甲烷深冷分离设备布置及管道布置设计要点

(整期优先)网络出版时间:2021-02-24
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甲烷深冷分离设备布置及管道布置设计要点

秦振力

中国五环工程有限公司,湖北 武汉 430223

摘要 本文介绍了甲醇合成项目中甲烷深冷分离装置的主要工艺流程,分析和探讨了甲烷深冷分离装置的设备布置和管道布置的特点及其注意事项,供其它项目参考。

关键词:甲烷深冷分离;设备布置;管道布置

Main points of the equipment layout and piping layout for methane cryogenic separation

AbstractsThis article introduces the main process of the methane cryogenic separation device in the methanol synthesis project. It analyzes and discusses the characteristics and precautions of the equipment layout and piping layout of the methane cryogenic separation device, which for reference for other projects.

Key words: methane cryogenic separation; equipment layout; piping layout

甲烷深冷分离装置的目的是去除原料气中的甲醇、CO2、水等杂质,把甲烷从CO和H2中分离出来,使CO和H2的配比能满足甲醇合成的要求。同时获得LNG及纯度较高的甲烷气产品。本文结合某项目探讨甲烷深冷分离装置设备布置及管道布置的特点及其注意事项。


  1. 主要工艺流程

从低温甲醇洗送过来的合成气中含有少量的甲醇、CO2和水,为了防止这些杂质进入冷箱后在低温时冻结堵塞冷箱,必须先经过分子筛将这些杂质去除。去除杂质后的原料气在冷箱内进行预冷、深冷把温度降到-161℃,然后进入脱氢塔进行初步分离。从塔顶得到富氢气经换热后送出冷箱,塔底的混合液进入甲烷精馏塔进行进一步分离,从塔顶得到的CO气体经压缩后与富氢气混合送出界区,塔底得到LNG及甲烷气产品。工艺流程示意图见图1。

6035fdcdd61aa_html_f14bc9e49f41ac42.gif 图1 工艺流程示意图

  1. 设备布置分析

    1. 设备布置实例

6035fdcdd61aa_html_e20fca20d04cdd5b.gif 图2设备布置示意图

上图为某项目深冷分离装设备布置示意图,包括压缩单元,分子筛吸附及再生单元,冷箱,冷液体排放及复热单元和冷剂储配单元。其中区域西侧为压缩单元,从南向北分别布置冷剂压缩机,氮气压缩机和CO压缩机。区域东南侧为冷剂储配单元,布置了乙烯缓冲槽,丙烷缓冲槽,异戊烷缓冲槽及配套的卸车泵和卸车鹤管等设备。分析筛吸附及再生单元布置在冷剂储配单元的北侧,包括三台分子筛吸附器及一台再生气加热器,区域的东北侧布置了冷箱及冷液体排放单元。

    1. 设备布置特点

  1. 压缩厂房的布置。压缩厂房的布置要考虑以下几点:①压缩厂房长度和宽度要满足压缩机及其辅助设备的布置,同时留有一定的检修空间。②压缩厂房二楼楼面的高度要满足排汽管及冷凝液泵的布置要求,同时要考虑为透平及压缩机的配管留出一定的空间。③二楼轨顶标高应满足运用吊车检修压缩机时的起吊高度要求。④在厂房的适当位置设置一个检修孔,检修孔的大小应满足压缩机最大检修件的要求。

  2. 冷剂储配单元的布置。冷剂储配单元的作用是给冷箱补充在运行过程中损失掉的冷剂。在装置正常操作的情况下,一般不运行。考虑到冷剂为可燃液体,从安全的角度出发,冷剂储配单元建议布置在装置的边缘,同时为乙烯缓冲槽,丙烷缓冲槽和异戊烷缓冲槽设置一个围堰。卸车鹤位的布置应考虑到罐车的进出及装卸的方便,同时根据《石油化工企业设计防火标准》GB50160-2008的要求,装卸车鹤位于集中布置的泵的防火间距不应小于8m,与缓冲罐之间不应小于5m,鹤位之间的间距不应小于4m。

  3. 冷箱及分子筛吸附及再生单元的布置。冷箱的布置要考虑珠光砂的装填,一般布置在路边或者在冷箱的一侧留出一片空地。分子筛吸附器的布置要考虑分子筛的装填,同时也要为相关程控阀的布置预留好空间。

  4. 冷液体排放及复热单元的布置。本项目冷液体的复热为水浴式复热,设置了一个16mX6mX5m的水池。水池的上面应铺设花纹钢板作为盖板以防止其他杂物落入水池。水池的底部在适当位置应设置一个集水井,便于检修时水池里面水的排出。高、低热值冷液体排放罐应集中布置,并在周围设置防护墙。因为在冷箱排放冷液体时,为了加速排放罐中冷液体的气化,在排放罐的底部设置了蒸汽喷射器。为了防止人被蒸汽喷伤,在排放罐周围设置一个高为3m的防护墙,防护墙顶部做一个防雨棚,防护墙内设置一个集水井,用于排水。

  1. 管道布置分析

  1. 汽轮机及压缩机的配管应有足够的柔性,满足机组管口受力的要求。高压蒸汽管线是否设置可拆卸法兰应根据汽轮机的形式决定。如汽轮机自带吹管工具,则可不设置可拆卸法兰,蒸汽吹扫直接通过吹管工具进行。如汽轮机不带吹管工具,则可考虑设置一对可拆法兰。

  2. 对于抽凝式汽轮机,抽汽管线的止回阀的安装应尽量靠近汽轮机抽汽管口,目的是为防止机组突然停车,抽汽管道内的蒸汽反串到汽轮机中对汽轮机造成损害。对于背压式的汽轮机,排汽管线上的止回阀应尽量远离汽轮机排汽管口。因为止回阀的压力等级一般较高,重量较大,如靠近抽汽管口布置,可能影响抽汽管线的自由膨胀,导致管口受力超标。

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图3 抽汽管线布置示意图

  1. 冷剂压缩机段间入口管线需从分离器“步步高”进入压缩机,以防止气态冷剂中可能夹带的液体进入压缩机,对压缩机造成损害。冷剂压缩机末端冷却器出口为冷剂气相和液相混合的两相流管线,此管线要求坡向压缩机出口分离器,并且管线距离尽量短,以防止管线震动。

  1. 结语

甲烷深冷分离在大型煤化工项目中的应用越来越广泛,它不仅为甲醇合成提供了合格的合成气,同时还附产出高纯度的LNG产品,既增加了化工厂产品的多样性,又提高了能量的利用率。随着设计规模的不断扩大,设备布置及管道布置还需进一步的优化,以满足设计的要求。


参考文献

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[2] GB50160-2018. 石油化工企业设计防火标准[S].

[3] 刘新波,李广敏.甲烷深冷分离装置提高LNG产量的方法[J].化肥设计,2019,57(3):34-37