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1、重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 天然氣集輸中甲醇回收裝置的釜式重沸器改造 王玉富1 劉亞茹1　馬新遠(yuǎn)1　羅　榮2 (1長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，2長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠) 摘 要 針對(duì)甲醇回收精餾裝置的釜式重沸器及連接管線常出現(xiàn)堵塞，造成二次蒸汽不足，裝置無(wú)法正常運(yùn)行等現(xiàn)象，對(duì)重沸器及原出水管線工藝流程進(jìn)行了改造。改造后的重沸器的各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到了工藝要求：(1) 降低了蒸汽量，節(jié)約了能耗。在進(jìn)料溫度未達(dá)到要求的條件下，很小的蒸汽量就能夠保證塔底溫度達(dá)到操作要求，保證塔底水的質(zhì)量。(2) 回收裝置運(yùn)行平穩(wěn)，工作可靠。改造后的重沸器結(jié)晶、堵塞現(xiàn)象基本肖除。(3) 塔底出水通暢，水質(zhì)達(dá)標(biāo)，

2、滿足回注要求。 關(guān)鍵詞　天然氣集輸　甲醇回收裝置　釜式重沸器　改造 天然氣集輸過(guò)程中，管線中極易形成天然氣水化物，嚴(yán)重時(shí)造成井堵。長(zhǎng)慶氣田主要利用甲醇注入井底來(lái)預(yù)防水化物的形成。由于注入的甲醇有劇毒，易揮發(fā)，必須對(duì)天然氣攜帶出來(lái)的含醇污水進(jìn)行處理，以保護(hù)環(huán)境。分離出甲醇成分，一則甲醇可以再生利用，二則保證回注地層污水質(zhì)量達(dá)標(biāo)。長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠第一凈化廠的甲醇回收裝置建于1997 年，由長(zhǎng)慶油田設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，采取常壓精餾工藝集中處理含醇污水。針對(duì)該甲醇回收精餾裝置的釜式重沸器及連接管線經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，造成二次蒸汽不足，裝置無(wú)法正常運(yùn)行等現(xiàn)象，提出了對(duì)重沸器的改造方案，經(jīng)過(guò)改造的重沸器，運(yùn)

3、行平穩(wěn)，工作可靠，各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到了工藝要求。 技　術(shù)　討　論 1.甲醇回收裝置工藝原理 甲醇回收裝置工藝原理是：利用甲醇和水的揮發(fā)度的差異，對(duì)含醇污水采取反復(fù)的部分汽化和部分冷凝使之分離。在部分汽化時(shí)，汽相中所含的易揮發(fā)組分比液相中多，使含醇污水達(dá)到一定程度的分離，當(dāng)混合汽體部分冷凝時(shí)，冷凝液中所含的難揮發(fā)組分比汽相中多。 常壓精餾的主體設(shè)備是精餾塔。精餾塔分為提留段和精餾段兩部分。前者的作用就是脫除溶液中的輕質(zhì)組分，提留段內(nèi)的上升蒸汽量與下降液量的相對(duì)比值大，有利于塔底產(chǎn)品的提純；后者的作用是脫除蒸汽中的重質(zhì)組分，回流量與上升蒸汽量的相對(duì)比值大，有利于提高塔頂產(chǎn)品的純度。甲醇回收常壓精

4、餾的過(guò)程就是使部分汽化和部分冷凝同時(shí)連續(xù)進(jìn)行來(lái)完成的。 2.甲醇回收裝置的工藝流程 含醇污水由污水車卸入沉降槽，沉降一部分機(jī)械雜質(zhì)后，經(jīng)溶液泵打入反應(yīng)器，在進(jìn)入反應(yīng)器的過(guò)程中，藥劑加入裝置給管線內(nèi)加入藥劑，后進(jìn)入溶液槽，這就是甲醇回收的預(yù)處理流程。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的含醇污水在溶液槽中反應(yīng)沉降后，經(jīng)給料泵進(jìn)入換熱器，塔底水與含醇污水在換熱器中換熱，將含醇污水的溫度升高，經(jīng)過(guò)精細(xì)過(guò)濾器的過(guò)濾進(jìn)入加熱器，在進(jìn)入加熱器之前加入緩蝕阻垢劑，在加熱器中蒸汽將含醇污水加熱到80～90℃后，進(jìn)入精餾塔后分為汽液兩相；液相自上而下與自下而上的二次蒸汽逆流接觸，完成傳熱傳質(zhì)的過(guò)程，最后成為塔底水匯集于精餾塔底部集液

5、箱，塔底水靠液位差流入重沸器用蒸汽加熱到102～110℃，部分塔底水汽化成二次蒸汽進(jìn)入精餾塔自下而上與下流的含醇污水逆流接觸蒸發(fā)出溶液中的輕組分甲醇，部分塔底水進(jìn)入換熱器冷卻后由廢液泵打入調(diào)節(jié)罐進(jìn)行回注地層；從進(jìn)料段進(jìn)入的汽相自下而上與塔頂下流的回流液逆流接觸，完成傳熱傳質(zhì)的過(guò)程。汽相中的重組分水被冷凝成液體流入塔底， 從塔頂出來(lái)的甲醇蒸汽經(jīng)冷凝器全冷成為液體，進(jìn)入回流槽，而后經(jīng)回流泵將部分產(chǎn)品甲醇打回流至精餾塔塔頂，部分產(chǎn)品甲醇經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后進(jìn)入甲醇儲(chǔ)罐，濃度不小于95 %的合格產(chǎn)品甲醇經(jīng)裝車泵裝車外運(yùn)。 3.甲醇回收裝置運(yùn)行狀況及存在問(wèn)題 第一凈化廠甲醇回收裝置處理能力為55 m3

