TEG脱水的设计剖析课件

西南油气田分公司天然气研究院

TEG脱水装置的设计陈赓良2006年元月

西南油气田分公司天然气研究院TEG脱水装置的设计1认识与体会TEG脱水是一种成熟的工艺原料气脱水与净化气脱水理论与实际的结合——优秀设计逻辑思维与形象思维的结合人脑与电脑的结合（人脑指挥电脑）认识与体会TEG脱水是一种成熟的工艺2设计的原始条件原料气的流量范围设计压力设计温度范围操作压力范围操作温度范围原料气相对密度（空气为1.0）原料气的含水量或露点脱水后气体的含水量或露点设计的原始条件原料气的流量范围3天然气的含水量及其露点图3-1天然气中的水含量及其露点天然气的含水量及其露点图3-1天然气中的水含量及其露点4露点降及要求的脱水量假定脱水装置操作压力为2.76MPa(表)进料气200C;含水7.34kg/104m3脱水气-8.890C;含水1.09kg/104m3露点降=20-(-8.89)=28.890C脱水量=7.34–1.09=6.25kg/104m3露点降及要求的脱水量假定脱水装置操作压力为2.76MPa(表5进料天然气的温度进料天然气温度应在160C~490C温度过高TEG粘度过大,塔板效率降低温度升高含水量增加,要求提高TEG浓度温度升高TEG的蒸发损失量也增加必要时应设置原料气冷却器进料天然气的温度进料天然气温度应在160C~490C6TEG脱水的工艺流程图3-15TEG法脱水的原理流程TEG脱水的工艺流程图3-15TEG法脱水的原理流程7

工艺流程概要1高压低温下脱水（吸收塔）2常压高温下再生（再生塔）3降压闪蒸释放出溶解气体（闪蒸罐）4贫－富液换热回收能量（优化操作）5气体－贫TEG换热控制塔顶温度6除沬器降低溶剂损耗7过滤器改善溶剂质量工艺流程概要1高压低温下脱水（吸收塔）8优化操作的考虑气体/TEG换热器调节塔顶温度贫/富液换热器调节闪蒸罐温度干气汽提提高贫TEG浓度设置多种过滤器保证TEG溶液清洁设置能量回收泵以降低能耗（高压装置）优化操作的考虑气体/TEG换热器调节塔顶温度9

TEG脱水的简化流程

TEG脱水的简化流程10简化流程的特点及适用条件不需要外界供给冷却水及蒸汽涉及设备少，投资低，容易维护装置的热效率低TEG的损失量较大适合边远井站处理量较小的装置简化流程的特点及适用条件不需要外界供给冷却水及蒸汽11

原料气分离器1应尽可能除去机杂与液滴控制：腐蚀降解发泡2重力式分离器应加除沬器3水洗式旋风分离器4必要时采用过滤式分离器5与吸收塔组合（小型装置）原料气分离器1应尽可能除去机杂与液滴12分离器截面积与允许流量的关系原料气相对密度0.6操作压力2.76MPa(表)操作温度21.110C查表D.2最大流量=0.89x106m3/d•m2分离器截面积与允许流量的关系原料气相对密度0.613原料气分离器截面积的确定截面积Ac=Gs(实际流量)/Ga(允许)在0.6;2.76MPa(表);21.110C下实际流量为1x106m3/d允许流量为0.89xm3/(d•m2)Ac=1/0.89=1.12m2查表D.3分离器外径大致为1067mm(4.97MPa)原料气分离器截面积的确定截面积Ac=Gs(实际流量)/Ga14分离器设计的优化分离器可以与吸收塔组合一体组合工分离器直径一般与吸收塔相同(此时)最小直径应按吸收塔允许流速定以捕雾器除去直径大于10μm的液滴推荐使用过滤式分离器(除掉润滑油)必要时储液部位设置回执盘管必要时在分离器前设置水冷器分离器设计的优化分离器可以与吸收塔组合一体15吸收塔设计要点塔型的选择塔的直径塔板间距塔板数或填料高度进出口管线尺寸捕雾器与顶板间的分离空间吸收塔设计要点塔型的选择16吸收塔塔型选择与塔径的确定板式塔与填料塔均可采用用泡罩塔比浮阀塔有利TEG较粘稠气－液比很高塔径较小时可采用填料塔瓷质填料和不锈钢填料均相可使用不锈钢填料不易破碎且气体流率较高近年来(小型装置)大多使用整装填料塔径用Brown-Sounder公式确定吸收塔塔型选择与塔径的确定板式塔与填料塔均可采用17

