CN103320192A - 节能用再生气换热器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能用再生气换热器及使用方法。在天然气脱水流程中设置一台再生气换热器；该换热器有两个流道，一个流道对应的进口连接再生塔出口管线、出口连接再生气管线；另一个流道对应的进口连接冷吹塔出口管线、出口连接冷吹气管线；在冷吹塔出口管线上设置有冷吹塔出口管线温度表；在冷吹塔出口管线上的换热器两端连接一条旁通管线，其口径大于或等于冷吹塔出口管线的口径，在旁通管线上设置开关阀；在再生塔出口管线上设置再生塔出口管线温度表。通过再生气换热器进出口管线的温度检测、对比并控制旁通线开关阀运行状态，实现对能量的回收利用。对于降低项目建设投资和运行费用具有显著效果，对于节能减排具有重要意义。

Description

节能用再生气换热器及使用方法

技术领域

本发明涉及天然气脱水工艺流程，主要是通过在流程中增设再生气换热器实现节能减排、降低设备投资和日常操作成本的作用。

背景技术

在天然气处理业中，一般采用的是高压低温工艺。若天然气中含水，天然气中的水分会在低温时以冰或霜的形式冻结,甚至与天然气形成天然气水化物，可能导致工艺管线、设备堵塞，严重影响生产的安全稳定运行。为了避免天然气中水对加工工艺的影响，需将天然气中的游离水脱除，达到低温处理的要求。目前完全满足天然气深冷加工要求的天然气脱水方法以分子筛吸附法最常用。

该工艺主要包括三个步骤：吸附、再生、冷吹。吸附是指常温下天然气流经分子筛床层，水分子被吸附停留在分子筛表面，从而获得干燥天然气。再生是指当分子筛吸附饱和后，需要利用高温气体将水分子带离分子筛床层从而实现分子筛再生。冷吹是指再生结束后的分子筛处于高温状态，需要常温干燥的气体不断吹过，待降至吸附所需温度冷吹结束。每座分子筛塔在一个周期都要经历吸附、再生和冷吹三个过程。处于吸附过程的分子筛塔与处于再生或冷吹的分子筛塔没有直接联系。

吸附过程分子筛塔处于稳定的常温或原料气温度。再生过程分子筛塔温度从吸附温度逐渐升高，达到再生要求温度，约200～300℃，稳定一段时间后再生结束。冷吹过程分子筛塔温度从再生温度逐渐降低，达到常温或者冷吹气温度，稳定一段时间冷吹结束。传统工艺流程再生高温完全来自于再生气加热炉，热再生气带着水分离开分子筛塔后需要降温分离出游离水。没有对热再生气热能回收，同时也造成再生气加热炉和再生气冷却器负荷增加，不符合节能减排的发展理念。

本发明通过设置换热器及旁通管线以保证流程中需要升温的气体被需要降温的气体预热，在实现热能的回收利用的同时降低了下游再生气加热炉、再生气冷却器的工作热负荷。对天然气脱水装置降低操作运行费用，节能减排具有重大意义。

发明内容

针对传统流程不能回收能量的不足,本发明提供一种节能用再生气换热器及使用方法。如图1所示，本发明的具体方案如下：

一种节能用再生气换热器，在天然气脱水流程中设置一台再生气换热器9；该换热器有两个流道，一个流道对应的进口连接再生塔出口管线1、出口连接再生气管线4；另一个流道对应的进口连接冷吹塔出口管线2、出口连接冷吹气管线5；在冷吹塔出口管线2上设置有冷吹塔出口管线温度表7；在冷吹塔出口管线2上的换热器9两端连接一条旁通管线3。在旁通管线3上设置开关阀8；在再生塔出口管线1上设置再生塔出口管线温度表6。

旁通管线3的管径等于或大于冷吹塔出口管线2的管径，如果大于优选比其大一等级（管道公称直径简称管径执行GB/T8163-2008或GB/T14976-2002或GB6479-2000或HG/T20553-2011）。

