套管气回收装置（共7篇）
套管气回收装置 篇1
摘要：针对油井生产过程中, 单井井口分离出来的部分天然气积聚在油套环形空间, 不能够及时、充分的有效应用, 同时还造成油井产能下降的问题, 研制了新型机械式套管气回收装置。该装置主要由抽气泵和配套管汇组成, 利用抽油机游梁的上下运动作为原动力驱动抽气泵工作, 抽出环形空间内聚集的天然体通过配套管汇进入集输管线。该装置能够有效回收套管气, 同时还可以提高油井抽油泵泵效、单井系统效率和单井集输管网效率, 起到增产节能降耗的作用。
关键词：套管气回收装置,抽气泵,管汇
在油井生产过程中, 当井底压力降低到低于泡点压力时, 天然气便从原油中分离出来。分离出的天然气一部分聚积在油套环形空间内形成套管压力, 迫使油井动液面下降, 使抽油井有效生产压差降低, 产能下降;另一部分随液体流进人抽油泵泵腔, 由于在下冲程末余隙内还残存一定数量压缩的溶解气, 上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低, 加载变慢, 使吸入阀打开滞后。泵腔内残存的气量越多, 泵口压力越低, 则吸入阀打开滞后的越多, 影响的泵效越大, 严重时会发生“气锁”, 使抽油泵做有效功的效率降低。受技术发展的制约, 传统的解决措施是将油套环形空间内的天然气直接排放到大气中, 这样不仅浪费能源, 而且也污染环境[1～3]。近年来部分油田采用定压放气阀或天然气压缩机回收套管气, 这2种工艺技术的应用需要油井油套环空中的天然气必须达到一定的压力和排量, 这使得大量含低压套管气的油井无法满足以上要求。为此我们研制了新型机械式套管气回收装置, 该装置适用含低压套管气的油井, 使油井油套环形空间内套管气可以有效的回收利用。
1 结构特点
机械式套管气回收装置主要由抽气泵和配套管汇组成。抽气泵结构类似于管式抽油泵, 安装于抽油机游梁前臂与支架之间, 泵与支架和游梁的连接采用铰链结构, 保证柱塞与泵筒的同轴度。管汇上有进气阀、排气阀、排空阀、闸阀、止回阀、过滤器等阀件。
2 工作原理
借鉴气动平衡抽油机的工作原理, 利用抽油机游梁的上下运动作为工作动力来驱动抽气泵工作。抽油机上冲程时, 抽气泵活塞上行, 抽气泵气缸空间增大, 缸内压力下降, 排气阀关闭, 进气阀打开, 套管气经过滤器过滤后通过进气阀进入气缸;抽油机下冲程时, 抽气泵活塞下行, 抽气泵气缸空间减小, 缸内压力升高, 进气阀关闭, 排气阀打开, 缸内气体经排气阀进入油井出油管线。如此随抽油机冲次的往复运动而反复循环, 套管内天然气便经过抽气泵升压后源源不断地进入油井油井出油管线, 从而得到有效回收。
3 主要技术参数
密封压力:≥1.6MPa;日排气量:≤420m3;抽气泵行程:1m;抽气泵缸体内径:100mm;抽气泵适应冲次:≤10min-1;抽气泵工作压力:≤1.2MPa。
4 技术特点
(1) 机械式套管气回收装置利用抽油机游梁的上下运动来带动活塞的运动, 无需再增加外部动力。 (2) 机械式套管气回收装置主要针对油套环形空间内的天然气, 增压后排向油井输油流程, 其活塞向上运动时, 相当于抽油机的平衡装置, 可以辅助重力平衡, 能有效提高抽油机的平衡效果, 降低电动机的输出功率, 有一定的节能效果。 (3) 增压后排向油井输油管线安装了单向定压阀, 气体只能被输送到输油管线内, 增加了输油过程中的动力, 同时减小了摩擦阻力, 既能提高集输系统的效率, 又能降低井口回压, 减小抽油机悬点载荷。 (4) 机械式套管气回收装置既能保证油井正常生产, 又能保证套管气大部分回收, 降低了套管压力使得油套环形空间内液面的高度有所上升, 增加泵的充满程度, 提高了泵效, 从而增加了原油的产量。 (5) 机械式套管气回收装置使得套管气直接输入干线, 彻底解决了多年来套管气外排污染大气环境的问题, 防止了天然气资源的浪费。 (6) 机械式套管气回收装置对套管气含量高的井效果非常明显, 能够有效降低泵腔内的溶解气含量, 使得套管气回收高效充分、抽油机运行更加平稳、抽油泵功效明显增加。 (7) 机械式套管气回收装置成本低, 见效快, 收益高。
