低溫甲醇洗配套丙烯冷凍站的工藝設計

2012,22(3)張林華低溫甲醇洗配螽丙烯冷凍站的工藝設計設計多技術(shù)低溫甲醇洗配套丙烯冷凍站的工藝設計張林華·華陸工程科技有限責任公司西安710065摘要介紹低溫甲醇洗配套的丙烯冷凍站設計的基本原理,用 ASPEN PLUS軟件進(jìn)行流程模擬計算,設計工藝流程。分析流程模擬的特點(diǎn)及需要注意的問(wèn)題,并說(shuō)明關(guān)鍵設備的選型關(guān)鍵詞低溫甲醇洗丙烯冷凍站模擬低溫甲醇洗是一種氣體凈化工藝。該工藝以表1丙烯與氨壓縮制冷對比冷甲醇為吸收溶劑,利用甲醇在低溫下對酸性氣丙烯壓縮氨壓縮體溶解度極大的優(yōu)良特性,脫除原料氣中的酸性氫為無(wú)色、具有強烈刺澈性氣氣體。由于吸收、解吸及換熱過(guò)程的不可逆性,人身安全無(wú)嘉,無(wú)味的有毒物質(zhì)。氨對水的溶解以及泵在輸送過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生一定的溫升,因此低蝕性較強溫甲醇洗需要外供冷量40℃,丙烯飽系統運行40℃,氨飽和壓力0.72bar。目前,甲醇洗配套的冷凍站制冷方法主要有壓力制冷系統即氨制冷系統低壓側為負壓丙烯壓縮制冷、氨壓縮制冷、氨吸收制冷、氨壓于低壓系統制冷劑為閉式循縮吸收混合制冷等。如果是用于生產(chǎn)合成氨,建議選用氨作制冷劑,否則推薦用丙烯作制冷劑。工藝穩定性穩定擎不氣體容易進(jìn)人制冷系統造成制冷效率降低,功耗丙烯的制冷溫度可以達到-40℃,這是常壓下氨所不能達到的。另外丙烯的壓縮機進(jìn)口為正壓,壓制冷劑效率機型號大于丙烯壓縮機,效率低于丙烯壓縮機縮機的設計也較方便。本文以某600ka煤制甲醇運行成本低項目為依托,介紹低溫甲醇洗配套的丙烯壓縮制冷(丙烯冷凍站)系統的設計。3丙烯壓縮制冷的基本原理1丙烯與氨壓縮制冷的比較丙烯制冷屬于液體氣化制冷,利用丙烯液體氣化時(shí)的吸熱效應實(shí)現制冷。液體在蒸發(fā)器內氣氨作為制冷劑在早期大型的冷凍裝置中(主化提供冷量,為了使蒸發(fā)過(guò)程連續進(jìn)行,必須不要用于合成氨裝置)被廣泛采用,但隨著(zhù)技術(shù)的斷地從蒸發(fā)器內抽出蒸氣,再不斷地將液體補充發(fā)展與進(jìn)步,現在國內外的大型冷凍裝置多采用進(jìn)去。通過(guò)一定的方法把蒸氣抽出,使它冷凝后丙烯為制冷劑。丙烯本質(zhì)上的一些優(yōu)點(diǎn),使它幾再回到蒸發(fā)器中。要使蒸氣在常溫下冷凝,則需乎已經(jīng)取代了氨的應用。兩種冷媒壓縮制冷的比將蒸氣的壓力提高到常溫下的飽和壓力,這就實(shí)較見(jiàn)表1?，F了制冷工質(zhì)在低溫低壓下蒸發(fā),產(chǎn)生制冷效應,2丙烯的物性并在高溫高壓下冷凝,向外放出熱量。因此,液體氣化制冷由氣化、升壓、冷凝、降壓四個(gè)過(guò)程丙烯是一種無(wú)色略帶甜味的易燃氣體,分子組成。丙烯壓縮制冷通過(guò)循環(huán)連續為低溫甲醇洗式為C3H,分子量42.08,沸點(diǎn)-47.7℃,熔點(diǎn)18525℃,其密度為空氣的L46倍,臨界溫度為裝置提供冷量。918℃,臨界壓力為462MPa,爆炸極限為20%4丙烯壓縮制冷的流程模擬1l%(vol),閃點(diǎn)為-108℃。4.1流程模擬張林華:工程師。2001年畢業(yè)于西北輕工業(yè)學(xué)院(現陜西科技大學(xué))應用化學(xué)專(zhuān)業(yè)。一直從事化工工程設計工作。聯(lián)系電話(huà)(029)87989321, E-mail: zh1895@ chinahualueng, couCHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2012,22(3)某600kt/a甲醇項目,低溫甲醇洗要求配套的計規定功能,方便、快捷、準確地實(shí)現模擬計算;丙烯冷凍站的最大負荷為6570kW(-40℃)。