本发明的再生气换热器的使用方法，当再生塔出口管线温度表6的检测温度高于冷吹塔出口管线温度表7的检测温度，开关阀8关闭；高温气体由再生塔出口管线1进入再生气换热器9，出换热器后温度降低，由再生气管线4进入下游冷却设备；低温气体由冷吹塔出口管线2进入再生气换热器9，出换热器后温度升高，由冷吹气管线5进入下游加热设备；当再生塔出口管线温度表6的检测温度低于或等于冷吹塔出口管线温度表7的检测温度，开关阀8打开，高温气体由冷吹塔出口管线2流向开关阀8和旁通管线3，最后沿冷吹气管线5进入下游加热设备，低温气体仍然由再生塔出口管线1进入再生气换热器9，由再生气管线4进入下游冷却设备。

本发明的作用是可以实现最大程度的回收生产余热降低下游设备工作负荷，对于降低项目建设投资和运行费用具有显著效果，对于节能减排具有重要意义。

附图说明

图1节能用再生气换热器及使用方法简图；

图2传统三塔脱水流程示意图；

图3优化三塔脱水流程示意图；

其中：1.再生塔出口管线，2.冷吹塔出口管线，3.旁通管线，4.再生气管线，5.冷吹气管线，6.再生塔出口管线温度表，7.冷吹塔出口管线温度表，8.开关阀，9.再生气换热器，10.再生气冷却器，11.分离器，12.吸附塔，13.冷吹塔，14.再生塔，15.再生气加热炉，16.原料天然气，17.干燥天然气，18.冷吹用天然气，19.再生用天然气，20.冷却后再生气，21.分离游离水后天然气，22.游离水。

说明1：虚线框内为本发明的应用简图。

说明2：图中吸附塔12、再生塔14、冷吹塔13不是特指某一个分子筛塔，而是指处于某种工作状态的分子筛塔，其中吸附塔12是指处于吸附过程的分子筛塔，再生塔14是指处于再生过程的分子筛塔，冷吹塔13是指处于冷吹过程的分子筛塔。

具体实施方式

下面结合图1、图2、图3和实施例对本发明进一步说明。在传统的天然气脱水流程中加入一台再生气换热器9。该换热器有两个流道，每个流道有一个进口和一个出口。一对进出口分别连接再生塔出口管线1和再生气管线4，另一对进出口分别连接冷吹塔出口管线2和冷吹气管线5。在冷吹塔出口管线2上设冷吹塔出口管线温度表7；在冷吹塔出口管线2上的换热器9两端连接一条旁通管线3。旁通管线3的口径等于冷吹塔出口管线2的口径或者比其大一等级。在旁通管线3上设置开关阀8；在再生塔出口管线1上设再生塔出口管线温度表6。

30万方/天天然气脱水装置再生气换热器9为管壳式换热器，每个流道有一对进出口，进出口连接国家标准系列的管道。其中一对进出口分别连接管径为DN80的再生塔出口管线1和管径为DN80的再生气管线4，另一对进出口分别连接管径为DN80的冷吹塔出口管线2和管径为DN80的冷吹气管线5。旁通管线3的管径为DN80，等于冷吹塔出口管线2的管径，旁通管线3上设置DN80的开关阀。

考虑到管道阻力的影响，后期设计的30万方/天天然气脱水装置中再生气换热器9的旁通管线3管径比冷吹塔出口管线2的管径扩大一级，选为DN100，旁通管线3上设置的开关阀8也同样选为DN100。

根据传统三塔脱水工艺流程的生产实例，流程中设置三座完全一样的分子筛塔，每座分子筛塔的一个运行周期都要顺序经历吸附→再生→冷吹三个过程，三座分子筛塔分别处在不同的过程。根据所处的操作状态分别称为吸附塔12、再生塔14、冷吹塔13。吸附过程在常温或原料气温度下进行，原料天然气16由塔顶进入吸附塔12，干燥天然气17出塔后去下游设备。冷吹流程和再生流程是串联在一起的，冷吹气先对冷吹塔13进行冷吹，然后由再生气加热炉15加热后用作再生气对再生塔14进行再生。

传统流程如图2所示：原料天然气16经吸附塔12吸附脱水后去下一工艺设备。冷吹用天然气18自冷吹塔13底部进入，将分子筛的热量吸收升温后沿冷吹塔出口管线2直接进入再生气加热炉15，加热升温后得到再生用天然气19。高温的再生用天然气19自再生塔14底部进入，将分子筛加热破坏分子筛对水分子的附着力，让水分子随着气流沿再生塔出口管线1离开，经再生气冷却器10降温，分离器11分离游离水。分离游离水后天然气21根据装置情况进入下一工艺设备。