5 现场应用
目前该装置于2011年7月已安装在青海油田分公司采油一厂尕斯第一采油作业区计配二站的3-351井上使用。3-351井安装的是四川慧剑14型的抽油机, 泵径38mm, 泵深1999.27m, 冲程5.4m, 冲次5.0min-1。
(1) 该装置安装前上行电流:102A, 下行电流:89A。目前上行电流:101A, 下行电流:109A。平衡率从安装前114%到目前的92%提高了6个百分点。
(2) 液面也有一定的恢复, 见表1。
(3) 自安装后8月累计回收天然气1.846×104m2的经济效益明显。
6 结语
机械式套管气回收装置用于套管气需要回收的油井, 回收了套管伴生气、彻底解决了套管气外排污染大气环境的问题, 使泵的充满度提高、提高了泵效、对抽油机的平衡率有所提高, 从而增加了油井原油产量、天然气产量、降低了油井能耗。
参考文献
[1]朱洪征, 姬园, 吕旭, 等.分层采油工艺管柱受力分析及优化[J].石油矿场机械, 2010, 39 (10) :47～50.
[2]杨法仁, 张有天, 王峰, 等.热采桥塞堵水验封管柱的创新与应用[J].石油矿场机械, 2009, 38 (3) , 91～94.
[3]岳九红, 邹倩莹, 吴荷香.液压助力器在丢手堵水管柱解封中的应用[J].石油矿场机械, 2011, 40 (3) :86～87.
稠油井套管气回收及应用 篇2
1 存在的问题
1.1 生产管理方面
套压不稳定, 管理难度大。该区块油井虽然普遍产气量大、套压高, 但是也有部分油井存在套压和动液面不稳定等情况, 由于该区块油井大部分流程为捆绑进站, 套压不稳定直接影响计量工作的准确性, 管理难度大。
需要不定期地测取压力并及时控套, 工作量大。该站稠油井套压普遍偏高 (单井平均套压0.54MPa) , 在日常的生产管理过程中需要不定期地录取套压, 然后才能采取措施;而使用球阀控套时只有当套压大于油压时套管气才会排除, 这就需要不定期地开关套管阀门观察套管压力, 无形中增加了工人的劳动强度。
冬季生产, 易冻堵憋压。该站控套井采取的是套管与油管连通中间加控套阀与进站液直接进站的方式收气, 但是该区块产出并不是纯净的天然气, 而是含水量较大的伴生气, 套管气不纯很容易造成闸门和中间球阀冻堵, 轻者套压升高、产量下降, 重者油井不出油、管线冻堵。
1.2 地质开发方面
套压高影响液面及泵效。对该站套压在0.5MPa以上的单井进行跟踪后发现, 平均单井日产液为10.8 t的生产井泵效仅有31% (全站平均单井日产液为15 t, 平均泵效46%) 。分析原因:由于伴生气量大, 使套管压力增高, 迫使油井动液面下降, 造成抽油井有效生产压差降低, 产能下降;同时, 一部分伴生气随液体流进入抽油泵泵腔, 使吸入阀打开滞后, 严重时会发生“气锁”, 使抽油泵的泵效降低。
热采周期短。该区块为稠油油藏, 普遍存在地层能量低和单井供液差的问题, 该区块的稠油井平均热采周期316天。对该站套压在0.5 MPa以上的单井进行跟踪后发现, 平均套压高于0.5 MPa的稠油井热采周期仅为243天, 热采周期明显低于该区块低套压、低气量井。
2 可行性分析