Ga=0.305C[(ρl–ρg)/ρg]0.5(3-7)

D=[4.18/G/C]0.5/[(ρl–ρg)/ρg]0.25

(3-8)

G=0.05QΔ(3-9)

G=0.00173QMn

(3-10)

式中Ga——气体的最大通允许质量流速，kg/（h·m2）

ρl

——吸收塔中液相密度，kg/m3

ρg——吸收塔中气相密度，kg/m3C——常数（参见表3-9）；D——吸收塔直径，mG——原料气的质量流量，kg/hQ——原料气的体积流量，m3/d

△——原料气的相对密度，Mn——原料气的相对分子质量。Brown-Sounder公式的应用Ga=0.305C[(ρl–ρg)/ρg]0.518

设备与介质

板间距

46cm61cm75cm油吸收塔700800850甘醇吸收塔

500550醇胺吸收塔

350395精馏塔440540600C值的选择

设备与介质板间距

419露点降与吸收塔实际板数(表D.5)假定塔板效率为0.33%假定1块理论板等于0.91m填料高度假定脱水气体含水量1.13kg/104m3假定贫TEG浓度99.1%假定重沸器204.40C假定海拔高度365.76m2.76MPa(表)16.8L/kg38.890C6块2.7625.038.890C5块2.7625.047.220C8块露点降与吸收塔实际板数(表D.5)假定塔板效率为0.33%20

吸收塔操作温度的影响操作压力100~10000kPa

吸收塔操作温度的影响21（1）循环量和塔板数固定时，TEG浓度愈高则露点降愈大，通常这是提高露点降最有效的途径。（2）循环量和TEG浓度固定时，塔板数愈多则露点降愈大，但一般情况下实际塔板数不超过10块。塔板效率大致在25%~40%之间。（3）塔板数和TEG浓度固定时，循环量愈大则露点降愈大，但循环量升高至一定值后，露点降的增加值明显减少，且循环量过大会导致重沸超负荷，动力消耗过大。因此，通常最高不超过33L/kg（水）。

循环量——塔板数——TEG浓度的关系（1）循环量和塔板数固定时，TEG浓度愈高则露点降愈大，通常22原料气/贫TEG换热器其作用是控制贫TEG温度比天然气流温度高5.56~16.670C贫TEG温度过高，有较多水残留于脱水气体中贫TEG温度过低，虽有利于降低TEG损耗，但易使烃类在吸收塔中冷凝采用简化流程的小型装置，可在顶部塔板与除雾器之间设置一组换热盘管来取代换热器原料气/贫TEG换热器其作用是控制贫TEG温度比天然气23

富液闪蒸罐1功能是释放出TEG中的溶解气体烃类气体硫化氢二氧化碳2操作压力0.30~0.50MPa3停留时间5~20min贫天然气通常取5min4需要破乳时应升温至约650C，并在罐内停留20min

富液闪蒸罐1功能是释放出TEG中的溶解气体24

天然气在DEG及TEG中的溶解度

天然气在DEG及TEG中的溶解度25闪蒸罐尺寸的计算（D.8)根据液体停留时间(t)计算V=L•t/60V=闪蒸罐所需沉降容积(m3)L=TEG循环量(m3/h)两相时t取5min;三相时t取10~30min典型尺寸与沉降容积的关系可查表D.6(立式)D.7(卧式)闪蒸罐尺寸的计算（D.8)根据液体停留时间(t)26TEG循环量的计算WR=[(Win-Wout)/Gs]WR=脱除水量;kg/hWin=进料气含水量;kg/hWout=脱水气含水量;kg/hGs=装置处理量;m3/hTEG循环量的计算WR=[(Win-Wout27TEG循环泵按TEG循环量及吸收塔压力选泵天然气驱动与电驱动能量回收泵的应用(节能考虑)是否需要备用泵电机型式功率电压转速脉动缓冲器流量指示(流量计)TEG循环泵按TEG循环量及吸收塔压力选28

