甲烷化设备结构[综合教育].ppt

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1、1、合成单元： （1）、反应器类：主反应器（181R101、181R102）、辅助反应器（181R103、181R104）； （2）、容器类：原料气分离罐（181V101）、脱硫槽（181V102）、循环气分离罐(181V103)、补充甲烷化反应分离罐（181V104）、产品气分离罐（181V105）、汽包(181V106)、排污管（181V107）、除氧槽(181V108);,1,应用分析,（3）、换热器类：1号2号换热器（181E101、181E102）、1号2号废锅（一号181E103、二号181E105）、蒸汽过热器（181E104）、循环气换热器（181E106）、1号2号锅炉水预热

2、器（181E107、181E111）、1号2号3号脱盐水换热器(181E108、181E110、181E112)、,2,应用分析,补充甲烷化换热器（181E109）、产品冷却器（181E113）、工艺凝液汽提塔冷却器（181E114）、工艺凝液换热器（181E115）、排污冷却器（181E116)、开工蒸汽加热器（181E117）、开工电加 热器（181E118）。 （4）、塔类：工艺凝液汽提塔（181T101）。,3,应用分析,（二）、主要静设备的作用及结构原理,主反应器是将净化来的合格新鲜原料气与合成循环气或是部分反应气混合达到入口温度压力要求（320、3.04MPa）且在催化剂自身温度容

3、许的情况下反应生成甲烷的容器。,1、反应器结构原理,4,应用分析,甲烷化主反应器均为立式反应器，属于高温高压设备，容器类别/级别：/A2。在结构上采用了耐火衬里结构。最外层是设备筒体材料为Q345R(正火)，中间层为轻质高铝浇注层，最内层为刚玉浇注层。外面没有保温材料只刷变温漆。,5,应用分析,整体剖视图,6,应用分析,为防止进入反应器的的高压气流束使催化剂被吹动影响催化剂的布局和厚度致使同一床层反应速率不一，设计安装一气体分布结构，以达到减小气体对反应器床层的冲击力。（如下图所示）,7,应用分析,入口气体分布结构,8,应用分析,由于反应器内部装有催化剂，为了更好的装填保护好催化剂，达到更好的

4、反应效果，且对气流产生的较小阻力，在催化剂层的上下部装了大小不同的耐火瓷球。,9,应用分析,最下层是9.6m3直径25mm的耐火球由气体出口收集器与反应器出口隔开、在催化剂下部装有150mm 厚直径10mm的耐火球，在催化剂层上部装有100mm厚直径25mm的一层耐火球，在最上部装有150mm厚直径50mm的一层耐火球。上部瓷球的作用，有气体分布器的作用，也有吸收杂质如水份、同样有气体分布器的作用。,10,应用分析,11,应用分析,主反应器出口收集器,12,应用分析,辅助反应器是将主反应器反应过后经废锅余热回收中间换热器逐步换热达到温度压力要求（1号辅助反应器280、2.78MPa，2号辅助反

5、应器250、2.54MPa）的工艺气再次串联反应以产出合格的产品气。,13,应用分析,2号辅助甲烷化反应器是将系统最后的产品气中反应不完全的原料气进一步反应使得产品气达到预定的要求。该反应器相对主反应器和1号辅助反应器温度压力较低。,14,应用分析,辅助甲烷化反应器为立式反应器，属于高温高压设备，容器类别/级别：/A2。结构不同于主反应器，没有耐火衬里层，主要受压元件材料为12Cr2Mo1R.保温材料选用硅酸铝。,15,应用分析,辅助甲烷化反应器外观,16,应用分析,辅助甲烷化反应器内部结构及装填示意图,17,应用分析,2号辅助甲烷化反应器相对主反应器和1号辅助反应器温度压力较低。除了外形大小

