中石化脱水撬说明书.docx

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中石化脱水撬说明书

80×104m3/d天然气橇装脱水装置

使用说明书

西安长庆石油天然气设备制造有限责任公司

目录………………………………………………………………………1

1、概述……………………………………………………………………2

1.1设计原则………………………………………………………………2

1.2设计范围………………………………………………………………2

2、工艺部分………………………………………………………………2

2.1基础参数及产品气要求………………………………………………2

2.2工艺方法及特点………………………………………………………3

2.3工艺流程简述…………………………………………………………4

2.4工艺设备………………………………………………………………5

2.5设备平面布置…………………………………………………………8

2.6主要消耗指标…………………………………………………………8

3、自控部分………………………………………………………………9

3.1控制原则及水平………………………………………………………9

3.2控制方案………………………………………………………………9

3.3设备选型………………………………………………………………9

3.4主要工程量表………………………………………………………10

3.5其它…………………………………………………………………21

4、非标准设备部分………………………………………………………21

5、脱水橇橇启停步骤……………………………………………………21

5.1脱水橇开车步骤………………………………………………………21

5.2脱水橇停车步骤………………………………………………………24

6、常见故障排除及操作要点……………………………………………25

6.1常见故障分析…………………………………………………………25

6.2存在问题分析…………………………………………………………27

6.3操作要点………………………………………………………………30

6.4甘醇取样分析…………………………………………………………31

7、易损件清单和仪器仪表的校验………………………………………32

一、概述

1.1设计原则

1）整套脱水装置尽可能实现工厂预制化，缩短现场安装时间；

2）采用成熟可靠的TEG脱水工艺；

3）自控水平及处理效果不低于进口的同类脱水装置；

4）主要考核指标不低于进口的同类脱水装置；

5）操作简单，检修方便，尽可能降低用户生产成本。

1.2设计范围

本设计的设计范围为：

橇座、橇座上的过程装备、仪表及工艺配管，其它配套设施均不属于本设计范围。

二、工艺部分

2.1基础参数及产品气要求

2.1.1天然气进装置的基础参数

处理量：

80*104Nm3/d

压力：

5.0-6.8MPa

温度：

15-25℃

2.1.2产品气露点要求

产品气水露点≤－13℃（压力在6.2MPa的条件下）

2.1.3装置操作弹性

装置生产能力可在设计处理量的50-130%范围内变化。

2.2工艺方法及特点

1）本设计采用成熟的三甘醇（TEG）脱水工艺，确保装置长期稳定可靠地运行。

富甘醇再生采用常压再生技术。

2）脱水吸收塔采用8层不锈钢泡罩塔盘，能充分满足脱水深度的要求。

吸收塔下部设置重力分离段，尽可能除去原料气中夹带的游离水，保证装置的平稳运行。

3）干气—贫液换热器设置在吸收塔外，便于处理含硫天然气带来腐蚀时的设备检修。

4）采用Kimray能量回收泵。

这既节约了能耗，也可起到吸收塔液位调节稳定作用。

5）采用火管式加热的三甘醇再生系统，燃料气利用闪蒸出来的天然气，可尽量减少含硫气的排放，且节约能耗。

6）富液闪蒸前先经缓冲罐内盘管充分换热，可提高闪蒸罐富液温度，利于富液的闪蒸和过滤。

7）缓冲罐不保温，尽量散热，并在泵前设置一台大气冷却器，保证泵入口温度低于90℃。

8）装置富液系统设置一台活性炭过滤器及机械过滤器，除去溶液系统中的杂质和降解产物，以利于吸收塔的平稳操作。

2.3工艺流程简述（工艺流程附图1）

含硫天然气在集气站场内经过滤分离后送入橇装脱水装置，先经吸收塔底重力分离段进一步脱除游离水，然后自下而上在吸收塔泡罩塔盘上与塔顶部进入的浓度约为99.5%（wt）TEG贫液逆流接触，天然气中的饱和水被脱除。

脱水后的干气经捕雾网后从塔顶排出，经干气—贫液换热器换热后稳压出装置，进入输气干管。

TEG富液（96.9%wt）从吸收塔的集液箱抽出,经能量回收泵降压至0.45MPa（表）后至三甘醇缓冲罐一段换热管加热至60℃左右后去闪蒸罐闪蒸，闪蒸出溶解在溶液中的天然气、轻烃以及能量回收泵补充能量所投入的天然气。