2.1 基本流程
依靠稠油井多数为平台井生产的有利条件, 以单井→平台→外输系统的收气模式, 先将每个平台的单井通过单独的回收气管线集中到平台的小型空冷器进行处理, 然后通过输气管线直接回收或用于井口水套炉加热, 从而解决了油井收气量小、空套阀冻堵的问题, 实现了平稳高效收气。
2.2 套压控制
由套压关系曲线和生产经验可知, 套压的高低直接影响到动液面、沉没度、生产压差等。对于产气量大且套压高的单井来说, 套压越低则产量和沉没度越高, 反之亦然。选取该站控套前后3个月单井参数对比可知, 当将油井套压控制在0.12 MPa左右时, 单井各项生产参数提升明显, 说明降低套压生产在本站稠油井应用是可行的[1]。
2.3 成本投资小, 见效快
改造计划在12个生产平台实施, 油井38口, 需小型空冷器装置7台, 井口管线350 m, 各类闸门、小阀门若干。按照每个平台投资2.5万元计算, 则总成本为30万元。平均每个平台3口井, 每口井日增气量100 m3, 则每个平台日增气量为300 m3, 本次改造的投资回收期大约需要2~3个月。
2.4 优势
丛式平台井生产是该站的一大特点, 捆绑进站的生产井数为52口, 占开井总数的85%以上, 这有利于工艺改造、现场管理和节省成本。
由于使用的是控套阀收气装置, 所以在改造时只需将套管炮位末端断开后直接与收气管线连接, 不必重新设计和安装井口工艺, 同时还可利用井口闲置的小型空冷器装置, 减少投资成本。
该站在改造过程中不需要铺设专用的收气干线, 而是直接利用平台加热炉的供气管线, 这样既利用了资源, 又节约了成本。经过统计, 该站可利用的管线长度1500 m左右。
3 实施
改造以单井为基础、以平台为单位, 具体细节为:勘察现场、确定方案→预设地面管线、设备→关闭油、套管闸门→套管炮位末端切断和地面管线碰头→闸门、管线验漏→投产使用。
改造后的套管气回收装置对套管气含量高的井效果明显, 使套管气回收高效充分, 抽油机运行更加平稳, 抽油泵效明显增加。改造后的套管气回收装置既能保证油井正常生产, 又能保证套管气大部分回收, 降低了套管压力, 使油套环形空间内液面的高度有所上升, 增加了泵的充满程度, 提高了泵效, 从而增加了原油产量。改造后的套管气回收装置使套管气直接输入干线或用于井口加热, 解决了收气困难的问题。
2011年9月开始进行地面设备改造, 2012年8月全部完工, 共涉及自然站2座、生产平台13个、稠油生产井38口。施工完成初期日产气量达到10 000 m3左右, 效果显著。
4 效果评价
套管回收装置改造后, 油井一些生产数据明显提高, 从表1各项数据对比可以看出:平均单井套压降低了77%, 已与系统压力趋平;随着平均单井套压的下降, 平均单井产气量有了明显的提升, 日产气量是改造前的3倍;另外, 改造后单井动液面逐步增加, 产液量小幅升高, 热采周期进一步延长。
自套管气回收装置应用以来, 已累计增油2774 t、增气137.8×104m3, 根据经济效益成本计算, 创效602.4万元
5 结论
1) 通过套管气回收装置改造, 原来由于套压高而引起的油套生产压差过大、抽油泵“气锁”等困扰生产的难题迎刃而解, 油井产量和泵效有了显著的提高。
2) 改进后的套管气回收装置, 将套管气回收与进站液输送分离, 避免了量油过程中气体对量油的影响, 降低了生产管理难度。
3) 改造后, 油管闸门关闭、套管闸门常开, 省去了频繁测取套管压力和开关套管闸门工序, 尤其是在冬季生产过程中, 套管气直接进站, 减少了无控套阀冻堵现象。
参考文献
吹风气余热回收装置运行总结 篇3
1 新吹风气回收装置
1.1 工艺流程