TEG过滤器功能是除去固体及溶解性杂质机械过滤器除去5左右的固体杂质滤料：纤维制品纸张玻璃纤维活性炭过滤器除去溶解性杂质重烃表面活性剂润滑油等等可采用部分过滤或全流过滤停留时间为15~20minTEG过滤器功能是除去固体及溶解性杂质29

贫－富液换热器1回收贫液热量，使富液升温至1480C2调节贫液入塔的富液闪蒸温度3最常用的形式为罐壳式4小型装置可用换热罐替代5换热罐效率较低，一般换热后富液温度温度不超过930C贫－富液换热器1回收贫液热量，使富液升温至14830

再生塔和重沸器再生系统的功能是提浓TEG溶剂再生塔约需3块理论板，重沸器算1块重沸器可选用蒸汽、火管、热油等形式回流比一般取1左右富液在塔中部进料，塔顶设置除沬器塔径也用Brown-Sounder公式计算再生塔和重沸器再生系统的功能是提浓TEG溶剂31(贫)TEG的缓冲罐缓冲罐是否与重沸器组合?缓冲罐必须有足够的容积缓冲罐应配有足够大的TEG储罐安装高度应保证入泵的压头(贫)TEG的缓冲罐32

重沸器温度与TEG浓度的关系重沸器温度与TEG浓度的关系33TEG重沸器传热强度/温度火管传热强度不应大于31.5kW/m2平均范围18.9~31.5kW/m2注意燃烧器火焰形状及长度避免在火管中形成过热点TEG平均温度不大于2040C最高壁温不应大于2210C进一步提高热效率可以增加火管表面积TEG重沸器传热强度/温度火管传热强度不应大于334重沸器热负荷的估算(D.9)QR=L•QcQR=所需热负荷;kWL=TEG循环量;m3/hQc=1m3TEG所需热量;kJ/m3重沸器热负荷的估算(D.9)35重沸器热负荷的经验系数(表D.8)基础条件贫TEG浓度99.1%重沸器温度204.40C大气热损失10%出贫TEG换热的TEG温度93.30C吸收塔温度TEG/水比率系数(kJ/m3)26.716.8373.537.816.8340.037.825.2298.2重沸器热负荷的经验系数(表D.8)基础条件36典型的重沸器尺寸(表D.9)根据表D.8确定重沸器热负荷根据传热强度确定传热面积传热强度=火管热负荷/火管表面积热负荷传热强度火管表面积103kJ/h103kJ/h•m2m279.168.11.1679.1113.60.70263.868.13.88263.8113.62.32典型的重沸器尺寸(表D.9)根据表D.8确定重37

TEG脱水的操作要点保证TEG的提浓效果惰气气提共沸蒸馏合理确定循环量20~30L/kg(H2O)合理确定再生温度和再生热量重沸器加热温度不宜超过2040C合理确定贫液入塔温度和富液闪蒸温度必要时使用消泡剂、中和剂和缓蚀剂TEG脱水的操作要点保证TEG的提浓效果38

气提气量对TEG浓度的影响气提气量对TEG浓度的影响39TEG浓度－循环量－塔板数的关系TEG浓度是最关键的控制条件。当贫TEG浓度不符合要求时，塔顶气－液平衡决定产品气的含水量，即使提高循环量不能改善脱水效果。TEG浓度和循环量不变时，塔板数愈多露点降愈大。但一般不应超过10块理论板。塔板效率大致在25%－40%之间TEG浓度和塔数不变时，循环量愈大则露点降也愈大。但一般不应超过35L/kg(H2O)。TEG浓度－循环量－塔板数的关系TEG浓度是最关键的控制条408块实际塔板接触温度380C8块实际塔板接触温度380C416块实际塔板接触温度380C6块实际塔板接触温度380C42

