低温甲醇洗气液两相流管线工程设计

012,22(1)袁助等甲醇洗气液两相流管线工程设计8设计技术低温甲醇洗气液两相流管线工程设计袁助·华陆工程科技有限责任公司西安710065付晶华鲁恒升化工股份有限公司德州253024摘要以低温甲醇洗无硫盒甲醇闪蒸罐到CO2产品塔的两相流管线为例,按照SHT3035-2007规定的要求进行计算,通过与工程实践的对比,验证其计算的可行性。总结了低温甲醇洗装置中抑制两相流的三项措施。关键词两相流管线低温甲醇洗近年我国以煤为原料生产合成氨及尿素、甲本文按照SHT3035-2007规定的计算方法,通过醇及下游产品(醋酸、MTO、MTP)、SNG、乙二实例分析两相流管线的设计。醇及合成油(间接法)的工艺得到蓬勃发展,其主要流程图见图11低温甲醇洗工艺co2放空戚综合利用低温甲醇洗工艺是由德国林德( Linde)公司氧硫回收}→硫磺或硫酸煤和鲁奇(Lurg)公司于上世纪50年代共同开发4化}变换净化合成→中间产品送下游工段的,该工艺使用冷甲醇作为酸性气体(CO2、H2S、COS)的吸收剂,通过物理吸收净化原料气。之后图1以煤为原料生产合成氨、甲醇及下游产品流程框图林德公司和鲁奇公司各自对低温甲醇洗工艺流程随着装置规模的大型化,净化多采用低温甲进行了改进,关于这两种流程差异可以查阅王显醇洗工艺。笔者参与过若干低温甲醇洗装置的工炎、郑明峰、张骏驰著的《 (Linde与 Lur低温甲程设计,认为低温甲醇洗装置中气液两相流管线醇洗工艺流程分析》。典型的林德低温甲醇洗工的设计是工程设计过程中一个容易被忽视的环节,艺流程见图2净化气击更潘环水台成气击集洗重邮平曝/水全舞等变换气来自变换灌幅哪气事机乘自图2典型的低温甲醇洗工艺流程简图(合成氨)低温甲醇洗工艺相比其它工艺有如下特点:①既可以同H中国煤化工、cos、RsH、CNMHG*袁助:工程师。2002年毕业于浙江大学化学工艺专业获硕土学位。从事化工工艺设计工作。联系电话:(029)87989318。CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2012,22(1)CO2、HCN等酸性气体组分,又可以脱水使气体干的30%时,应按式(2)计算出口端的极限质量流燥;②气体的净化度很高,净化气中总硫含量可速;极限质量流速与两相流质量流速的关系应满脱至0.lppm(mol)以下,CO2可脱至l0ppm足式(3)。(mol)以下;③吸收的选择性高,H2S和CO2可Gc=/yxP2x10,05(2)以在同一设备的不同部位分别吸收,可在不同的设备(不同的操作条件下)分别解吸,由于低温0.75cc≥G(3)时H2S和C2在甲醇中的溶解度都很大,溶液的式中,Cc为两相流在管道出口端的极限质量流速,循环量较小,特别是当原料气压力比较高时尤为kg/(m2·s);G为两相流的质量流速,kg(m2·s);明显;④由于H2和CO等在低温甲醇中的溶解度y为气体的绝热指数(CpCv);P2为气相在管道都较低以及甲醇在低温下蒸气压较小,使得有效出口端的绝对压力,kPa;x2为两相流在管道出口气体和溶剂的损失小;⑤甲醇的热稳定性和化学端的质量含气率;va为气相在管道出口端的比容,稳定性都较好,不会被有机硫、氰化物等组分所m/kg降解,不起泡且操作稳定。V03罐到CO2产品塔的两相流管线计算结果见表22低温甲醇洗两相流管线的计算表2v03罐到CO2产品塔两相流管线计算结果汇总表低温甲醇洗流程中从闪蒸罐ⅴ03到CO2产品100%负荷50%负荷β两相流的体积含气率0.94790.9452塔、H2S浓缩塔的管线为两相流管线,本文以某工x两相流的质量含气率0.12980.1175程实际数据为例进行分析计算。数据见表1pn两相流的均相密度,kg/m358.44559.5744表1闪蒸罐液位控制阀阌后到CO2解吸塔管线的物流数据vH两相流的均相比容,m3/kg0.01710.0168qn两相流中气相的体积流量,m3/h2384.11137.28100%负荷50%负荷q相流中液相的体积流量,m3/h131.00液相质量流量,kgh127916v两相中气相的比容,m3/kg0.1250.1351液相密度,kg/m3976.45959.37v1两相中液相的比容,m3/kg0.00100.0010液相粘度,cPug相流的均相流速,m/s2.5451气相质量流量,kghG两相流的质量流速,kg/(m2·s)256.7530151.6246气相密度,kg/m38.003u两相中液相的表观流速,m/s0.22880.1395气相粘度,cP0.0110.011u两相中气相的表观流速,m/。