造气工段各台造气炉产生的250 ℃吹风气进入吹风气总管,经旋风除尘器除尘后,与高温空气预热器送来的400 ℃高温空气经混燃器混合后进入燃烧炉燃烧。与此同时,从合成送来的弛放气经减压后入缓冲罐、安全水封,与低温空气预热器送来的150 ℃助燃空气在燃烧器内混合燃烧,产生的高温烟气入燃烧炉,从而保证燃烧炉内的温度保持在750～900 ℃的安全燃烧温度。燃烧炉出口的(800～950 ℃,42 000 m3/h)高温烟气依次进入高温空气预热器、蒸汽过热器、余热锅炉、软水加热器、第一空气预热器,热量阶梯利用后,被引风机抽送至简易烟道喷淋装置,除尘后直接放空。
1.2 主要设备
主要设备规格、型号见表1。
1.3 技术特点
(1)燃烧炉
由于此次改造时间紧、任务重,且场地十分有限,因此燃烧炉在原有设备基础上进行改造。原计划将直筒段加高3 m,但由于受场地限制(上部有皮带走廊),因此将直筒体加高1.5 m。由平顶改为锥顶结构。混燃器改在顶部,因此增加了燃烧空间,在整体结构上更加合理、安全可靠。由于原蓄热层采用格子砖结构,实际运行中极容易出现积灰堵塞。此次改造重新设计蓄热层,采用四层折流式蓄热层,这样既可以保证可燃气体和助燃气体(空气)多次反复混合接触着火燃烧和烧尽,又消除积灰堵塞,达到长周期运行的良好效果。由于原燃烧炉基础较低,下部清灰极不方便,因此改造时在原有灰池的外面重新制作一个沉灰池,将灰浆冲至外面的灰池,这样,大大方便了操作,保证了系统的安全稳定运行。
(2)旋风除尘器
由于我分公司造气系统长期掺烧型煤,吹风气中粉尘含量高,造成吹风气回收系统中设备堵塞严重。此次改造,在燃烧炉之前增加了一台新型结构的旋风除尘器,该除尘器除了具有原有除尘器的特点外,下部增设了扩张段,内部增加一整流锥,这样,既可除去大直径的粉尘,又防止了细小粉尘随气流带出,除尘效果十分明显。
(3)蒸汽过热器
蒸汽过热器换热管采用蛇形管错排,与高温烟气逆向换热。在进口集箱上设置了一条外供蒸汽管,开停车时利用外供蒸汽,对蒸汽过热器进行降温,防止其过热烧坏。
(4)高温空气预热器
高空预热器为列管式结构,采用耐热钢光管形式,一端焊接,另一端为密封自由端,可有效避免热胀冷缩因素对设备造成的损坏,延长设备使用寿命。
(5)软水加热器
软水加热器的换热管采用横置式翅片管结构,既强化传热,又能够有效防止积灰。
(6)吹灰器
针对我分公司吹风气中粉尘含量较大的实际情况,此次改造中增设了五台吹灰装置,安装位置为,余热锅炉对流管上中下布三台,软水加热器与低温空预器设备前各一台。其工作原理是通过电机驱动跑车和吹灰枪管,枪管上的喷头在炉内旋转喷出过热蒸汽(0.8 MPa),吹扫换热设备受热面上的积灰和结渣。根据各设备受热面的大小,选择不同的吹扫半径,依据系统运行情况定期吹灰,保证各换热设备高效、稳定运行。
(7)烟囱简易喷淋装置
为了降低烟尘的黑度,在引风机出口烟道上加装五组实心锥喷头,采用循环水进行喷淋。由于实心锥具有喷淋面积大,不易堵塞的特点,因此除尘效率较好,能满足要求。
2 装置运行情况
该装置2012年3月施工安装结束, 4月初烘炉后,4月10日正式投入生产运行。
(1)由于燃烧炉内衬较厚,烘炉初期应控制较低的升温速率,防止大量水分急剧蒸发对内衬造成损坏。具体做法是,先期在燃烧炉底部配置简易的点火装置,可保证有效调控升温速率,使耐火材料中的水分均匀缓慢蒸发出来,防止内衬出现裂纹,甚至大面积脱落等现象的发生。后期采用在炉顶燃烧器点火烘炉,以提高炉温、强化烘炉质量。当然,任何时候开车点火前,均须做好安全置换和隔离工作,特别是在灭火等情况后,必须彻底置换合格才能重新点火。
(2)运行中应注意的问题
