西安石油大学高等继续教育毕业设计（论文）
油管理局和陕西长庆油田公司的天然气净化技术为例，其大部分技术装备来源于中国石油上世纪60年代～70年代川渝天然气开发所积累的大量数据和设计经验；另外一部分为国外引进技术，如长庆第三天然气净化厂采用加拿大Propak工程公司的工艺包，内件使用国际著名的Kohn Glitsch公司的专有浮阀塔盘，均未能克服胺吸收液拦液发泡难题。
1.4 脱硫系统常用塔盘分类
按照塔盘的其基本形式，塔盘可以分为筛板塔盘、泡罩塔盘、浮阀塔盘、固阀塔
［2］盘、立体传质塔盘。按气液接触型式分成喷射型塔盘和鼓泡型塔盘。例如：浮阀、
泡罩和筛孔属于鼓泡式塔盘，CJST、固舌属于喷射式塔盘。
1.4.1泡罩塔
塔板上的主要部件是泡罩。它是一个钟形的罩，支撑在塔板上，其下沿有长条形或椭圆形小孔，或作成齿缝状，与板面保持一定距离。罩内覆盖着一段很短的升气管，升气管的上口高于罩下沿的小孔或齿缝。塔下方的气体经升气管进入罩内之后，折向下到达站罩与管之间的环形空隙，然后从罩下沿的小孔或齿缝分散成气包而进入板上的液层。
1.4.2筛板塔
筛板与泡罩板的差别在于取消了泡罩与升气管而直接在板上开很多小直径的筛孔；操作时气体以高速通过小孔上升，液体则通过降液管流到下一层板。分散成泡的气体使板上液层成为强烈湍动的泡沫层。
1.4.3浮阀塔
浮阀塔兼有泡罩塔、筛板塔的优点，板上开有按正三角形排列的阀孔，每孔之上安置一个阀片，气速达到一定时，阀片被推起，但受脚钩的限制，推到最高也不能脱离阀孔，气速减小则阀片落到板上，靠阀片底部三处突出物支撑住，仍与板面保持约2.5mm 的距离，塔板上阀孔开启的数量按气体流量的大小而有所改变。因此气体从浮阀送出的线速度变动不大，鼓泡性能可以保持均衡一致，使得浮阀具有较大的操作弹性。
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2 长庆净化厂天然气脱硫工艺及存在的问题
2.1 长庆天然气净化厂脱硫工艺现状
根据长庆气区靖边气田原料气气质特点, 长庆气田先后建成醇胺法天然气脱硫脱碳装置9 套, 主要分布在靖边三座天然气净化厂。
第一净化厂包括5 套日处理天然气200万方和1 套日处理天气然气400万方的净化装置。5 套200万装置采用MDEA 溶剂法进行脱硫脱碳,400万装置采用MDEA复配溶液进行脱硫脱碳。
第二净化厂包括2 套日处理天然气400万的净化装置, 均采用MDEA复配溶液进行脱硫脱碳。
第三净化厂引进加拿大普帕克公司日处理天然气300万的净化装置1 套, 目前采用MDEA溶液进行脱硫脱碳。
2.2天然气净化厂脱硫工艺存在的问题及解决思路
醇胺天然气脱硫过程中, 随着运行时间的增加, 由于设备腐蚀和胺液自身降解, 使胺液中杂质含量逐渐累积, 引起脱硫塔拦液,装置运行不平稳。
第二净化厂1#2# 净化装置脱硫塔在生产中频繁发生拦液,导致装置运行不平稳,处理能力下降。
第三净化厂净化装置自投产以来脱硫塔就存在频繁拦液的问题, 经过原料气预处理系统和溶液过滤系统优化改造后, 装置溶液浊度有了明显下降, 但由于装置酸气负荷持续偏高, 腐蚀严重, 脱硫塔拦液仍间歇性发生和恶化，使装置长期处于低负荷运行状态, 严重影响正常生产供气。
拦液又称带液或液泛, 在气液接触过程中产生大量的气泡, 这些气泡的稳定存在使气液混合物体积成倍增加, 液体流动严重受阻, 导致塔板和降液系统液体大量累积, 塔板压降增犬, 雾沫夹带严重。
泡沫形成主要有两方面因素, 一是由气液接触状态决定, 二是由于溶液中污染
［4］物的产生, 没有被污染的胺溶液不会形成稳定的泡沫。
2.2.1针对泡沫形成因素有以下解决脱硫塔拦液方法
(l) 改善气液传质状态,包括改变塔盘结构,改变气液接触时间等。
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(2)抑制或消除胺液污染物产生, 包括加强天然气预处理及加强溶液过滤等。 (3) 采取一定的消泡措施, 包括加人消泡剂。
(4)在操作允许条件下, 增大吸收塔操作压力, 改变溶液循环量或处理气量等工艺参数。
2.2.2 各种方法的效果分析
