012,22(1)袁助等甲醇洗氣液兩相流管線工程設(shè)計(jì)8設(shè)計(jì)技術(shù)低溫甲醇洗氣液兩相流管線工程設(shè)計(jì)袁助·華陸工程科技有限責(zé)任公司西安710065付晶華魯恒升化工股份有限公司德州253024摘要以低溫甲醇洗無硫盒甲醇閃蒸罐到CO2產(chǎn)品塔的兩相流管線為例,按照SHT3035-2007規(guī)定的要求進(jìn)行計(jì)算,通過與工程實(shí)踐的對(duì)比,驗(yàn)證其計(jì)算的可行性?？偨Y(jié)了低溫甲醇洗裝置中抑制兩相流的三項(xiàng)措施。關(guān)鍵詞兩相流管線低溫甲醇洗近年我國(guó)以煤為原料生產(chǎn)合成氨及尿素、甲本文按照SHT3035-2007規(guī)定的計(jì)算方法,通過醇及下游產(chǎn)品(醋酸、MTO、MTP)、SNG、乙二實(shí)例分析兩相流管線的設(shè)計(jì)。醇及合成油(間接法)的工藝得到蓬勃發(fā)展,其主要流程圖見圖11低溫甲醇洗工藝co2放空戚綜合利用低溫甲醇洗工藝是由德國(guó)林德( Linde)公司氧硫回收}→硫磺或硫酸煤和魯奇(Lurg)公司于上世紀(jì)50年代共同開發(fā)4化}變換凈化合成→中間產(chǎn)品送下游工段的,該工藝使用冷甲醇作為酸性氣體(CO2、H2S、COS)的吸收劑,通過物理吸收凈化原料氣。之后圖1以煤為原料生產(chǎn)合成氨、甲醇及下游產(chǎn)品流程框圖林德公司和魯奇公司各自對(duì)低溫甲醇洗工藝流程隨著裝置規(guī)模的大型化,凈化多采用低溫甲進(jìn)行了改進(jìn),關(guān)于這兩種流程差異可以查閱王顯醇洗工藝。筆者參與過若干低溫甲醇洗裝置的工炎、鄭明峰、張駿馳著的《 (Linde與 Lur低溫甲程設(shè)計(jì),認(rèn)為低溫甲醇洗裝置中氣液兩相流管線醇洗工藝流程分析》。典型的林德低溫甲醇洗工的設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)過程中一個(gè)容易被忽視的環(huán)節(jié),藝流程見圖2凈化氣擊更潘環(huán)水臺(tái)成氣擊集洗重郵平曝/水全舞等變換氣來自變換灌幅哪氣事機(jī)乘自圖2典型的低溫甲醇洗工藝流程簡(jiǎn)圖(合成氨)低溫甲醇洗工藝相比其它工藝有如下特點(diǎn):①既可以同H中國(guó)煤化工、cos、RsH、CNMHG*袁助:工程師。2002年畢業(yè)于浙江大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)獲碩土學(xué)位。從事化工工藝設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:(029)87989318。CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計(jì)2012,22(1)CO2、HCN等酸性氣體組分,又可以脫水使氣體干的30%時(shí),應(yīng)按式(2)計(jì)算出口端的極限質(zhì)量流燥;②氣體的凈化度很高,凈化氣中總硫含量可速;極限質(zhì)量流速與兩相流質(zhì)量流速的關(guān)系應(yīng)滿脫至0.lppm(mol)以下,CO2可脫至l0ppm足式(3)。(mol)以下;③吸收的選擇性高,H2S和CO2可Gc=/yxP2x10,05(2)以在同一設(shè)備的不同部位分別吸收,可在不同的設(shè)備(不同的操作條件下)分別解吸,由于低溫0.75cc≥G(3)時(shí)H2S和C2在甲醇中的溶解度都很大,溶液的式中,Cc為兩相流在管道出口端的極限質(zhì)量流速,循環(huán)量較小,特別是當(dāng)原料氣壓力比較高時(shí)尤為kg/(m2·s);G為兩相流的質(zhì)量流速,kg(m2·s);明顯;④由于H2和CO等在低溫甲醇中的溶解度y為氣體的絕熱指數(shù)(CpCv);P2為氣相在管道都較低以及甲醇在低溫下蒸氣壓較小,使得有效出口端的絕對(duì)壓力,kPa;x2為兩相流在管道出口氣體和溶劑的損失小;⑤甲醇的熱穩(wěn)定性和化學(xué)端的質(zhì)量含氣率;va為氣相在管道出口端的比容,穩(wěn)定性都較好,不會(huì)被有機(jī)硫、氰化物等組分所m/kg降解,不起泡且操作穩(wěn)定。