① 送吹风气时,一定要注意燃烧炉内温度是否高于安全燃烧温度,即是否大于吹风气等气体中几种主要可燃组分的着火点。一般要求蓄热层炉温超过750 ℃,并且随着吹风气的不断送入密切注意炉温的变化,及时作相应的调节,要特别注意观察配风阀是否与造气吹风气回收阀同步启闭。
② 燃烧炉炉温正常后,注意水管锅炉、过热器的工作压力,严禁超压,注意水管锅炉保持正常水位。
③ 锅炉应连续给水,以保持正常水位,不允许水位低于最低水位或高于最高水位。
④ 系统开车初期,必须引用外来蒸汽冷却过热器换热管束,不允许加水来冷却过热器。同时打开配风阀组的近路阀,以确保高温空预器管内有冷空气流动,防止烧坏管束。回收系统正常运行期间,因为吹风气的送入具有不连续性,所以该近路阀应始终保留一定的开度。
⑤ 当锅炉超压,蒸汽需放空时,应在过热器出口或过热器后其他管路上放空,不允许在上锅筒放空,目的在于锅炉产生的饱和蒸汽全部通过过热器,使过热器的换热管得到充分的冷却。
3 改造效果及经济效益
改造后可全部回收六台炉的吹风气,解决了较长一段时间内困扰我分公司吹风气直接放空污染环境的问题,烟气经水膜除尘组合式烟囱除尘后放空,粉尘含量不超过100mg/m3,林格曼黑度一级,极大地改善了工作环境,实现了达标排放。
本套装置总共投资250万元,现汽量达12t/h以上(由于受限电影响,生产未达到满负荷,正常运行5台2 650mm煤气炉),多产汽6t/h。蒸汽价按100元/t、年运行300d计,则年增效益432万元。6个月可全部收回投资,经济效益显著。
4 结语
15t/h吹风气余热回收装置改造投运后,系统微负压稳定运行,产汽量及各项控制指标均达到了设计要求,各项指标均有所优化,解决了制约生产的许多问题,达到了良好的社会效益和经济效益。
摘要：介绍吹风气余热回收装置的流程,各设备的特点,装置投运后的运行情况,以及运行中应注意的事项。
脱碳高闪气回收装置项目总结 篇4
关键词：脱碳,高闪气,变压吸附,回收
1 背景
阳煤丰喜临猗分公司是山西省化肥行业的重点骨干企业之一, 经过近二十年的发展, 形成了年产氨醇750kt、尿素1 100kt的规模。现有两个分厂, 共四套尿素生产装置和一套甲醇生产装置。与之配套的脱碳装置共五套, 除一分厂2#系统为VPSA-CO2脱碳工艺, 其余四套均为湿法脱碳工艺:一分厂1#、3#系统为NHD脱碳, 二分厂1#系统为MDEA脱碳, 2#系统为低温甲醇洗脱硫脱碳。
四套湿法脱碳装置产生的高闪气总量约为7 500m3/h, 各自的气体组成、温度、流量等参数如表1所示。
由表1看出, 四种脱碳高闪气中有效气体H2的总量为1 525.6m3/h。此项目建成之前, 脱碳高闪气大部分放空, 不仅造成环境污染, 而且浪费了宝贵资源, 因此有必要对脱碳高闪气作净化处理, 回收其中的有效气体。
本项目采用VPSA (真空变压吸附) 装置, 回收四套湿法脱碳装置高闪气中的有效气体。项目总投资约580万元, 设计处理原料气量8 000m3/h, 实际原料气量5 600m3/h, 产品气量1 536m3/h。
经过三个多月的紧张施工, 于2012年8月20日试运行。项目设计由杭州普菲科空分设备有限公司承担, 并提供装置内的吸附剂、程控阀以及仪器仪表等;土建工作主要包括罗茨风机、分离器、缓冲罐、7台吸附塔等基础的施工;安装防腐由阳煤丰喜建安公司完成, 主要工作是原球罐及其管线的拆除、管线的预制、吸附塔安装、罗茨风机就位安装等。
2 设计方案
2.1 设计工艺指标
(1) 净化气
净化气体中含CO2≤10.0%
净化气中含H2S≤5.0×10-6
净化气压力0.4MPa (表)
产品气温度常温