s4.1642G1两相流中液相的表观质量流速,21计算12kg/(m2·s)223.4266133.8156Gn两相流中气相的表观质量流速,17.8090在工程设计中,仅关注两相流在管道中的流kg(m2·)型及压降是不够的,按照SHT3035-2007要求两管壁受流体严重侵蚀的极限流速,m/s16.019715.8672相流管线的管径还应满足5点要求:①当流量为正管道出口端的极限质量流速,k/(m2·8)5255.68095145.0960格里菲思流型图参数(β)0.94790.9452常负荷值的50%时,在垂直向上的管段中不应发格里菲思流型图参数(v9.807d)437301.4678生块状流;②当流量为正常负荷值时,在水平管格里菲斯流型图(流型判定)在块状流和在块状流和段中不宜发生块状流;③两相流的均相流速应小海威特流型图参数(1,中),k/(m:3)138.79142.842流速应小于管道出口端的极限质量流;⑤管道海威特流型图(流型判于使管壁受到严重侵蚀的流速;④两相流的质量海威特流型图参数(p吨),kg/(m:2)5.123418.6650沫状流沫状流的压力降应小于由工艺条件决定的进、出口压差。阻力降计算结果两相流在垂直管道上的重力压力为使管壁不受流体的严重侵蚀,两相流的均降,kPa相流速应满足式(1)要求。两相流管道的阻力降,kPa阻力降(合计),kPaun≤12247×p注:(1)v03罐到CO2产品塔的两相流管线竖直向上,管径式中,u为两相流的均相流速,m/s;pn为两相18英寸,管线长度按60m计算流的均相密度,kg/m23叮以中国煤化工两相流加速度压降(3)uH及pH的计算详见SH/T3035-2007。负荷CNMHG计算(10%及50%(4)阻力降(合计)安全系数为1.3(SHT3035-2007当管道进出口端的压差大于进口端绝对压力建议的安全系数)。2012,22(1)袁助等低温甲醇洗气液两相流管线工程设计从表2的计算结果可知,甲醇闪蒸罐(V03到CO2产品塔的18英寸竖直向上两相流管线满足H2S浓缩塔塔釜SH/T3035-2007的要求,在50%及100%负荷时,流型为沫状流;均相流速也没有超过管壁受富甲泵I流体严重侵蚀的极限流速,完全满足式(1)的要求;两相流的质量流速也完全满足式(3)的要求;工艺流程(管线进出口允许压差大于0.6MPea液位调节闯决定了进出压差大于两相流管线的阻力降。工程实图3富甲醇泵Ⅰ流程图践也证明该两相流管线的设计是合理的,说明低温甲醇洗气液两相流管线按照SHT3035-2007的要求设计是可行的。孔板需要说明,格里菲思流型图中没有块状流和沫状流的清晰分界,详细情况可查阅SHT30352007第22页格里菲思流型图,笔者认为这是利用富甲醇泵Ⅱ格里菲思流型图判定竖直向上管线中两相流流型的一个不足。液位调节阀下游塔设备2.2配管图4两相流管线加装孔板示意图低温甲醇洗装置的两相流管线的配管设计应线接近塔顶部处加装孔板,抑制闪蒸量,得到合尽量避免液袋及气袋低温甲醉洗装置的两相适的两相流流型。流管线多为管径较大的管道,应在初步设计阶段(3)合理布置设备,使两相流管线坡向下游进行管道研究,在详细设计开始时给系统专业提设备,向下的两相流管线不会出现柱塞流。供两相流管线的单线图,为工艺专业确定两相流的流型、管径、压降、均相流速及质量流速是否3结语超过允许值提供设计基础。通过分析,依照SHT3035-2007的要求对低2.3两相流管线的抑制措施温甲醇洗的两相流管线进行工程设计是可行的近年来,低温甲醇洗工艺也在进行局部优化,在设计中采取合理措施,抑制或减少两相流管线笔者根据工程实践,归纳如下的数量(或长度)。(1)提高上游(设备)压力,避免两相流,见图3。参考文献通过适当增加富甲醇泵I的扬程,使富甲醇1王显炎等, Linde与Iurg低温甲醇洗工艺流程分析[J].与贫甲醇换热升温后,在塔釜液位调节阀的阀前煤化工,2010,38(1)仍然保持液相,避免调节阀前出现两相流。2SHT3035-2007,石油化工工艺装置管径选择导则[S](2)在两相流管线上加装孔板,抑制两相流,3沈军.煤制合成气低温甲醇洗工序管道布置总结[J]贵州化工,2007,32(1)使其流型在较为稳定的流型区域内,见图44刘卫坤.煤制合成气气液两相流管道布置探讨[J].化工某项目低温甲醇洗有一根两相流管线,很难设计通讯,2006,32(3)通过调整管径得到合适的两相流流型,后采取在管(修改回稿2011-11-13下Aspen Plus在深冷净化合成氨工艺模拟中的应用中国煤化工目·工艺系统专业在催化剂技术谈判中的注意事CNMHG