然后先后进入TEG活性炭过滤器和机械过滤器，过滤掉溶液系统中的杂质和降解产物。

此后富液经精馏柱顶换热盘管换热后进入TEG缓冲罐二段换热管加热，加热温度至105℃左右经富液精馏柱去重沸器提浓再生。

重沸器的温度控制在202℃，再生后浓度达到99.5%（wt）的TEG贫液进入三甘醇缓冲罐换热，三甘醇贫液冷至125℃左右再通过大气冷却器进一步冷却至90℃以下，经能量回收泵送至干气—贫液换热器，冷却至50℃左右进入吸收塔顶部，完成TEG的吸收再生循环过程。

闪蒸罐顶排出的闪蒸气经计量后，进入燃料气分液罐稳压,燃料气分液罐操作压力为0.25MPa（表），当压力超高时，多余的天然气放空至火炬，当压力不足时，由干气自动补充。

稳压后的闪蒸气用作重沸器燃料气。

汽提气及仪表用气采用净化后的干天然气。

由干气主管引出一股天然气，通过fisher627减压阀减压后一部分作为燃料气的补充气，另一部分进入仪表风罐稳压，然后分别至重沸器作汽提气用和仪表各用气点用。

重沸器富液精馏柱顶部排出的含水气就地放空。

2.4工艺设备

本装置为橇装脱水装置，工艺设备充分吸取了引进装置及国产设备的先进技术和经验，力求功能具备，外型小巧、结构简单、符合橇装特点。

主要工艺设备详见表2.4-1。

表2.4-1工艺设备表

序

号

设备名称

规格型号

单位

数量

备注

1

脱水吸收塔

1200×11000

台

1

8层泡罩塔盘

2

三甘醇再生器

700×4000

台

1

含重沸器、缓冲罐、贫、

富液精馏柱

3

TEG大气冷却器

台

1

4

干气－贫液换热器

DN250×3000

台

1

5

活性炭过滤器

DN300×1400

台

1

6

机械过滤器

DN250×1400

台

1

7

闪蒸罐

600×2500

台

1

8

燃料气分液罐

DN300×1200

台

1

9

仪表风罐

DN300×1200

台

1

10

TEG循环泵

Kimray能量泵

45015PV

台

2

一备一用

2.4.1脱水吸收塔

吸收塔采用板式泡罩塔，塔体设计压力为6.8MPa，设计温度65℃，内设8层塔盘，塔盘间距600mm，每层塔盘上有均匀分布的泡罩，泡罩的作用是使天然气在塔盘上分成细小的气流与三甘醇充分接触。

每层有降液管，三甘醇通过降液管进入下层塔盘。

塔顶部及下部均设有除沫器，防止天然气中游离水进入三甘醇系统及天然气将三甘醇从吸收塔顶部带入外输管线，塔底设有三甘醇贫液与分离液换热盘管，防止冬季运行溶液结冰，同时也可降低三甘醇贫液进入吸收塔的温度。

2.4.2闪蒸罐

操作压力为0.28-0.62MPa，主要用于分离三甘醇富液中的液态烃和气态烃，溶液富液在闪蒸罐内停留时间约为10分钟。

闪蒸出的气态烃通过顶部Fisher289H调压阀调压后，夏天进入燃烧器燃烧，当压力过高时旁通的Fisher289H打开进入放空火炬，在冬天闪蒸气全部进入放空火炬。

甘醇富液在罐内通过液位控制单元的不断调整使其保持一定的液位。

2.4.3再生器

再生器是由富液精馏柱、重沸器缓冲罐构成三甘醇再生系统，三甘醇和水的沸点相差很大，且不易生成共沸物，比较容易分离，其过程是第一步通过重沸器在常压、高温情况下蒸发出三甘醇富液中的水份使之提浓到99.1%以上，第二步是通过富液精馏柱利用干的汽提气与三甘醇充分接触能够降低水的分压，进一步提高三甘醇的浓度到99.5%。