H2回收率≥90.0%
CO收率≥90%
(2) 解吸气
解吸气CO2≥98%
解吸气压力≥0.025MPa (表)
2.2 工艺流程
脱碳高闪气经过变压吸附装置处理之后, 得到净化气和解吸气两种气体, 如图1。
脱碳高闪气 (以下称原料气) 以压力0.5MPa、温度35℃进入界区内分离缓冲罐, 经计量后入变压吸附单元。
采用7-2-3VPSA抽真空流程, 即装置由7个吸附塔组成, 其中2个吸附塔始终处于同时进料吸附状态。其工艺过程由吸附、3次均压降压、顺放、逆放、抽真空、3次均压升压和产品气最终升压等步骤组成。
以吸附塔A为例说明其工艺过程。
(1) 吸附过程
经洗涤后的原料气以压力0.5MPa, 温度34℃进入吸附塔A, 自下而上经过吸附床层, 气体中的水分、二氧化碳等杂质被塔内吸附剂吸附, 氢氮气等组分从吸附塔顶部连续排出送压缩单元。
当被吸附杂质的传质区前沿 (称为吸附前沿) 到达床层出口预留段某一位置时, 关掉A塔的原料气进料阀和产品气出口阀, 停止吸附, 转入再生过程。
(2) 均压降压过程
吸附过程结束后, 顺着吸附方向将塔内较高压力的氢氮气放入其他已完成再生的较低压力吸附塔。这一过程不仅是降过压程, 更是回收床层死空间氢气的过程, 本流程共包括了3次连续均压降压过程, 以保证氢气的充分回收。
(3) 顺放过程
均压降压过程结束后, 塔内还有一定压力, 此时顺着吸附方向将塔内的压力进一步降低, 顺放气体直接放空, 同时可提高解吸气体中二氧化碳浓度。
(4) 逆放过程
在均压结束、吸附前沿达到床层出口后, 逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压, 此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来, 低浓度的解吸气直接放空, 逆放后期的气体送CO2工段。
(5) 真空过程
逆放过程结束后, 逆着吸附方向对吸附塔抽真空, 进一步降低压力, 使被吸附的杂质完全解吸出来, 抽空CO2气外送。
(6) 均压升压过程
在真空再生过程完成后, 用来自其他吸附塔的较高压力氢氮气对该吸附塔进行升压。这一过程与均压降压过程相对应, 不仅是升压过程, 而且更是回收其他塔床层死空间氢气的过程。
(7) 产品气升压过程
在均压升压过程完成后, 为了使吸附塔平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动, 需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用排放气将吸附塔升至吸附压力, 保证产品升压过程的充分和减少吸附压力波动的影响。
经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环, 并为下一次吸附做好了准备。
这样, A塔就完成了一个完整的循环过程, 又可以进入下一次吸附循环。
7台吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作 (始终有2台吸附塔处于吸附状态, 同时有1台吸附塔处于抽空再生) , 即可实现气体的连续分离与提纯。
2.3 工艺技术特点
(1) 装置采用一段法VPSA流程, 确保一氧化碳与氢气回收率指标。
(2) 本装置的吸附剂采用密相装填技术, 可进一步减小床层死空间, 提高有效组分回收率。
(3) 采用专用吸附剂, 选择性高, 吸附剂用量少, 配比合理, 投资更省, 运行费用更低, 指标更先进。