V03罐到CO2產(chǎn)品塔的兩相流管線計(jì)算結(jié)果見表22低溫甲醇洗兩相流管線的計(jì)算表2v03罐到CO2產(chǎn)品塔兩相流管線計(jì)算結(jié)果匯總表低溫甲醇洗流程中從閃蒸罐ⅴ03到CO2產(chǎn)品100%負(fù)荷50%負(fù)荷β兩相流的體積含氣率0.94790.9452塔、H2S濃縮塔的管線為兩相流管線,本文以某工x兩相流的質(zhì)量含氣率0.12980.1175程實(shí)際數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析計(jì)算。數(shù)據(jù)見表1pn兩相流的均相密度,kg/m358.44559.5744表1閃蒸罐液位控制閥閿后到CO2解吸塔管線的物流數(shù)據(jù)vH兩相流的均相比容,m3/kg0.01710.0168qn兩相流中氣相的體積流量,m3/h2384.11137.28100%負(fù)荷50%負(fù)荷q相流中液相的體積流量,m3/h131.00液相質(zhì)量流量,kgh127916v兩相中氣相的比容,m3/kg0.1250.1351液相密度,kg/m3976.45959.37v1兩相中液相的比容,m3/kg0.00100.0010液相粘度,cPug相流的均相流速,m/s2.5451氣相質(zhì)量流量,kghG兩相流的質(zhì)量流速,kg/(m2·s)256.7530151.6246氣相密度,kg/m38.003u兩相中液相的表觀流速,m/s0.22880.1395氣相粘度,cP0.0110.011u兩相中氣相的表觀流速,m/。s4.1642G1兩相流中液相的表觀質(zhì)量流速,21計(jì)算12kg/(m2·s)223.4266133.8156Gn兩相流中氣相的表觀質(zhì)量流速,17.8090在工程設(shè)計(jì)中,僅關(guān)注兩相流在管道中的流kg(m2·)型及壓降是不夠的,按照SHT3035-2007要求兩管壁受流體嚴(yán)重侵蝕的極限流速,m/s16.019715.8672相流管線的管徑還應(yīng)滿足5點(diǎn)要求:①當(dāng)流量為正管道出口端的極限質(zhì)量流速,k/(m2·8)5255.68095145.0960格里菲思流型圖參數(shù)(β)0.94790.9452常負(fù)荷值的50%時(shí),在垂直向上的管段中不應(yīng)發(fā)格里菲思流型圖參數(shù)(v9.807d)437301.4678生塊狀流;②當(dāng)流量為正常負(fù)荷值時(shí),在水平管格里菲斯流型圖(流型判定)在塊狀流和在塊狀流和段中不宜發(fā)生塊狀流;③兩相流的均相流速應(yīng)小海威特流型圖參數(shù)(1,中),k/(m:3)138.79142.842流速應(yīng)小于管道出口端的極限質(zhì)量流;⑤管道海威特流型圖(流型判于使管壁受到嚴(yán)重侵蝕的流速;④兩相流的質(zhì)量海威特流型圖參數(shù)(p噸),kg/(m:2)5.123418.6650沫狀流沫狀流的壓力降應(yīng)小于由工藝條件決定的進(jìn)、出口壓差。阻力降計(jì)算結(jié)果兩相流在垂直管道上的重力壓力為使管壁不受流體的嚴(yán)重侵蝕,兩相流的均降,kPa相流速應(yīng)滿足式(1)要求。兩相流管道的阻力降,kPa阻力降(合計(jì)),kPaun≤12247×p注:(1)v03罐到CO2產(chǎn)品塔的兩相流管線豎直向上,管徑式中,u為兩相流的均相流速,m/s;pn為兩相18英寸,管線長(zhǎng)度按60m計(jì)算流的均相密度,kg/m23叮以中國(guó)煤化工兩相流加速度壓降(3)uH及pH的計(jì)算詳見SH/T3035-2007。