正常情况下每方三甘醇再生所需的汽提气量为15～25Nm3。

2.4.4Kimray循环泵

脱水装置采用Kimray循环泵，其最大工作压力为1500Psi。

最高工作温度93℃。

Kimray循环泵是由吸收塔压力下的甘醇富液和少量气体驱动的双作用泵，它是脱水系统的“心脏”。

本80×104m3/d脱水装置采用的是45015Kimray循环泵，其结构如图2-4-1所示。

其工作原理如下：

该Kimray甘醇泵具有双重功能，它的动力来源是富液和吸收塔少量的气体（红色），黄色意味着富液和在常压或低压下的气体，贫甘醇（蓝色）被打入吸收塔，绿色意味着甘醇来自于重沸器。

来自于吸收塔的富液（红色），流过接口4#，经速度控制阀节流后至活塞装配体的左侧，推动装配体从左向右移动，随着右侧的缸体被来自重沸器的贫液所充满，左侧缸体内的贫液（蓝色）被泵打入吸收塔，同时富液（黄色）从泵的装配体的右端至低压或常压系统。

当泵的装配体接近完成一个冲程时，导向杆的定位环就啮合在控制器的右端，进一步向右移动，推动控制器和泵的“D”形滑块去移开接口1#。

连通接口2#和3#到低压富液系统（黄色），同时接口1#引富液（红色）至导向活塞的右端，这将引起导向活塞和导向“D”形滑块从右向左移动。

在新的位置，导向“D”形滑块移开接口5#，连通接口4#和6#来自泵活塞装配体左端的富液（红色）经接口4#和6#至低压和富液系统（黄色），接口5#此时将引导富液（红色）经右端的速度控制阀至右端的泵体装配件。

按照以上相反的流动方向，泵的活塞装配体将开始从右向左的冲程。

图2-4-1KIMARY循环泵结构原理

2.5设备平面布置

本装置为橇装脱水装置，充分体现橇装设备布置紧凑、合理、结构一体化的特点，设计中尽量考虑方便检修和维护。

脱水装置撬体结构尺寸为2400mm（宽）×7800mm（长）×250mm（高度为250mm的H型钢），橇体上安装设备共12台，所有阀门、管道、仪表均安装在橇内。

运输时，除超高设备脱水吸收塔、干气—贫液换热器、重沸器的富液精馏柱及烟囱拆下单独运至现场外，其余部分整体装运。

装置运输荷重30t，橇块尺寸与重量均满足公路运输要求。

橇板内设备采用流程式布置，吸收塔与重沸器分布在橇的两端，高压部分与低压部分管道分开布置，高压密闭天然气与重沸器火嘴间距满足GB50183—93《原油和天然气工程设计防火规范》有关要求。