②在建模塊時(shí),巧妙利用了流股比例分配器(B6根據設計任務(wù)及工廠(chǎng)條件,擬采用離心式丙 FXPLIT),可以準確地計算出冷凝丙烯液體的分烯壓縮機,蒸汽透平驅動(dòng)。用 ASPEN PLUS做整個(gè)配,模擬收斂壓縮制冷系統的流程模擬。在模擬中,一個(gè)細節就是送至低溫甲醇洗的模擬條件:①低溫甲醇洗要求的是-40℃的冷液態(tài)丙烯是過(guò)冷的,壓力為64bar。在到達甲醇量,即低溫甲醇洗返回的氣態(tài)丙烯為-40℃的飽和洗裝置的節流閥后進(jìn)蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷,而閥后壓氣體;②供給低溫甲醇洗裝置的液態(tài)丙烯應為過(guò)力為-40℃丙烯對應的飽和壓力,即L.41bar,在冷,在低溫甲醇洗界區內節流、蒸發(fā)。節流后有16.95%(ml)的丙烯液體氣化了,實(shí)根據模擬條件,設置冷凍站工藝模擬流程見(jiàn)際進(jìn)蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯只有83.05%(mol),因此圖1。要特別注意此部分的損失。所以本流程中規定的是模塊 RESTISOL的熱負荷為6750kW,已考慮了節流的損失。5丙烯壓縮制冷的流程設計根據流程模擬,設計丙烯冷凍站的工藝流程見(jiàn)圖2。內壓縮機系統丙水冷器圖1丙烯冷凍站工藝流程模擬壓縮機初步定為兩段壓縮段間有補氣,壓縮機出口壓力為18bar。為了準確模擬,在此設置兩個(gè)設計規定:①規定模塊 RECTISOL的熱西負荷為6570kW,變量是流股C3H的流量;②規態(tài)內烯饣低溫甲酚定模塊E1702H和E1702C的熱負荷相等,變量是丙烯過(guò)冷器模塊B6的流股分配比例。模擬計算結果見(jiàn)表2。表2流程模擬物料平衡表圖2丙烯冷凍站工藝流程物流編號流程簡(jiǎn)述:來(lái)自低溫甲醇洗的氣態(tài)丙烯((相態(tài))(氣)(氣)(氣)(氣)(氣)()40℃,1.41bar)進(jìn)冷凍站界區,經(jīng)丙烯壓縮機系流量,k/h65368.271267.89140.625872.858995653682溫度,℃統(C1701)加壓、冷卻至17.8br、50℃,再進(jìn)壓力,b1.4l1.4117.86611,416.41丙烯水冷器用循環(huán)水冷卻至40℃冷凝,冷凝的液子量42.0842.0842.0842.0842.0842.態(tài)丙烯進(jìn)丙烯貯槽,之后進(jìn)丙烯閃蒸槽進(jìn)行閃蒸根據此計算結果,可以得出以下數據:①去機二毆進(jìn)口,液相分為兩部分,這兩部分中大部低溫甲醇洗的液態(tài)丙烯為-8℃,6.4bar,分進(jìn)丙烯過(guò)冷器進(jìn)行換熱,小部分(約占總液相653682kg/h;②低溫甲醇洗返回的氣態(tài)丙烯為流量的828%)的液態(tài)丙烯進(jìn)殼程,在-40℃蒸40℃,1.4bar,65368.2kg/h;③壓縮機一段進(jìn)口發(fā)氣化,氣態(tài)丙烯送至壓縮機一段;其余的液態(tài)總丙烯量為70.8kh,④壓縮機一、二段間補丙烯在管程被冷卻至-8℃,送至低溫甲醇洗裝置氣為4℃,661b,2582.8kgh,⑤壓縮機自帶提供冷量。后冷卻器,將二段出口氣體冷卻至50℃。根據計算結果,可進(jìn)行丙烯壓縮機的選型,6關(guān)鍵設備的選型及設計以及丙烯冷凍站的工藝流程設計(1)壓縮機采用水平剖分碳鋼殼體多級離心4.2流程模擬的特點(diǎn)及需注意的問(wèn)題式壓縮機,以2.5MPa(G)、380℃的過(guò)熱蒸汽驅此流程模擬的特點(diǎn):①用 ASPEN PLUS中的設動(dòng)汽輪機。