4块实际塔板接触温度380C4块实际塔板接触温度380C43

降低TEG损耗的技术措施合理选择操作参数改善气－液分离效果改善破沬与除沬效果加强过滤分离，保持溶液清洁必要时使用助剂降低TEG损耗的技术措施合理选择操作参数44天然气TEG脱水工艺技术交流装置实例分析陈赓良2006年元月天然气TEG脱水工艺技术交流装置实例分析45东方1－1脱水装置存在的问题处理量达不到设计要求400万/日（设计）260万/日（实际）贫TEG含水过高99.8%(设计）96%~98.8%（实际）产品气远未达到技术指标138ppmv（设计）~1%(v)（实际）东方1－1脱水装置存在的问题处理量达不到设计要求46

对东方1－1脱水装置的评估原料气CO2升高对处理量及脱水效率基本上没有影响吸收塔直径过小是影响处理量的关键

Φ1500（设计）Φ2000（核算）重沸器传热面积不夠是影响TEG浓度的关键303KW（设计）292KW（核算）220KW（供货）传热面积设计范围：18－25KW/m2

供货设备取高值，传热面积仅12m2，实际应为17m2才比较合理循环量设计卡边有一定影响，但不是主要因素对东方1－1脱水装置的评估原料气CO2升高对处理量及脱水效47不当之处敬请指正谢谢大家!不当之处敬请指正48西南油气田分公司天然气研究院

TEG脱水装置的设计陈赓良2006年元月

西南油气田分公司天然气研究院TEG脱水装置的设计49认识与体会TEG脱水是一种成熟的工艺原料气脱水与净化气脱水理论与实际的结合——优秀设计逻辑思维与形象思维的结合人脑与电脑的结合（人脑指挥电脑）认识与体会TEG脱水是一种成熟的工艺50设计的原始条件原料气的流量范围设计压力设计温度范围操作压力范围操作温度范围原料气相对密度（空气为1.0）原料气的含水量或露点脱水后气体的含水量或露点设计的原始条件原料气的流量范围51天然气的含水量及其露点图3-1天然气中的水含量及其露点天然气的含水量及其露点图3-1天然气中的水含量及其露点52露点降及要求的脱水量假定脱水装置操作压力为2.76MPa(表)进料气200C;含水7.34kg/104m3脱水气-8.890C;含水1.09kg/104m3露点降=20-(-8.89)=28.890C脱水量=7.34–1.09=6.25kg/104m3露点降及要求的脱水量假定脱水装置操作压力为2.76MPa(表53进料天然气的温度进料天然气温度应在160C~490C温度过高TEG粘度过大,塔板效率降低温度升高含水量增加,要求提高TEG浓度温度升高TEG的蒸发损失量也增加必要时应设置原料气冷却器进料天然气的温度进料天然气温度应在160C~490C54TEG脱水的工艺流程图3-15TEG法脱水的原理流程TEG脱水的工艺流程图3-15TEG法脱水的原理流程55

工艺流程概要1高压低温下脱水（吸收塔）2常压高温下再生（再生塔）3降压闪蒸释放出溶解气体（闪蒸罐）4贫－富液换热回收能量（优化操作）5气体－贫TEG换热控制塔顶温度6除沬器降低溶剂损耗7过滤器改善溶剂质量工艺流程概要1高压低温下脱水（吸收塔）56优化操作的考虑气体/TEG换热器调节塔顶温度贫/富液换热器调节闪蒸罐温度干气汽提提高贫TEG浓度设置多种过滤器保证TEG溶液清洁设置能量回收泵以降低能耗（高压装置）优化操作的考虑气体/TEG换热器调节塔顶温度57

TEG脱水的简化流程

TEG脱水的简化流程58简化流程的特点及适用条件不需要外界供给冷却水及蒸汽涉及设备少，投资低，容易维护装置的热效率低TEG的损失量较大适合边远井站处理量较小的装置简化流程的特点及适用条件不需要外界供给冷却水及蒸汽59