6、与管道位置与1号辅助反应器不同外，内部结构以及耐火球催化剂装填层次原理基本相同。 容器类别/级别：/A2。 主要受压元件材料为：14Cr1Mo1R。 保温材料：硅酸铝。,18,应用分析,脱硫槽(181V102)将原料气初步分离加热后，注入少量锅炉给水（约0.1mol）来帮助脱硫，该分离罐可以防止液体夹带进入净化催化剂中。合成气加热后，被送到脱硫罐中，脱硫罐能够在上游系统硫泄漏时起到保护作用，否则其将成为CRG催化剂的毒物。,19,应用分析,脱硫槽(181V102)从结构原理上讲，与辅助反应器相似。,脱硫槽是进行原料气脱硫反应的容器，内部在不同层次的瓷球中间装有脱硫剂 2020(ZnO)。内部结

7、构与辅助反应器几乎相同。入口有气体分布结构，脱硫剂由不同大小的瓷球层保护，容器出口有气体收集器。 如下图所示,20,应用分析,脱硫槽剖面示意图,21,应用分析,根据工艺过程或热量回收用途的不同，换热设备可以是加热器，冷却器，蒸发器，再沸器，余热锅炉，等，因此设备的种类，型式很多。,2、换热器结构原理,22,应用分析,换热器按用途分为以下几种 1.加热器把流体加热到必要的温度但加热流体没有发生相 的变化。 2.预热器预先加热流体为后序操作提供标准的工艺参数。 3.过热器用于把流体工艺气或蒸汽加热到过热状态。 4.蒸发器用于加热流体达到沸点以上温度使其流体蒸发一般有相的变化。,23,应用分析,5.

8、再沸器用于使装置中冷凝了的液体再度加热使其蒸发。 6.深冷器用于把流体冷却到0以下的低温状态。 7.冷却器用于把流体冷却到工艺要求的温度。 8.冷凝器用于冷却凝结性气体使其流体凝结液化。 9.全凝器使凝结性气体全部冷凝为液体。,24,应用分析,换热器按照内部结构分类 一、分为列管式换热器和非列管式换热器。 二、列管式换热器根据结构特点的不同可分为固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式。 三、非列管式换热器分为沉浸式、套管式、喷淋式、板式、螺旋板式和热管式。,25,应用分析,以上分类就甲烷化所涉及到的换热器，主要都属于列管式管壳式换热器换热器。按换热方式又可分为： 气气换热器（如进料换热器、循环

9、气换热器、蒸汽过热器等）； 气液换热器（如废锅、锅炉水换热器、脱盐水换热器、产品冷却器及压缩机中间换热器等）； 液液换热器（如排污冷却器、三甘醇贫富液换热器等）。,26,应用分析,管壳式换热器的三种分类 1、固定换热器管板式换热器 固定管板式换热器是结构最为简单的管壳式换热器，它的传热管束两端管板是直接与壳体连成一体的，壳体上安装有应力补偿圈，能够在固定管板式换热器内部温差较大时减小热应力。固定管板式换热器的热应力补偿较小，不能适应温差较大的工作。,27,应用分析,固定管板式换热器,28,应用分析,29,应用分析,固定管板式换热器封头列管排布图,30,应用分析,固定管板式换热器内部结构示意图,

10、31,应用分析,固定管板式换热器常见结构,32,应用分析,33,应用分析,34,应用分析,废热锅炉是甲烷化装置的重要设备，用于 1 号、2 号主甲烷化反应器反应后工艺介质的快速冷却，同时产生 5.29MPaG 中压蒸汽。废热锅炉均为火管式，进口管箱衬耐火材料，热端管板和换热管进口有保护措施。汽包为 1号、2号废热锅炉共用汽包，采用自然循环。,35,应用分析,36,应用分析,2、浮头式换热器 浮头式换热器是管壳式换热器中使用最广泛的一种，它的应力消除原理是将传热管束一段的管板放开，任由其在一定的空间内自由浮动而消除热应力。浮头式换热器的传热管束可以从壳体中抽出，清洗和维修都较为方便，但是由于结构

