012,22(1)袁助等甲醇洗氣液兩相流管線工程設計8設計技術低溫甲醇洗氣液兩相流管線工程設計袁助·華陸工程科技有限責任公司西安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產品塔的兩相流管線為例,按照SHT3035-2007規(guī)定的要求進行計算,通過與工程實踐的對比,驗證其計算的可行性?？偨Y了低溫甲醇洗裝置中抑制兩相流的三項措施。關鍵詞兩相流管線低溫甲醇洗近年我國以煤為原料生產合成氨及尿素、甲本文按照SHT3035-2007規(guī)定的計算方法,通過醇及下游產品(醋酸、MTO、MTP)、SNG、乙二實例分析兩相流管線的設計。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50年代共同開發(fā)4化}變換凈化合成→中間產品送下游工段的,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以煤為原料生產合成氨、甲醇及下游產品流程框圖林德公司和魯奇公司各自對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行了改進,關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低溫甲程設計,認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計是工程設計過程中一個容易被忽視的環(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乘自圖2典型的低溫甲醇洗工藝流程簡圖(合成氨)低溫甲醇洗工藝相比其它工藝有如下特點:①既可以同H中國煤化工、cos、RsH、CNMHG*袁助:工程師。2002年畢業(yè)于浙江大學化學工藝專業(yè)獲碩土學位。從事化工工藝設計工作。聯(lián)系電話:(029)87989318。CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2012,22(1)CO2、HCN等酸性氣體組分,又可以脫水使氣體干的30%時,應按式(2)計算出口端的極限質量流燥;②氣體的凈化度很高,凈化氣中總硫含量可速;極限質量流速與兩相流質量流速的關系應滿脫至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)以在同一設備的不同部位分別吸收,可在不同的設備(不同的操作條件下)分別解吸,由于低溫0.75cc≥G(3)時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量流速,循環(huán)量較小,特別是當原料氣壓力比較高時尤為kg/(m2·s);G為兩相流的質量流速,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)定性和化學端的質量含氣率;va為氣相在管道出口端的比容,穩(wěn)定性都較好,不會被有機硫、氰化物等組分所m/kg降解,不起泡且操作穩(wěn)定。V03罐到CO2產品塔的兩相流管線計算結果見表22低溫甲醇洗兩相流管線的計算表2v03罐到CO2產品塔兩相流管線計算結果匯總表低溫甲醇洗流程中從閃蒸罐ⅴ03到CO2產品100%負荷50%負荷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兩相流的質量含氣率0.12980.1175程實際數(shù)據(jù)為例進行分析計算。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%負荷50%負荷q相流中液相的體積流量,m3/h131.00液相質量流量,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氣相質量流量,kghG兩相流的質量流速,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量流速,21計算12kg/(m2·s)223.4266133.8156Gn兩相流中氣相的表觀質量流速,17.8090在工程設計中,僅關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重侵蝕的極限流速,m/s16.019715.8672相流管線的管徑還應滿足5點要求:①當流量為正管道出口端的極限質量流速,k/(m2·8)5255.68095145.0960格里菲思流型圖參數(shù)(β)0.94790.9452常負荷值的50%時,在垂直向上的管段中不應發(fā)格里菲思流型圖參數(shù)(v9.807d)437301.4678生塊狀流;②當流量為正常負荷值時,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小海威特流型圖參數(shù)(1,中),k/(m:3)138.79142.842流速應小于管道出口端的極限質量流;⑤管道海威特流型圖(流型判于使管壁受到嚴重侵蝕的流速;④兩相流的質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小于由工藝條件決定的進、出口壓差。阻力降計算結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重侵蝕,兩相流的均降,kPa相流速應滿足式(1)要求。兩相流管道的阻力降,kPa阻力降(合計),kPaun≤12247×p注:(1)v03罐到CO2產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,管線長度按60m計算流的均相密度,kg/m23叮以中國煤化工兩相流加速度壓降(3)uH及pH的計算詳見SH/T3035-2007。負荷CNMHG計算(10%及50%(4)阻力降(合計)安全系數(shù)為1.3(SHT3035-2007當管道進出口端的壓差大于進口端絕對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計從表2的計算結果可知,甲醇閃蒸罐(V03到CO2產品塔的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%負荷時,流型為沫狀流;均相流速也沒有超過管壁受富甲泵I流體嚴重侵蝕的極限流速,完全滿足式(1)的要求;兩相流的質量流速也完全滿足式(3)的要求;工藝流程(管線進出口允許壓差大于0.6MPea液位調節(jié)闖決定了進出壓差大于兩相流管線的阻力降。工程實圖3富甲醇泵Ⅰ流程圖踐也證明該兩相流管線的設計是合理的,說明低溫甲醇洗氣液兩相流管線按照SHT3035-2007的要求設計是可行的?？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,詳細情況可查閱SHT30352007第22頁格里菲思流型圖,筆者認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不足。液位調節(jié)閥下游塔設備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計應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,應在初步設計階段(3)合理布置設備,使兩相流管線坡向下游進行管道研究,在詳細設計開始時給系統(tǒng)專業(yè)提設備,向下的兩相流管線不會出現(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、均相流速及質量流速是否3結語超過允許值提供設計基礎。通過分析,依照SHT3035-2007的要求對低2.3兩相流管線的抑制措施溫甲醇洗的兩相流管線進行工程設計是可行的近年來,低溫甲醇洗工藝也在進行局部優(yōu)化,在設計中采取合理措施,抑制或減少兩相流管線筆者根據(jù)工程實踐,歸納如下的數(shù)量(或長度)。(1)提高上游(設備)壓力,避免兩相流,見圖3。參考文獻通過適當增加富甲醇泵I的揚程,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,在塔釜液位調節(jié)閥的閥前煤化工,2010,38(1)仍然保持液相,避免調節(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[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,見圖44劉衛(wèi)坤.煤制合成氣氣液兩相流管道布置探討[J].化工某項目低溫甲醇洗有一根兩相流管線,很難設計通訊,2006,32(3)通過調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用中國煤化工目·工藝系統(tǒng)專業(yè)在催化劑技術談判中的注意事CNMHG