(4) 装置配置了性能可靠、功能齐备的PLC控制系统, 实现对装置的自动控制和调节;自控系统可实现对温度、压力、流量以及程控阀阀位等主要操作参数的数据采集、过程监视, 并能对装置运行工况进行自动跟踪监测, 对故障进行自动诊断。
(5) 采用多塔运行, 若与某一吸附塔有关的程控阀 (或控制部件) 出现故障, PSA专家诊断切换系统可以进行自适应无扰动切换, 以保证装置长期稳定运行和便于维修。
(6) 本装置配备切塔软件系统, 当某台吸附塔出现故障时可切除故障塔运行, 保证装置连续稳定运行。
(7) 本装置采用先进、可靠的气动系统作为程控阀的驱动源, 具有运行稳定、长周期、程控阀动作快、使用寿命长等优点。
2.4 主要设备 (表2)
3 试运行数据及效益分析
本装置运行状况良好, 基本达到了设计要求。试运行数据见表3。
取6天运行数据的平均值计算, H2回收率为1 536×70%/ (5 607×20.7%) =92.6%
由于本套装置投运前, 一分厂3#脱碳产生的高闪气回到压缩工段循环使用, 因此不考虑此部分H2回收产生的效益。此部分高闪气经过变压吸附装置处理后回收的H2量为:
根据运行数据表可知, 回收的H2年可产尿素:
尿素售价按1993元/t计算, 年增加销售收入:
4 结语
套管气回收装置 篇5
关键词：吹风气燃烧炉,原理,结构,比较
燃烧炉是吹风气回收装置的重要设备之一, 其设计好坏直接决定整个系统的运行状况。笔者观察多年第一、二代吹风气回收装置燃烧炉的运行情况, 认为两代燃烧炉在设计方面有各自的优缺点。本文就这两种燃烧炉的结构及其优缺点作一简单的比较, 旨在使业内同行对这两种燃烧炉有更为深刻的了解, 从而使系统的运行更趋于合理。
1 第一代吹风气回收燃烧炉
1.1 设计特点
上燃式蓄热型燃烧炉是第一代吹风气回收装置中小化肥厂普遍使用的一种燃烧炉, 其构造特点如下。
(1) 炉顶部为平顶结构, 外壳由直筒体和下锥体组成, 均由一定厚度的钢板焊制而成。炉顶部及下锥体内壁先衬一定厚度的硅酸铝保温材料, 再用高铝水泥混凝土浇注。直筒体内壁衬同效保温材料、硅酸铝纤维板后, 再用特制耐火砖垒砌而成, 其内部结构自上而下可分为三部分:上部空间称为燃烧室, 中间用耐火砖垒砌的部分为格子砖蓄热层, 通常有方格形、“井”字形及西门子形。其中西门子形格子砖的蓄热能力最大。格子砖体下面的空间为下部。
(2) 在燃烧炉上部的合成二气进口侧设有喷燃器, 可燃气体由中心管进入, 预热后的空气进入喷燃器蜗壳。由于蜗壳具有导向作用, 故进入蜗壳的热空气螺旋前进, 与来自中心管的可燃气呈锥形扩散混合, 沿炉体切线方向进入燃烧室燃烧。燃烧炉上部还设有吹风气入口, 供吹风气与热空气混合后进入燃烧炉燃烧。另外, 燃烧炉顶部也有点火孔, 点火孔上方设有视火孔, 其孔顶端安装视镜, 点火孔作为正常开车点火用, 视镜用来观察炉内的燃烧情况。
(3) 下锥体底部焊接有水封管, 正常生产时部分用水封住, 用以沉降吹风气中夹带的较大颗粒粉尘, 还能起到防爆泄压作用。
(4) 在燃烧炉顶端及下侧各设有一个防爆孔, 防爆孔兼作人孔, 正常生产时用防爆板封住, 当燃烧炉发生爆炸时防爆板由于承压低而先行炸开, 自动泄压保护炉体, 同时在检修或开车前也可作为入炉检查人孔用。
1.2 原理及作用
(1) 借助合成二气的燃烧热, 将热量积蓄在格子砖体内, 维持高于吹风气的安全燃烧温度, 使造气送来的低温吹风气在配以空气的情况下能够受热自燃, 然后释放出化学反应热, 在后面的各换热设备中回收热量。
(2) 在蓄热格子砖体设计方面, 充分考虑了检修或处理事故时需要较长时间的停车后仍具备点火的功能, 无需人工重新点火, 只要直接送入可燃气, 便可安全自如地恢复燃烧运行。