2.6主要消耗指标

2.6.1本装置的自控调节阀及机泵均不采用电为动力，而是充分利用天然气作补充动力和仪表用气。

因此本装置的能耗主要体现为天然气消耗。

汽提气耗量：

12m3/h　

能量泵补充天然气：

22m3/h　

燃料气：

20m3/h

2.6.2三甘醇消耗

99.9%三甘醇（TEG）耗量约为15kg/100Nm3。

三、自动控制部分

3.1自控原则及水平

本脱水装置为基地式气动仪表控制，主要工艺参数提供4-20mA标准输出信号。

3.2控制方案

1）吸收塔液位排污控制,出口干气压力控制。

2）闪蒸罐液位控制、压力控制。

3）仪表用气、燃料气压力控制。

4）重沸器温度控制，重沸器温度超高、熄火联锁切断燃料气，手动复位。

此套重沸器自力式控制、联锁系统成套供货。

5）装置内燃料气、闪蒸气、汽提气进行就地计量。

6）对干气出口压力、吸收塔底部液位、闪蒸罐液位、闪蒸罐压力、活性炭过滤器压差、机械过滤器压差、仪表风罐压力、重沸器温度等重要参数提供标准电气信号接口。

7）装置内其它参数均为就地检测。

8）进出脱水装置的天然气流量由站场统一考虑，本装置不考虑。

3.3仪表选型

1）远传变送器选用EJA智能型变送器。

2）调节阀（含自力式调压器）选用美国fisher或Kimray公司产品。

3）装置内流量计选用旋进漩涡流量计。

4）浮筒液位变送器及其基地式调节器均采用Fisher公司产品。

3.4主要工程量表

自控部分主要工程量表数量见表3.4-1。

表3.4-1主要工程量表

设备名称

单位

数量

压力表

支

10

温度计

支

7

流量计

台

3

液位计

台

4

差压表

支

2

浮筒液位控制器

台

2

气动指示调节器

台

1

调节阀（含自力式）

台

8

温度变送器

台

1

压力或差压变送器

台

5

重沸器控制联锁系统

套

1

3.4.1、Fisher系列减压阀

（一）、630型及630R减压阀

最大输入压力：

10.34MPa，输出压力0.021-3.45MPa。

630减压阀的工作原理：

输出压力作用在膜片之下，只要输出压力低于设置压力，作用在膜片上的弹簧的弹力引连杆打开阀，当输出压力超过该设置压力时，膜片移动，压缩弹簧，迫使连杆关闭阀，直到输出压力与设置压力相平衡。

调节方法为顺时针旋转调节螺钉，下游压力增大，反之相反。

Fisher630R减压阀工作原理与630减压阀的工作原理相反。

630R减压阀安装于闪蒸罐闪蒸气的出口管线上，调节闪蒸罐闪蒸气流的压力，调节方法为顺时针旋转调节螺钉，上游压力增大，反之减小。

（二）、Fisher67CFR空气过滤减压器（带压力表）

作为仪表供风二级减压，主要为各控制器及控制阀提供气源压力。

最大允许输入压力：

1.7MPa

输出压力范围：

0.021-0.69MPa

调节方法为顺时针旋转调节螺钉，出口压力增大，反之，出口压力减小。

该减压阀内部带有过滤装置。

如图3.4-1

图3.4-167CFR减压阀结构

（三）、Fisher627减压阀

工作压力：

10.3MPa

最大输出压力范围：

1.0-2.8MPa

调节方法为顺时针旋转螺钉，出口压力增大，反之，出口压力减小。

如图3.4-2。

图3.4-2627减压阀

1、调压器体；2、阀座环；4、膜盒O形圈；5、膜盒；6、增压体；7、稳压器；8、枢轴导座；9、阀片配件；10、枢轴；11、枢轴O形圈；12、枢轴支承环；13、毛状销钉卡；14、驱动销钉卡；15、操纵杆；16、操纵杆限位器；17、操纵杆销钉；18、操纵杆帽螺钉；19、推杆柱；23、膜片头；24、调压弹簧座；29、弹簧盒；30、带滤网排气孔；31、下部弹簧座；32、控制弹簧；33、上部弹簧座；34、锁紧螺母；35、调节螺钉；36、调节螺钉帽；39、铭牌；46、膜头带帽螺钉；

3.4.2、控制仪表与控制器

（一）温度控制和火焰监测

此装置在重沸器上设有温度控制和火焰监测回路（如图3.4-3），用于控制重沸器温度及燃烧器熄火保护。

温度控制和火焰监测回路由HT-12温度控制器、HT-12-M高温控制器、HT-18-PG火焰监测器器、Fisher119和FisherD2控制阀组成。

HT-12、HT-12-M、HT-18-PG由67CFR减压阀供给18~20Psi的气源信号，通过感测温度或火焰的变化，输出3~15Psi的气源信号给Fisher119和FisherD2控制阀，控制重沸器燃烧器的燃料气供应，从而达到控制温度和熄火保护的目的。

图3.4-3

1、HT-12控制器（图3.4-4）

温度控制器（是由不锈钢管组成的，）它用于检测温度的变化，不锈钢管与连在膜片或膜盒上的低膨胀合金相连，随着不锈钢管长度的变化，作用在膜片或膜盒组件上的压力也在变化，导向插座是由两个钢性连接在一起的不锈钢球组成，球1缝合处是供给压力入口端，球2缝合处是压力放空端。