11、复杂，因此浮头式换热器的价格较高。,37,应用分析,浮头式换热器实体安装图,浮头式换热器,38,应用分析,管式换热器局部剖视图,浮头式换热器实体剖视图,39,应用分析,浮头式换热器结构图,40,应用分析,41,应用分析,3、U型管换热器 U型管换热器的换热器传热管束是呈U形弯曲换热器，管束的两端固定在同一块管板的上下部位，再由管箱内的隔板将其分为进口和出口两个部分，而完全消除了热应力对管束的影响。U型管换热器的结构简单、应用方便，但很难拆卸和清洗。,42,应用分析,U型管换热器实物图,43,应用分析,44,应用分析,U型管式换热器结构原理示意图,45,应用分析,46,应用分析,管壳式换热器由一

12、个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。,47,应用分析,作用：将工艺凝液中的不凝气体分离 原理： 气提是一个物理过程，它采用一个气体介质破坏原气液两相平衡而建立一种新的气液平衡状态，使溶液中的某一组分由于分压降低而解吸出来，从而达到分离物质的目的。,3、塔器设备,48,应用分析,例如，A为液体，B为气体，B溶于A中达到气液平衡，气相中以B气相为主，加入气相汽提介质C时，气相中A、B的分均降低从而破坏了气液平

13、衡，A、B物质均向气相扩散，但因气相中以B为主，趋于建立一种新的平衡关系，故大量B介质向气相中扩散，从而达到气液相分离目的。通过控制气提介质的量可以控制气提程度。,49,应用分析,50,应用分析,精馏过程的主要设备有：精馏塔、再沸器、 冷凝器、回流罐和输送设备等。精馏塔以进料 板为界，上部为精馏段，下部为提留段。一定 温度和压力的料液进入精馏塔后，轻组分在精 馏段逐渐浓缩，离开塔顶后全部冷凝进入回流 罐，一部分作为塔顶产品（也叫馏出液），,51,应用分析,另一部分被送入塔内作为回流液。回流液的目的是补充塔板上的轻组分，使塔板上的液体组成保持稳定，保证精馏操作连续稳定地进行。而重组分在提留段中浓

14、缩后，一部分作为塔釜产品（也叫残液），一部分则经再沸器加热后送回塔中，为精馏操作提供一定量连续上升的蒸气气流。（如三甘醇精馏柱）,52,应用分析,53,应用分析,54,应用分析,作用：气液传质的场所，也就是使气相中的水蒸气被甘醇吸收的场所。 种类：吸收塔分为板式塔（逐级接触式）和填料塔（微分接触式）。塔板结构有浮阀、泡罩和筛孔。 结构：板式塔由一个园柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干块塔板组成。主要有泡罩塔板和浮阀塔板。,55,应用分析,56,应用分析,57,应用分析,58,应用分析,59,应用分析,60,应用分析,气液分离器可安装在气体压缩机的出入口用于气液分离，分馏塔顶冷凝冷却器后气

15、相除雾，各种气体水洗塔，吸收塔及解析塔的气相除雾等。气液分离器也可应用于气体除尘，油水分离及液体脱除杂质等多种工业及民用应用场合。,4、分离设备,61,应用分析,重力沉降的原理简述由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇集在一起通过排放管排出。,62,应用分析,结构示意图,63,应用分析,五、阀门,阀门是流体管路的控制装置，在石油化工生产过程中发挥着重要作用。 接通和截断介质； 防止介质倒流； 调节介质压力、流量； 分离、混合或分配介质； 防止介质

16、压力超过规定数值，保证管道或设备安全运行。,64,应用分析,通用分类法 这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国内、国际最常用的分类方法。一般分为：闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、止回阀、节流阀、安全阀、减压阀、疏水阀、调节阀。,65,应用分析,截断类：主要用于截断或接通介质流。如闸阀、截止阀、球阀、碟阀、旋塞阀、隔膜阀 止回类：用于阻止介质倒流。包括各种结构的止回阀。 调节类：调节介质的压力和流量如减压阀、调压阀、节流阀 安全类：在介质压力超过规定值时，用来排放多余的介质，保证管路系统及设备安全。 分配类：改变介质流向、分配介质，如三通旋塞、分配阀、滑阀等 特殊用途：如疏水