原料气分离器1应尽可能除去机杂与液滴控制：腐蚀降解发泡2重力式分离器应加除沬器3水洗式旋风分离器4必要时采用过滤式分离器5与吸收塔组合（小型装置）原料气分离器1应尽可能除去机杂与液滴60分离器截面积与允许流量的关系原料气相对密度0.6操作压力2.76MPa(表)操作温度21.110C查表D.2最大流量=0.89x106m3/d•m2分离器截面积与允许流量的关系原料气相对密度0.661原料气分离器截面积的确定截面积Ac=Gs(实际流量)/Ga(允许)在0.6;2.76MPa(表);21.110C下实际流量为1x106m3/d允许流量为0.89xm3/(d•m2)Ac=1/0.89=1.12m2查表D.3分离器外径大致为1067mm(4.97MPa)原料气分离器截面积的确定截面积Ac=Gs(实际流量)/Ga62分离器设计的优化分离器可以与吸收塔组合一体组合工分离器直径一般与吸收塔相同(此时)最小直径应按吸收塔允许流速定以捕雾器除去直径大于10μm的液滴推荐使用过滤式分离器(除掉润滑油)必要时储液部位设置回执盘管必要时在分离器前设置水冷器分离器设计的优化分离器可以与吸收塔组合一体63吸收塔设计要点塔型的选择塔的直径塔板间距塔板数或填料高度进出口管线尺寸捕雾器与顶板间的分离空间吸收塔设计要点塔型的选择64吸收塔塔型选择与塔径的确定板式塔与填料塔均可采用用泡罩塔比浮阀塔有利TEG较粘稠气－液比很高塔径较小时可采用填料塔瓷质填料和不锈钢填料均相可使用不锈钢填料不易破碎且气体流率较高近年来(小型装置)大多使用整装填料塔径用Brown-Sounder公式确定吸收塔塔型选择与塔径的确定板式塔与填料塔均可采用65

Ga=0.305C[(ρl–ρg)/ρg]0.5(3-7)

D=[4.18/G/C]0.5/[(ρl–ρg)/ρg]0.25

(3-8)

G=0.05QΔ(3-9)

G=0.00173QMn

(3-10)

式中Ga——气体的最大通允许质量流速，kg/（h·m2）

ρl

——吸收塔中液相密度，kg/m3

ρg——吸收塔中气相密度，kg/m3C——常数（参见表3-9）；D——吸收塔直径，mG——原料气的质量流量，kg/hQ——原料气的体积流量，m3/d

△——原料气的相对密度，Mn——原料气的相对分子质量。Brown-Sounder公式的应用Ga=0.305C[(ρl–ρg)/ρg]0.566

设备与介质

板间距

46cm61cm75cm油吸收塔700800850甘醇吸收塔

500550醇胺吸收塔

350395精馏塔440540600C值的选择

设备与介质板间距

467露点降与吸收塔实际板数(表D.5)假定塔板效率为0.33%假定1块理论板等于0.91m填料高度假定脱水气体含水量1.13kg/104m3假定贫TEG浓度99.1%假定重沸器204.40C假定海拔高度365.76m2.76MPa(表)16.8L/kg38.890C6块2.7625.038.890C5块2.7625.047.220C8块露点降与吸收塔实际板数(表D.5)假定塔板效率为0.33%68

吸收塔操作温度的影响操作压力100~10000kPa

吸收塔操作温度的影响69（1）循环量和塔板数固定时，TEG浓度愈高则露点降愈大，通常这是提高露点降最有效的途径。（2）循环量和TEG浓度固定时，塔板数愈多则露点降愈大，但一般情况下实际塔板数不超过10块。塔板效率大致在25%~40%之间。（3）塔板数和TEG浓度固定时，循环量愈大则露点降愈大，但循环量升高至一定值后，露点降的增加值明显减少，且循环量过大会导致重沸超负荷，动力消耗过大。因此，通常最高不超过33L/kg（水）。