假使温度控制器的设置温度高于系统的温度，球2关闭，球1打开，在球2处输出压力（黄色）被送到某个导向器。

随着系统温度的升高，不锈钢管的长度应随之增加，推动控制器的膜片首先关闭球1，打开球2，输出压力降低，引起导向器动作。

随着系统温度降低，动作过程与上述相反，输出压力增加。

（图3.4-4）

图3.4-4HT-12温度控制器结构图

2、HT-12-M高温切断阀

由基本元件构成的温度控制器发送一间接的节流信号给3PGM导向器，3PGM导向器与温度控制器相连，一旦输出压力放空，必须手动复位以确保正常工作。

假使控制器的设置温度高于被控制系统的温度，导向输出压力将被送到某个导向器，当系统的温度升高时，不锈钢管伸长，带动膜片装配件首先关闭球1，打开球2，当可变压力降低时，3PGM导向器的膜片装配件向上移动，关闭球3（黄色入大气），输出压力（黄色）下降，将引起导向器动作。

一旦输出压力（黄色）放空，温度控制器将关闭，直到系统的温度低于设置温度，手动复位杆用于导向器复位，理想的复位杆能用于手动放空输出压力，关闭控制器。

如图3.4-5

图3.4-5

3、HT-18-PG火焰监测器

随着火焰监测器温度的升高，导向输出压力增加，只要系统的温度高于设置温度，将一直有输出压力，如果母火灭，输出压力下降或降为零。

温度范围：

-34℃-1149℃；供给压力为5-30Psi。

火焰监测器是由感测温度变化的不锈钢管组成的，不锈钢管和低膨胀的合金与膜片装配体连接在一起，不锈钢长度的变化作用在导向阀上，导向阀是由两个紧密相连的不锈钢球组成，球1是输出压力放空端，球2是供给压力输入端。

假使HT-18PG的设置温度高于系统的温度，球1打开，球2关闭，输出压力为零。

随着系统温度的升高，不锈钢管推动膜片装配件关闭球1，打开球2，引起输出压力增加。

当温度降低时（母火灭），反向作用，输出压力为零，切断主母火系统。

如图3.4-6

图3.4-6火焰探测器结构

（二）液位控制

此装置设有闪蒸罐三甘醇液位控制及吸收塔底液位控制回路，由2680-268T液位控制器（结构如图3.4-7）及357系列控制阀（如图3.4-8）构成。

2680-268T液位控制器由Fisher67AF减压阀供给18-20Psi气源信号，通过容器内液位变化，输出3-15Psi气源信号给液位控制阀，达到控制液位的目的。

图3.4-72680-268T控制器结构

1、阀体；2、阀帽；3、击铁螺母；4、管塞；5、阀座环；6、盖帽O形环；7、阀塞；8、阀杆；9、销钉；10、阀帽/密封垫圈；11、阀帽O形环；12、密封滑动片；13、密封垫圈；14、密封弹簧；15、密封填料；16、密封环；17、漏气塞；18、盒O形环；19、阀杆O形环；20、阀帽轴承；21、带帽螺钉；22、下部阀盒；23、上部阀盒；24、膜片盘；26、膜处；27、膜片垫圈；28、执行器O形环；29、六角螺母；30、锁紧垫圈；31、下部弹簧座；32、执行器弹簧；33、上部弹簧座；34、调节螺母；35、调节螺钉螺母；36、带帽螺钉；37、六角螺母；38、执行器铭牌；39、阀体铭牌；40、执行器杆；41、执行器弹簧；42、图3.4-8英寸357系列控制阀执行器螺母；43、执行器；44、执行器O形环；45、执行器衬套；46、弹簧盒；47、放空口；48、调节阀杆衬套；49、行器杆O形环；50、开口销钉；51、驱动螺钉；52、润滑油；53、阀杆；54、阀盘；55、论著盘定位器；56、六角螺母；57、粘合剂；58、弹簧销钉。