負(fù)荷CNMHG計(jì)算(10%及50%(4)阻力降(合計(jì))安全系數(shù)為1.3(SHT3035-2007當(dāng)管道進(jìn)出口端的壓差大于進(jìn)口端絕對(duì)壓力建議的安全系數(shù))。2012,22(1)袁助等低溫甲醇洗氣液兩相流管線工程設(shè)計(jì)從表2的計(jì)算結(jié)果可知,甲醇閃蒸罐(V03到CO2產(chǎn)品塔的18英寸豎直向上兩相流管線滿足H2S濃縮塔塔釜SH/T3035-2007的要求,在50%及100%負(fù)荷時(shí),流型為沫狀流;均相流速也沒有超過管壁受富甲泵I流體嚴(yán)重侵蝕的極限流速,完全滿足式(1)的要求;兩相流的質(zhì)量流速也完全滿足式(3)的要求;工藝流程(管線進(jìn)出口允許壓差大于0.6MPea液位調(diào)節(jié)闖決定了進(jìn)出壓差大于兩相流管線的阻力降。工程實(shí)圖3富甲醇泵Ⅰ流程圖踐也證明該兩相流管線的設(shè)計(jì)是合理的,說明低溫甲醇洗氣液兩相流管線按照SHT3035-2007的要求設(shè)計(jì)是可行的?？装逍枰f明,格里菲思流型圖中沒有塊狀流和沫狀流的清晰分界,詳細(xì)情況可查閱SHT30352007第22頁格里菲思流型圖,筆者認(rèn)為這是利用富甲醇泵Ⅱ格里菲思流型圖判定豎直向上管線中兩相流流型的一個(gè)不足。液位調(diào)節(jié)閥下游塔設(shè)備2.2配管圖4兩相流管線加裝孔板示意圖低溫甲醇洗裝置的兩相流管線的配管設(shè)計(jì)應(yīng)線接近塔頂部處加裝孔板,抑制閃蒸量,得到合盡量避免液袋及氣袋低溫甲醉洗裝置的兩相適的兩相流流型。流管線多為管徑較大的管道,應(yīng)在初步設(shè)計(jì)階段(3)合理布置設(shè)備,使兩相流管線坡向下游進(jìn)行管道研究,在詳細(xì)設(shè)計(jì)開始時(shí)給系統(tǒng)專業(yè)提設(shè)備,向下的兩相流管線不會(huì)出現(xiàn)柱塞流。供兩相流管線的單線圖,為工藝專業(yè)確定兩相流的流型、管徑、壓降、均相流速及質(zhì)量流速是否3結(jié)語超過允許值提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。通過分析,依照SHT3035-2007的要求對(duì)低2.3兩相流管線的抑制措施溫甲醇洗的兩相流管線進(jìn)行工程設(shè)計(jì)是可行的近年來,低溫甲醇洗工藝也在進(jìn)行局部?jī)?yōu)化,在設(shè)計(jì)中采取合理措施,抑制或減少兩相流管線筆者根據(jù)工程實(shí)踐,歸納如下的數(shù)量(或長(zhǎng)度)。(1)提高上游(設(shè)備)壓力,避免兩相流,見圖3。參考文獻(xiàn)通過適當(dāng)增加富甲醇泵I的揚(yáng)程,使富甲醇1王顯炎等, Linde與Iurg低溫甲醇洗工藝流程分析[J].與貧甲醇換熱升溫后,在塔釜液位調(diào)節(jié)閥的閥前煤化工,2010,38(1)仍然保持液相,避免調(diào)節(jié)閥前出現(xiàn)兩相流。2SHT3035-2007,石油化工工藝裝置管徑選擇導(dǎo)則[S](2)在兩相流管線上加裝孔板,抑制兩相流,3沈軍.煤制合成氣低溫甲醇洗工序管道布置總結(jié)[J]貴州化工,2007,32(1)使其流型在較為穩(wěn)定的流型區(qū)域內(nèi),見圖44劉衛(wèi)坤.煤制合成氣氣液兩相流管道布置探討[J].化工某項(xiàng)目低溫甲醇洗有一根兩相流管線,很難設(shè)計(jì)通訊,2006,32(3)通過調(diào)整管徑得到合適的兩相流流型,后采取在管(修改回稿2011-11-13下Aspen Plus在深冷凈化合成氨工藝模擬中的應(yīng)用中國(guó)煤化工目·工藝系統(tǒng)專業(yè)在催化劑技術(shù)談判中的注意事CNMHG