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      天然氣渦街流量計干燥單元的配管探究

      天然氣渦街流量計干燥單元的配管探究

      時間:2019-11-07 08:49:00
      摘 要 :根據我司設計的一個 LNG 調峰應急站的詳細設計,從工藝流程,設備布置及配管設計等方面,詳細介紹了 LNG渦街流量計的干燥單元的工藝流程,設備布置及配管設計要點。
      天然氣的主要成分是甲烷,甲烷的常壓沸點是 -161℃,臨界溫度為 -84℃,臨界壓力為4.1MPa。LNG 是液化天然氣的簡稱,它是天然氣經過凈化(脫水、脫烴、脫酸性氣體)后,采用節流、膨脹和外加冷源制冷的工藝使甲烷變成液體而形成的[1] 。
      液化天然氣(LNG)工廠主要包括原料天然氣凈化處理、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,其中原料天然氣的凈化處理是一個非常重要的過程。
      1 工藝介紹
      1.1 LNG渦街流量計工藝流程說明
      該天然氣渦街流量計,將把來自(界區外)輸送管線的原料氣,經過凈化,冷凝至液化一系列工藝過程,將液化天然氣(LNG)送入 LNG 儲罐(界區外),經泵送,裝車,或至氣化站氣化后用于城市調峰。LNG渦街流量計包括:胺處理單元、干燥再生單元、液化單元、冷劑儲存單元、BOG 壓縮回收系統、放散系統。
      1.2 干燥單元工藝流程說明
      原料氣在脫除酸氣后進入液化單元之前,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,產生事故。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,從而產生應力腐蝕。
      該項目要求進入液化廠的天然氣中水含量小于1ppmv 以下,選用兩塔分子篩脫水流程,正常生產中,一塔吸附,一塔再生,脫水介質為4A 分子篩。
      分子篩脫水屬于氣固吸附過程,是一個可逆過程。分子篩在低溫高壓下吸附至臨近轉效點時,通過升高溫度、降低壓力讓被吸附物質從分子篩表面脫附再生[2] 。該系統通過多個切換閥的協調配合運轉完成干燥 / 再生的各個工藝步驟,兩臺干燥床的切換由專用切換閥來完成。
      根據多年的工程經驗,為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。氣體經胺處理后進入分子篩過濾器,濾除了上游氣體中夾帶的殘胺及泡沫,避免分子篩遭到污染,脫除的液體通過液位控制自動排放至胺系統,經過濾后的氣體開始進入脫水器進行干燥。
      再生工序中,部分凈化后的干燥原料氣與壓縮后的蒸發氣匯合后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后進入胺液收集罐。來自再生分離器的再生氣匯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。干燥后的氣體首先經過粉塵過濾器脫除分子篩干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,非常后原料氣流經炭過濾器,脫除汞吸附劑后進入液化工段。
      2 干燥單元的設備布置
      2.1 主要設備特點
      (1)采用兩塔流程,工藝流程簡單,設備數量少,工程量小,投資低 ;
      (2)設置分子篩過濾 / 分離器、脫汞床、產品氣粉塵過濾器,可有效地去除原料氣中夾帶的殘胺(泡沫)和產品氣中的分子篩粉塵,降低原料氣中有害物質汞的含量,保證裝置平穩操作 ;
      (3)采用直燃式加熱爐為再生氣加熱設備,設備結構簡單,操作簡單,再生氣切換迅速,熱效率高,投資省,能耗低 ;
      2.2 設備布置要點
      設備布置設計需滿足工藝流程,安全生產和環境保護等要求,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。考慮到后期的安裝檢修,節約成本,故將外形相似設備按中心線對齊,集中成排布置,統一設置操作平臺。
      3 干燥單元的配管設計
      3.1 主要工藝管道材質的選擇
      管道材料的選用必須根據管道的設計壓力、設計溫度、流體類別、經濟性、耐蝕性、材料的焊接及加工等性能[3] 。
      本裝置工藝介質為天然氣,主要伴隨介質還有烴類及胺類,在原料氣經過壓縮,脫碳單元進入干燥系統時的系統設計溫度為66℃,設計壓力4.40MPa,在干燥過程中管線經歷的非常高設計溫度330℃, 設計壓力4.40MPa,主要輸送介質是氣態天然氣(GNG),從操作工況和經濟性考慮,干燥單元主要工藝管道材質為碳鋼。
      3.2 主要設備的配管設計
      LNG 渦街流量計中干燥單元的設備主要包括四類,立式容器,粉塵過濾器,管殼式換熱器和直燃式加熱爐。在配管過程中要熟練掌握這幾類化工典型設備的配管設計方法,滿足相關設計規范。
      3.2.1 立式容器的配管設計
      管道布置應從容器頂部到容器底部自上而下進行規劃,并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,非常后考慮容器底管道和小直徑管道[4];為方便管架布置,管道應分組布置并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。
      兩臺分子篩是干燥單元的主要設備,屬于循環工況,通過多個切換閥的協調配合運轉完成干燥、再生的各個工藝步驟,管道的分支和調節閥比較多。干燥、再生過程中,工藝管道和設備筒體溫度會在66℃ -330℃之間進行變化切換,為了減小管道熱應力帶來的位移,減小設備管口受力,在管道靠近設備的受力點設置彈簧支架。同時,因為管道上的切換閥門比較多,在配管過程中還要充分考慮閥門的安裝檢修空間。
      3.2.2 粉塵過濾器的配管設計
      粉塵過濾器和碳粉過濾器并聯布置,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 加熱爐(直燃式)的配管設計
      加熱爐配管設計應符合 GB-50316、SH-3012和 SEPD-0001中的有關明火設備配管設計的規定。設置拆裝法蘭,便于鍋爐內件的維護檢修,管路燃燒器的布置,應滿足燃燒器得到等量充足的油 / 氣量。來自于各種加熱器出口的管道,以對稱布置為佳。
      3.3 調節閥組的配管設計要點
      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,并且低平安裝,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。在調節閥前后分別設置導向和限位支架,滿足管道的應力要求。
      3.4 安全閥排放管道設計要點
      干燥單元的安全閥出口管道均為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范》GB-50160的規定。泄壓閥的出入口管道應有足夠的支撐,以抵御閥門釋放時的推力。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銹鋼防鳥網。
      3.5 其他設計要點
      管道保溫設計滿足國標 GB-50264要求。管道與設備連接時不應該產生過多的疲勞拉伸或者扭曲變形,合理設置管道支架,在需要的位置采用彈簧吊架。
      4 結束語
      在熟悉 LNG 渦街流量計工藝流程的基礎上,結合實際的項目設計經驗,探討了干燥單元的設備布置和配管設計的技術要點,有利于提高 LNG 渦街流量計干燥單元配管的設計質量,優化管道布置,方便裝置安全操作和維修。
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