊件由制造商完成,非常大负载满足要求。沿容器垂直直管应每隔一定距离设置必要的导向架。
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
粉尘过滤器和碳粉过滤器并联布置,工艺流程简单,配管过程中注意合理放置阀门和相关仪表,合理设置管道支架。
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
调节阀组采用典型卧式布置的安装方式,便于操作及维修。调节阀进出口管道宜选用偏心异径管,并且低平安装,且在调节阀入口前管道低点处设置低点排放,且留有足够的操作空间。在调节阀前后分别设置导向和限位支架,满足管道的应力要求。
3.4 安全阀排放管道设计要点
干燥单元的安全阀出口管道均为直接排放至大气的放空管,其排放高度必须满足《石油化工企业设计防火规范》GB-50160的规定。泄压阀的出入口管道应有足够的支撑,以抵御阀门释放时的推力。直接排往大气的放空、安全阀和爆破片管线,低点均应设置泪孔(孔径不小于6mm)。所有连通大气的管道端口均应设不锈钢防鸟网。
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 涡街流量计工艺流程的基础上,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 涡街流量计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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