致密气三甘醇脱水装置设计与分析

符显峰

（中海油能源发展装备技术有限公司设计研发中心 天津滨海新区 300452）

一、前言

三甘醇脱水装置属于集气站中比较关键的工艺设备，在致密气净化处理、降低外输水露点方面具有重要作用。针对非常规致密气气量波动大，渗透率低，含水饱和度高的特点，三甘醇脱水装置采用撬装化形式，要求装置具备如下特点：1.设备布置紧凑，占地面积小，容易搬迁；2.建设周期短，费用低；3.露天布置，可全天候运行；4.控制系统高度集成。撬装集成化装置对边远地区致密气地面工程建设初期，在其储量和规模尚未完全达到设计最大量时，具有十分明显的优势。

二、设计方案

（一）工艺流程

含饱和水中压致密气在集气站内经过折流板气液分离器后进入撬装三甘醇脱水装置，此时的致密气不含游离水，会含有少量轻烃，如果直接进入吸收塔，轻烃与三甘醇接触后会使三甘醇溶液起泡，影响脱水效果，需要设置过滤分离器除去轻烃。同时在过滤分离器与吸收塔之间设置换热器，确保致密气进塔温度不低于15℃，否则致密气温度过低影响三甘醇流动性，进而影响脱水效果。进入吸收塔后先经塔底重力分离段再次除去游离液，然后自下而上在吸收塔泡罩塔盘上与塔上由分布器进入的三甘醇贫液逆流接触，致密气中所含的水分被脱除。脱水后的干气经过除沫丝网后从塔顶排出，最后经干气/贫液换热器换热后出装置。

三甘醇富液从吸收塔下部抽出，经能量循环泵输送至三甘醇再生塔塔顶的换热管加热，然后去闪蒸罐进行闪蒸，脱出富液中的烃类气体。闪蒸罐出来的富液经机械过滤器和活性炭过滤器除去三甘醇降解物和机械杂质，再经贫/富甘醇换热器进行加热，加热后的富液至富液精馏柱及其底部的重沸器提浓再生。再生后的三甘醇贫液回流至三甘醇储液罐，通过贫/富甘醇换热器冷却，由能量回收泵增压，进入致密气/贫三甘醇换热器进一步冷却，再进入吸收塔顶部，完成三甘醇的吸收、再生循环过程。

（二）设备设计

1.吸收塔塔板数

2.吸收塔塔径D

选脱水吸收塔为板间距600mm的泡罩塔，C=176。被处理气体的质量流量G=进塔湿气平均分子量x进塔湿气摩尔流率，查HYSYS模拟数据得：进塔贫TEG密度ρ1=1103kg/m3；进塔湿致密气密度ρg=45.40kg/m3，则吸收塔的塔径估算为：

设计考虑一定的裕量，取塔径为0.8m。

3.吸收塔高度H

根据设计要求，考虑一定的设计裕量：塔顶捕雾器到干气出口的间距h1≥0.35D，取h2=0.5m。顶层塔板到捕雾器的间距h2≥1.5x，取h2=1m。取分离段高度h4=1.5m，中部吸收段高度h3=板间距×Np=0.6×6=3.6m。则脱水吸收塔的总高度为：H=h1+h2+h3+h4=0.5+1+3.6+1.5=6.6m考虑一定的设计裕量，取吸收塔的设计总高度为7m。

4.闪蒸罐直径D、高度H

分离器直径H：此处闪蒸罐为两相立式分离器，则停留时间t=5min，取载荷波动系数β=2，估算液体通过量为：

根据设计要求分离器的液封段高度H1≥0.5m，故取H1=0.5m。入口分离段及沉降分离段的总高度H2≥1.6m，取H2=2m。除雾分离段高度H3≥0.4m，取H3=0.5m。闪蒸分离器的设计总高度为：H=H1+H2+H3=3m

5.液精馏柱直径

三甘醇循环流量VL=0.2m3/h

（三）设备布置

整撬底部结构尺寸为12000mm（长）×2200mm（宽）×250mm（高），撬上安装有13台设备，所有设备按照工艺流程布置，平面布置见图1，高压部分与低压部分管道分开。整个装置布置紧凑、合理，结构一体化，便于操作、检修和维护。阀门、管道及仪表均集成在撬内。运输时，除超高的三甘醇吸收塔、重沸器富液精馏柱拆下单独运输外，其余部分整体装运，运输荷重约15吨，撬装尺寸及重量均满足公路运输的要求。

图1 三甘醇脱水撬块平面布置图

三、结束语

本文对处理气量为52×104m3/d，进站压力为5.6MPa（G）、进站温度为5℃的原料致密气三甘醇脱水装置进行了工艺集成优化设计，利用HYSYS对原料气进行模拟，计算出相关物流、能流和设备的工艺参数。并根据原料气模拟结果计算和设计了设备尺寸，优化设备布置，形成撬装三维总装设计。目前装置已经投产，现场运行工况平稳，三甘醇循环量及再生浓度与设计理论值相符合，致密气水露点满足出站要求。