6、/d，2000 年改擴(kuò)建后，處理量增加為100 m3/d 的裝置1套， 現(xiàn)處理能力增至150 m3/d。新增加的釜式重沸器的作用是通過(guò)管程蒸汽加熱殼程塔底水產(chǎn)生二次蒸汽，提供甲醇精餾塔內(nèi)部介質(zhì)所需熱量。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，重沸器及其連接管線經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，大量白色結(jié)晶體附著在管束表面和管束與管束之間的縫隙中，這些白色結(jié)晶體的存在造成重沸器進(jìn)水量變小，二次蒸汽不足，裝置無(wú)法正常生產(chǎn)。經(jīng)分析，原因主要有以下兩點(diǎn)：其一，氣田含醇污水成分復(fù)雜。含醇污水礦化度較高，一般在5×104～10×104mg/L；高價(jià)金屬陽(yáng)離子含量高，Ca2+含量10000～25000 mg/L，Mg2+含量1000～2500 mg/L、

7、Fe2+含量100～300mg/L 之間；水中游離CO2及HCO-3 含量較高，HCO-3含量一般在400 mg/L 左右。由于污水中含有這些離子，使塔底水在常壓下隨著水溫的升高，打破了水系統(tǒng)多相離子的溶解平衡，有大量的結(jié)晶體析出，造成重沸器等設(shè)備及管線的堵塞。其二，重沸器殼程塔底水流動(dòng)過(guò)慢。兩年多的運(yùn)行狀況表明，主要由于重沸器結(jié)構(gòu)的限制，造成甲醇回收精餾塔至重沸器的塔底水流動(dòng)速度過(guò)慢，延長(zhǎng)了各離子在常壓熱水中的換熱時(shí)間，致使大量結(jié)晶體析出，附著于管束的外表面。 改　造　措　施 氣田污水中大量的Ca2+、Mg2+、Fe2+、HCO-3 等離子已通過(guò)預(yù)前處理、添加緩蝕阻垢劑、增加過(guò)濾等一系列

8、工藝改造，使水質(zhì)得到明顯的改變，結(jié)晶現(xiàn)象緩解，對(duì)裝置的腐蝕也得到較大減輕，但要徹底解決結(jié)晶結(jié)垢，延長(zhǎng)裝置的使用壽命，需進(jìn)一步對(duì)重沸器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。 為了使換熱后的塔底水均勻輸送到泵頭，需將重沸器殼程加長(zhǎng)以增大換熱空間，同時(shí)在延長(zhǎng)段增加一塊擋板以保持液位高度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況及液體流動(dòng)速度，應(yīng)保持擋板高度h =1/2D～2/3D，D為重沸器外徑，取h=370 mm，并在加長(zhǎng)段處新開(kāi)DN50mm 出水口與塔底出水泵泵頭相聯(lián)，理論計(jì)算如下。 V = sL 式中　V ——重沸器擋板后體積， 取V =5×109/60 = 8133×107 mm3 ； 　s ——擋板截面積，取s =2×1/2×2

9、92×(370-300)+π×3002×207/360=182 935mm2 ； 　L ——重沸器加長(zhǎng)段長(zhǎng)度，取L=I×V/s= 113×8133×107/182 935≈600mm； 　I ——液體流動(dòng)損失系數(shù)，取I = 112～114 。 釜式重沸器于2002 年10 月進(jìn)行了改造(圖1)，并對(duì)原出水管線工藝流程做局部改造。圖1釜式重沸器改造示意圖 圖1 　釜式重沸器改造示意圖 改進(jìn)后的工藝流程是：塔底水進(jìn)入重沸器后，一路按原流程作為二次蒸汽進(jìn)入塔內(nèi)，一路自擋板流出，通過(guò)塔底出水泵進(jìn)入污水回注罐，并將原來(lái)的塔底液位控制改為重沸器液位控制。改造前后的工藝

10、流程對(duì)比如圖2、3所示。 圖2 　甲醇回收裝置原換熱工藝流程 圖3 　改造后的甲醇回收裝置工藝流程 運(yùn)　行　效　果 改造前與改造后的甲醇回收裝置運(yùn)行情況見(jiàn)表1和表2。甲醇回收裝置的重沸器經(jīng)改造后，運(yùn)行正常，各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到工藝要求。 (1) 降低了蒸汽量，節(jié)約了能耗。為了保證塔底水合格，進(jìn)料溫度要達(dá)到87.7℃，塔底溫度必須達(dá)到103～105℃之間，這些都需要通過(guò)調(diào)整重沸器的蒸汽量來(lái)提高塔底水的質(zhì)量，從表1 可以看出，由于原流程造成管線及重沸器殼程堵塞，塔底水流動(dòng)緩

11、慢，即使增加蒸汽量，仍無(wú)法保證塔底溫度，影響塔底水的質(zhì)量。而重沸器改造后回收裝置在進(jìn)料溫度并未達(dá)到要求的條件下，很小的蒸汽量就能夠保證塔底溫度達(dá)到操作要求，保證塔底水的質(zhì)量。 (2) 回收裝置運(yùn)行平穩(wěn)，工作可靠。重沸器改造前，殼程塔底水結(jié)晶、堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，大約15 d 就需要解體清除管束結(jié)晶體。改造重沸器后工作半年多才打開(kāi)檢修， 結(jié)晶、堵塞現(xiàn)象基本消除，至今重沸器已連續(xù)正常運(yùn)行1a 多。 (3) 塔底出水通暢，水質(zhì)達(dá)標(biāo)。重沸器改造后塔底水流動(dòng)通暢，水質(zhì)合格，滿足回注要求，達(dá)到了預(yù)期效果。