201222(3)張林華低甲醇洗配套丙冷凍站的工藝設計流量調節方式:變轉速調節液體進(jìn)口在側向,氣體出口在上方。殼側液位可軸端密封形式:迷宮密封+串聯(lián)干氣密封控制。壓縮機功率:4460kW旋轉方向:從驅動(dòng)機向壓縮機看,壓縮機的7公用工程消耗旋轉方向為順時(shí)針本裝置的公用工程消耗見(jiàn)表3。2)丙烯水冷器的熱負荷為8.74MW,單臺換表3公用工程消耗熱器很難滿(mǎn)足。經(jīng)過(guò)用 HTRI Xchanger Suite專(zhuān)業(yè)換熱器計算軟件計算,需兩臺串聯(lián)的BEM型管殼式消耗換熱器(每臺800mmxL90omm),計算結果循環(huán)冷卻水,P=0.45/0.25MPa(G)見(jiàn)圖3。污垢系數:00004m2K/W蒸汽,thP=25MPa(G)t=380℃8結語(yǔ)經(jīng)過(guò)實(shí)際運行,證明本流程的設計是成熟可圖3丙烯水冷器計算結果靠的,可作為低溫甲醇洗配套的離心丙烯冷凍站設備布置時(shí),一臺在另一臺的正上方,重疊的經(jīng)典流程,并在此基礎上可以?xún)?yōu)化工藝參數和方案比較,對其它類(lèi)似的工程項目設計有較好的布置(管口對管口)。(3)丙烯過(guò)冷器的一側為液態(tài)丙烯的蒸發(fā),指導和參考意義。故設計為BKU型管殼式換熱器。蒸發(fā)在殼側進(jìn)行,(修改回稿2012-04-12)(上接第8頁(yè))(4)在閥門(mén)等集中質(zhì)量處應加支架,因為集面,并且是獨立基礎以免傳振,使用防振管卡,中質(zhì)量處振動(dòng)頻率低。管卡與管道之間墊石棉橡膠板,保證管卡與管道(5)由于管道振動(dòng)是向上的,故應用防振管充分接觸?？ㄊ怪c管道充分接觸,螺栓孔為橢圓形來(lái)吸引總之,只要清楚氣流脈動(dòng)是引起管道振動(dòng)的管道可能產(chǎn)生的熱脹位移,且在管道與管卡之間內因,管道結構變化是引起振動(dòng)的條件,通過(guò)分墊石棉橡膠板,防止管道與管架之間的摩擦,見(jiàn)析計算找出引起振動(dòng)的主要原因,合理地布置并圖5采取適當的方法,就可以使壓縮機管道減振達到3結語(yǔ)理想的工況。往復式壓縮機的工作特點(diǎn)決定了氣流脈動(dòng)是不可避免的。減振并不是消除振動(dòng),而是把振動(dòng)1張德婁,趙勇.石袖化工工藝管道設計與安裝[M].北降低到最低限度。故在進(jìn)行往復式壓縮機管線(xiàn)設京:中國石化出版社計時(shí)一定要注意:①校核緩沖器的大小,合理增2黨賜淇,陳守五?；铗q式壓縮機氣流脈動(dòng)與管道振動(dòng)設減振孔板,衰減氣流脈動(dòng);②盡可能縮短管長(cháng),[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1984.3唐永進(jìn).壓力管道應力分析[M].北京:中國石化出版減少彎頭與異徑管的數量,優(yōu)化管道走向減少激社,2003振力;③計算共振管長(cháng),避開(kāi)氣柱共振;④加設4石油化工壓力管道設計審批人員考核培訓教材[M].北支架或增大管道直徑或厚度(必須保證強度與工京:中國石化出版社藝要求)等方法來(lái)改變機械振動(dòng)頻率,避開(kāi)機械蔡爾輔.石油化工管道設計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出共振;⑤在小管道與大管道連接處增加筋板提高修改回稿2012-03-18)強度,避免振動(dòng)裂紋;⑥管道布置盡可能貼近地