本发明与吸附塔12的运行操作无关，与再生塔14和冷吹塔13的运行操作有关。本发明是在传统三塔脱水流程中增加附图1中的设备、管线及管件。具体实施方式如图3所示：再生气换热器9的两个进口分别连接再生塔出口管线1和冷吹塔出口管线2，两个出口分别连接再生气管线4和冷吹气管线5。在冷吹塔出口管线2上设冷吹塔出口管线温度表7；在冷吹塔出口管线2上的再生气换热器9两端连接一条旁通管线3。旁通管线3的管径等于冷吹塔出口管线2的管径或者比其大一等级，在旁通管线3上设置开关阀8；在再生塔出口管线1上设再生塔出口管线温度表6。对于再生塔14，从再生开始到再生结束，随着时间的推进再生塔出口管线1的温度从常温不断升高，直到稳定在再生温度；同一时间段，对于冷吹塔13，从冷吹开始到冷吹结束，冷吹塔出口管线2的温度从再生温度不断降低，直到稳定在冷吹用天然气18的温度。在这一过程中，总有一刻再生塔出口管线温度表6的测量温度与冷吹塔出口管线温度表7的测量温度相等，从此刻一直到再生塔出口管线温度表6的测量温度高于冷吹塔出口管线温度表7的测量温度这段时间，再生塔出口管线1有余热可以提供，冷吹塔出口管线2可以吸收余热来降低再生气加热炉15和再生气冷却器10的设备投资及工作负荷。为实现余热回收的目的，本发明要求在装置控制系统中监控再生塔出口管线温度表6和冷吹塔出口管线温度表7，并对监控到的温度数据进行比较。当再生塔出口管线温度表6测量温度超过冷吹塔出口管线温度表7，开关阀8关闭。热气通过再生塔出口管线1进入再生气换热器9，冷气通过冷吹塔出口管线2进入再生气换热器9。二者换热后预热后的冷气由去加热炉管线5进入再生气加热炉15，加热后的再生用天然气19回到再生塔14。预冷后的再生气接着去再生气冷却器10降温，由分离器11分离天然气和游离水。

根据30万方/天天然气脱水装置实际运行项目经验可知，当热再生气经过再生气换热器9预冷后的温度控制在100℃左右时，冷吹气可以被预热至200℃左右，此时再生气换热器9将大约200kW的热能从再生气转移到冷吹气，下游设备运行负荷约节省200kW。

Claims (3)

1.一种节能用再生气换热器，其特征是在天然气脱水流程中设置一台再生气换热器（9）；该换热器有两个流道，一个流道对应的进口连接再生塔出口管线（1）、出口连接再生气管线（4）；另一个流道对应的进口连接冷吹塔出口管线（2）、出口连接冷吹气管线（5）；在冷吹塔出口管线（2）上设置有冷吹塔出口管线温度表（7）；在冷吹塔出口管线（2）上的换热器（9）两端连接一条旁通管线（3），在旁通管线（3）上设置与管道等径的开关阀（8）；在再生塔出口管线（1）上设置再生塔出口管线温度表（6）。

2.权利要求1所述的换热器，其特征是，旁通管线（3）管径大于或等于冷吹塔出口管线（2）的管径。

3.权利要求1的再生气换热器的使用方法，其特征是当再生塔出口管线温度表（6）的检测温度高于冷吹塔出口管线温度表（7）的检测温度，开关阀（8）关闭；高温气体由再生塔出口管线（1）进入再生气换热器（9），出换热器后温度降低，由再生气管线（4）进入下游冷却设备；低温气体由冷吹塔出口管线（2）进入再生气换热器（9），出换热器后温度升高，由冷吹气管线（5）进入下游加热设备；当再生塔出口管线温度表（6）的检测温度低于或等于冷吹塔出口管线温度表（7）的检测温度，开关阀（8）打开，高温气体由冷吹塔出口管线（2）流向开关阀（8）和旁通管线（3），最后沿冷吹气管线（5）进入下游加热设备，低温气体仍然由再生塔出口管线（1）进入再生气换热器（9），由再生气管线（4）进入下游冷却设备。

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