(l) 通过调研、理论分析及工业试验, 说明通过改变塔盘结构可以去除或消弱大量泡沫形成的条件, 并使塔盘具有一定的抗堵性能, 能够从根本上解决脱硫塔的拦液问题。
(2)加强天然气预处理及溶液过滤, 减少溶液污染是净化厂长期在做的工作, 但无法从根本上解决气液传质过程中的发泡问题, 同时胺液由于降解生成的热稳定性盐, 通过普通机械过滤或滤布过滤无法去除, 导致系统腐蚀加剧和溶液循环污染。
(3)消泡剂对于解决脱硫塔拦液具有一定的效果,但消泡剂有一个消泡过程和失效过程, 在消泡过程中,仍会造成生产波动, 而在消泡剂失效后又会反复出现拦液。
(4) 在生产实际运行过程中,气、液流量的波动，酸气负荷的调整、进气温度、贫液进塔温度等这些变量对于稳定泡沫水平都很重要, 但拦液发生后, 工艺参数调节和稳定过程比较缓慢, 往往导致产品气气质不达标。
通过上述分析, 目前采取的防止拦液的措施为短时期处理，周期性拦液现场比较频繁，在现有工艺技术上没有任何有效的措施。为长期解决脱硫塔拦液问题, 应从塔盘结构上进行改进。
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3 CJST塔盘性能核算法
3.1 CJST塔盘简介
3.1.1 CJST塔盘简介
如图3.1所示，CJST塔盘由塔板、矩形板孔、分离板、喷射板组成，相对于浮阀塔盘，其分离效率、生产能力、操作弹性都大大提高。 3.1.2 CJST塔盘工作原理
如图3.2所示，天然气经矩形板孔进入喷射罩中，在板孔附近形成缩流，同时形成低压区，液体在内外差压作用下，自罩底进入罩内，与上升的高速气流接触后，被提升、拉膜，撞击顶部分离板后，液膜破碎，气、液折返并在罩内进行激烈的混合，经罩体侧面喷射板向斜上方喷出，气液开始进行分离，气体上升进入上一层塔板，液滴回落至板面流向下游。
分离板
塔板
喷射板 矩形板孔
图3.1 CJST塔盘外貌图 图3.2 CJST工作原理图
3.2 CJST塔盘性能核算
CJST塔盘为板式塔，流体力学性能主要包括：塔板压降、淹塔、雾沫夹带。第二净化厂1#脱硫塔进行CJST塔盘改造后，结构参数如下表：
表3.1 脱硫塔改造后的结构参数
项目 参数
塔径 D 2.4m
堰长 Lw
堰高 Hw
塔盘间距HT 0.60 m
板孔面积d0
降液管面积Af
2
板孔数 N 26
1.608 m 0.025m 0.013 m2 0.341m
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3.2.1 脱硫塔压降压力不稳定试井评价方法
如图1所示，CJST塔盘由塔板、矩形板孔、分离板、喷射板组成，相对于浮阀塔盘，其分离效率、生产能力、操作弹性都大大提高。
压降是影响板式塔操作特性的重要水力学性能之一，它的大小将直接影响到塔底的操作压力。一方面，塔板压降过高，对于吸收操作，要求送气压强更高；另一方面，塔板压降增大，气液传质时间加长，塔板效率随之提高。天然气体通过CJST塔盘的压降主要包括塔板本身的干板阻力ΔPC、液层的静压力ΔP1和气体流过泡沫层要克服的阻力
，即：
?pp??pc??p1??p0 (3-2-1)
经计算，CJST单层塔盘压降液柱高度为0.0455m液柱，单层塔盘压降?pp为：
?p0?pp??hp??L?g=0.0455×1030×9.8=459pa
综上，1#脱硫塔的总压降如下：
表3.2 脱硫塔压降表
塔盘进液口 脱硫塔压降 Kpa
第14层 6.43
第18层 8.26
3.2.3 雾沫夹带
对直径为2.4m的脱硫塔，在泛点率<80%时可保证雾沫夹带量达到eV<0.1kg（液）/kg（气）的规定指标。CJST塔盘的泛点率可按如下经验公式进行计算：
VS泛点率??V?L??V?1.36LSZL?100% (3-2-5) ［6］
KCFAbVS?V?L??V?100% (3-2-6)
泛点率?0.78KCFAT 经验公式中的相关参数如下：
板上液体流径长度 ZL=D-2Wd=2.4-0.333*2=1.734m 板上流径面积 Ab=AT-2Af=3.736 m2 溶液系统取 K=0.75 由泛点负荷系数图查出 CF=0.155 代入式(2-2-5)得：
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