17、阀、放空阀、排污阀等,66,应用分析,1.闸阀 闸阀是作为截止介质使用，在全开时整个流通直通，此时介质运行的压力损失最小。闸阀通常适用于不需要经常启闭，而且保持闸板全开或全闭的工况。不适用于作为调节或节流使用。对于高速流动的介质，闸板在局部开启状况下可以引起闸门的振动，而振动又可能损伤闸板和阀座的密封面，而节流会使闸板遭受介质的冲蚀。,67,应用分析,68,应用分析,69,应用分析,请在此添加段落内容,请在此添加段落内容,请在此添加段落内容,70,应用分析,2.截止阀 截止阀是用于截断介质流动的，截止阀的阀杆轴线与阀座密封面垂直，通过带动阀芯的上下升降进行开断。截止阀一旦处于开启状态，它的阀座

18、和阀瓣密封面之间就不再有接触，并具有非常可靠的切断动作，因而它的密封面机械磨损较小，由于大部分截止阀的阀座和阀瓣比较容易修理或更换密封元件时无需把整个阀门从管线上拆下来，这对于阀门和管线焊接成一体的场合是很适用的。,71,应用分析,72,应用分析,73,应用分析,手动截止阀 气动截止阀 电动截止阀,74,应用分析,75,应用分析,3 止回阀 止回阀的作用是只允许介质向一个方向流动，而且阻止方向流动。通常这种阀门是自动工作的，在一个方向流动的流体压力作用下，阀瓣打开；流体反方向流动时，由流体压力和阀瓣的自重合阀瓣作用于阀座，从而切断流动。包括旋启式止回阀和升降式止回阀。,76,应用分析,77,应

19、用分析,4 蝶阀 蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着轴线旋转，旋转角度为090之间，旋转到90时，阀门则是全开状态。蝶阀结构简单、体积小、重量轻，只由少数几个零件组成。而且只需旋转90即可快速启闭，操作简单。蝶阀处于完全开启位置时，蝶板厚度是介质流经阀体时唯一的阻力，因此通过该阀门所产生的阻力很小，故具有较好的流量控制特性，可以作调节用。,78,应用分析,79,应用分析,80,应用分析,81,应用分析,5 球阀 球阀是由旋塞阀演变而来。它具有相同的旋转90度的动作，不同的是旋塞体是球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。当球旋转90度时，在进、出口处应全部呈现球面

20、，从而截断流动。,82,应用分析,83,应用分析,6 隔膜阀 隔膜阀是用一个弹性的膜片连接在压缩件上，压缩件由阀杆操作上下移动，当压缩件上升，膜片就高举，形成通路，当压缩件下降，膜片就压在阀体上，阀门关闭。此阀适用于开断、节流。 隔膜阀特别适用于运送有腐蚀性、有粘性的流体，而且此阀的操作机构不暴露在运送流体中，故不会被污染，也不需要填料，阀杆填料部分也不会泄漏。,84,应用分析,堰式隔膜阀,直通式隔膜阀,85,应用分析,7 安全阀 安全阀的作用原理是基于力平衡，一旦阀瓣所受压力大于弹簧设定压力时，阀瓣就会被此压力推开，其压力容器内的气（液）体会被排出，以降低该压力容器内的压力。,86,应用分析

21、,87,应用分析,88,应用分析,8 调节阀 调节阀主要工作原理，是靠改变阀门阀瓣与阀座间的流通面积，达到调节压力、流量等参数的目的。,89,应用分析,直通单座阀(GLOBE) 阀体内只有一个阀座和密封面，结构简单,密封效果好,是使用较多的一种阀体类型。,90,应用分析,直通双座阀(GLOBE) 阀体内有两个阀座和密封面，流通能力大,不平衡力小,但泄漏量大,切断效果差,是使用较多的一种阀体类型,91,应用分析,套筒阀(CAGE) 阀体内部阀芯由套筒导向 套筒上开有窗口用于决定流量与流量特性 阀芯上可开有平衡孔,减小不平衡力 套筒阀可调比大,振动小,不平衡力小,互换性好, 可适用于大部分单双座阀的应用场合 不适用于有颗粒及较脏污介质 是使用最为广泛的一种阀体类型,92,应用分析,球阀、蝶阀、隔膜阀等都可以作为调节阀,93,应用分析,