2680控制器信号输出方式有四种，如图3.4-9

（1）、正作用开关控制方式（1、4）；

（2）、正作用节流控制方式（2、4）；

（3）、反作用节流控制方式（1、3）；

（4）、反作用开关控制方式（2、3）

其控制原理如图3.4-10。

在通常位置上，由于浮球重量产生的反时针

图3.4-9改变控制控制作用和控制方式时2680控制器开关位置

力矩与由调节弹簧产生的顺时针力矩以及通过操纵杆A作用到浮球的反时针力矩关于支点O平衡。

当液位上升时，浮球受到的作用力在向上方向上增大，于是将会导致上述三个力矩的不平衡，这个力矩的不平衡通过操纵杆A和B传给转换器。

转换器对于不平衡作用力的响应是将其转化为压力输出给一个控制阀，从而将会使上述三个力矩重新恢复平衡。

图3.4-9液位控制原理图

对于节流控制，转换器的输出压力大小与浮力的大小是成比例的。

对于开关控制，转换器的压力输出为零或者当超过液位控制点时输出功能与气源大小大小相等的压力信号。

对液位的改变要想使都能够产生输出,可以通过改变操纵杆A上的比例带调节器位置来实现。

（三）压力控制系统

图3.4-114195KB压力控制器

在吸收塔干气出口设有压力控制阀,控制吸收塔压力保持稳定,防止由于压力波动造成吸收塔内三甘醇起泡,该压力控制回路由4195KB控制器（如图3.4-11）及Fisher667控制阀（如图3.4-12）组成。

如图3．4-13气源进入继动器,在由喷嘴喷出之前,通过固定节流孔喷出。

喷嘴压力同时作用在继动器的大膜片上,图3.4-12667调节阀结构图控制器的输出压力作用在继动器的小膜片上。

当作用于弹簧管上的过程压力改变时,弹簧管也做相应的扩张或收缩,使挡板与喷嘴之间的距离产生变化。

在直接作用的控制器上,过程压力的增加推动喷嘴挡板靠近喷嘴,增加了继动器的大膜片上的压力,打开继动器的球阀,附加的气源压力流入继动器腔内,从而提高作用在调节阀执行机构上的压力；过程压力的降低使喷嘴挡板远离喷嘴,降低了继动器大膜片上的压力,打开继动器的针阀,从调节阀执行机构上排出控制器的输出压力。

控制器输出压力的改变反馈到比例膜片,在喷嘴处反映出压力变化,平衡继动器大小膜片上的压力不同。

根据检测到的压力变化,平衡继动器阀保持一个新的输出压力。

如果比例阀大开,所有控制器输出压力的变化反馈到比例膜片。

比例阀关的越多,通过阀的排放口排出的控制器的输出压力就越多,反馈到比例膜片上的压力就越少。

阀全开,使比例带达到100%；关阀降低比例带。

图3.4-134195KB控制器原理图

（四）、气动液位开关

气动液位开关直接安装在吸收塔的壁上,在高低液位情况下,提供气动信号。

浮子受浮力上移,推动磁铁下移,由于同性磁极相互排斥,从而推动制动杆接近喷嘴,产生背压,放大的激动器动作,输出信号到气动调节阀,调节阀打开,此时温控器输入信号为零,主火停。

随着液位的下降,引起喷嘴与挡板的距离增大,输出信号到温控器,作为温控器的输入端。

四、非标准设备部分

本橇装脱水装置使用非标准设备共计9台，为适应橇装设备的特点，

设计时力求结构紧凑,操作检修方便。

非标准设备部分应遵循的主要标准、法规为：

《钢制压力容器》GB150—98

《压力容器安全技术监察规程》劳动部1999

对于介质中H2S分压达到或超过0.0003MPa（绝）的设备，考虑到H2S引起的电化学腐蚀、硫化物应力腐蚀开裂及氢诱发开裂问题，须采取适当措施加以处理。

五、脱水橇启停步骤

5.1、脱水橇开车步骤

1）对设备、管线、控制仪表、法兰等进行仔细、认真地检查，确保其畅通、完好。

2）对系统进行吹扫、置换，吹扫速度不小于5m/S，以除去管线和设备内的焊渣、泥、沙等污物。

吹扫过程中注意分高、中低压逐级、逐段进行吹扫，该拆的仪表必须拆除，吹扫干净后复原。

3）对系统分高、中、低压进行严密性试压，对泄漏处进行及时紧固。

严密性试压压力为其工作压力，强度试压若用水试压，压力为其工作压力的1.25倍；若用天然气试压，压力为其工作压力的1.15倍。

4）按正常开车程序对脱水橇用3%的Na2