循环量——塔板数——TEG浓度的关系（1）循环量和塔板数固定时，TEG浓度愈高则露点降愈大，通常70原料气/贫TEG换热器其作用是控制贫TEG温度比天然气流温度高5.56~16.670C贫TEG温度过高，有较多水残留于脱水气体中贫TEG温度过低，虽有利于降低TEG损耗，但易使烃类在吸收塔中冷凝采用简化流程的小型装置，可在顶部塔板与除雾器之间设置一组换热盘管来取代换热器原料气/贫TEG换热器其作用是控制贫TEG温度比天然气71

富液闪蒸罐1功能是释放出TEG中的溶解气体烃类气体硫化氢二氧化碳2操作压力0.30~0.50MPa3停留时间5~20min贫天然气通常取5min4需要破乳时应升温至约650C，并在罐内停留20min

富液闪蒸罐1功能是释放出TEG中的溶解气体72

天然气在DEG及TEG中的溶解度

天然气在DEG及TEG中的溶解度73闪蒸罐尺寸的计算（D.8)根据液体停留时间(t)计算V=L•t/60V=闪蒸罐所需沉降容积(m3)L=TEG循环量(m3/h)两相时t取5min;三相时t取10~30min典型尺寸与沉降容积的关系可查表D.6(立式)D.7(卧式)闪蒸罐尺寸的计算（D.8)根据液体停留时间(t)74TEG循环量的计算WR=[(Win-Wout)/Gs]WR=脱除水量;kg/hWin=进料气含水量;kg/hWout=脱水气含水量;kg/hGs=装置处理量;m3/hTEG循环量的计算WR=[(Win-Wout75TEG循环泵按TEG循环量及吸收塔压力选泵天然气驱动与电驱动能量回收泵的应用(节能考虑)是否需要备用泵电机型式功率电压转速脉动缓冲器流量指示(流量计)TEG循环泵按TEG循环量及吸收塔压力选76

TEG过滤器功能是除去固体及溶解性杂质机械过滤器除去5左右的固体杂质滤料：纤维制品纸张玻璃纤维活性炭过滤器除去溶解性杂质重烃表面活性剂润滑油等等可采用部分过滤或全流过滤停留时间为15~20minTEG过滤器功能是除去固体及溶解性杂质77

贫－富液换热器1回收贫液热量，使富液升温至1480C2调节贫液入塔的富液闪蒸温度3最常用的形式为罐壳式4小型装置可用换热罐替代5换热罐效率较低，一般换热后富液温度温度不超过930C贫－富液换热器1回收贫液热量，使富液升温至14878

再生塔和重沸器再生系统的功能是提浓TEG溶剂再生塔约需3块理论板，重沸器算1块重沸器可选用蒸汽、火管、热油等形式回流比一般取1左右富液在塔中部进料，塔顶设置除沬器塔径也用Brown-Sounder公式计算再生塔和重沸器再生系统的功能是提浓TEG溶剂79(贫)TEG的缓冲罐缓冲罐是否与重沸器组合?缓冲罐必须有足够的容积缓冲罐应配有足够大的TEG储罐安装高度应保证入泵的压头(贫)TEG的缓冲罐80

重沸器温度与TEG浓度的关系重沸器温度与TEG浓度的关系81TEG重沸器传热强度/温度火管传热强度不应大于31.5kW/m2平均范围18.9~31.5kW/m2注意燃烧器火焰形状及长度避免在火管中形成过热点TEG平均温度不大于2040C最高壁温不应大于2210C进一步提高热效率可以增加火管表面积TEG重沸器传热强度/温度火管传热强度不应大于382重沸器热负荷的估算(D.9)QR=L•QcQR=所需热负荷;kWL=TEG循环量;m3/hQc=1m3TEG所需热量;kJ/m3重沸器热负荷的估算(D.9)83重沸器热负荷的经验系数(表D.8)基础条件贫TEG浓度99.1%重沸器温度204.40C大气热损失10%出贫TEG换热的TEG温度93.30C吸收塔温度TEG/水比率系数(kJ/m3)26.716.8373.537.816.8340.037.825.2298.2重沸器热负荷的经验系数(表D.8)基础条件84典型的重沸器尺寸(表D.9)根据表D.8确定重沸器热负荷根据传热强度确定传热面积传热强度=火管热负荷/火管表面积热负荷传热强度火管表面积103