(3) 立式、上燃、倒锥带水封结构, 既保证了吹风气燃烧时的安全性和稳定性, 又有利于除尘和排灰, 还起到了防爆泄压作用。
1.3 不足之处
(1) 由于采用明火喷燃器, 导致送吹风气燃烧过程中合成二气喷头灭火, 致使炉温大幅度下降, 每送一次吹风气, 炉温要下降60~100℃。为了维持炉温, 不得不减送吹风气, 甚至还需要补充一定量的半水煤气来维持炉温, 客观上增加了原料煤消耗。
(2) 由于蓄热的西门子格子砖占据了炉内的燃烧空间, 导致吹风气燃烧时的停留时间短, 使吹风气不能得到充分燃烧。另外, 西门子格子砖还容易结焦, 堵塞空隙, 造成炉内阻力增大。
(3) 炉内的耐火材料以粘土砖和矾土水泥为主, 易燃穿, 使用寿命短, 且保温材料采用单一的硅酸铝纤维板, 由于炉径小致使保温层较薄, 导致燃烧炉外壳温升高, 热量损失大。
(4) 由于炉体采用平顶结构, 正常生产时炉顶的内衬极易塌落, 造成炉顶钢板容易烧坏, 故增加了炉顶的维修费用。
2 第二代吹风气回收燃烧炉
2.1 设计特点及原理
内旋中燃式燃烧炉是第二代吹风气回收装置中应用最普遍的一种新型燃烧炉, 除顶部采用锥形结构外, 直筒体及下部形状与第一代吹风气回收装置中的上燃式蓄热型燃烧炉相同, 但炉膛的直径和高度, 有较大的变化, 燃烧形式也由单一的上燃式发展到内旋中燃式。内部结构自上而下也分为燃烧室、蓄热层和下部三部分, 与第一代燃烧炉相比, 有以下三个方面的特点。
(1) 在燃烧炉直筒体的上部, 根据不同规模, 设有不同数量的合成二气混燃器及吹风气混燃器, 且合成二气混燃器采用了内置式高温快速喷头, 内设气体导向装置, 这种喷头的设计原理类似防风打火机, 能有效解决送吹风气时燃烧炉喷头灭火的问题, 不但防止了炉温下降现象, 而且也降低了合成二气的消耗量, 还能使可燃气燃烧完全, 消除爆炸、爆鸣现象。
(2) 合成二气及吹风气分别经各自的混燃器后进入燃烧炉上部的燃烧室内燃烧, 释放出化学反应热, 热量一部分被中部的蓄热砖体吸收储存, 以保持炉内温度, 燃烧炉内的蓄热砖体中设有折流板, 高温烟气在蓄热砖体内曲折流动, 充分混合燃烧, 同时强化蓄热效果, 其余热量由燃烧炉出口烟气带出经后面的各换热设备回收。
(3) 炉内的蓄热层采用新型蓄热砖体排列方式, 烟气流向为折流式, 不但延长了吹风气在炉内的停留时间, 为完全燃烧创造了有利条件, 避免吹风气中的煤灰堵塞烟道空隙, 而且还采用混合燃烧区、高温燃烧区和煤粉燃烧区的分区燃烧方法, 使吹风气中夹带的煤粉、焦油、挥发分等90%以上的可燃物得到了充分的燃烧。
2.2 优、缺点
2.2.1 优点
(1) 通过增大燃烧炉的直径和高度, 不仅增大了炉内的燃烧空间, 延长了吹风气在炉内燃烧的停留时间, 而且还降低了炉内的阻力。
(2) 燃烧炉采用锥顶及锥底结构, 具有其独到之处。锥顶与相同直径、相同筒体高度的平顶结构燃烧炉相比, 其燃烧空间和停留时间增加20%以上, 负荷也就相应提高20%以上。锥顶结构燃烧炉, 能将炉顶钢板及炉顶内衬的重力落入筒体的钢壳来支承, 再传到基础, 因此炉顶和炉墙都不容易倒塌或出现裂缝, 十分安全可靠。另外, 锥底结构燃烧炉与相同直径、相同筒体高度的平底结构燃烧炉相比, 有更大的燃烧空间, 在整体结构上燃烧炉的重力能全部落在筒底周边的环形混凝土梁上, 使得锥底不受重力, 因此大大节省了炉底和基础的材料, 而且安全可靠。
(3) 燃烧炉直筒体内衬采用了防冲刷层、防穿透层及保温层等多层复合保温结构和独特的筑炉工艺, 且采用预留膨胀缝措施, 有效地避免了热量从缝中传到炉外的现象, 从而大大提高了保温效果和安全性能。
(4) 炉内的蓄热层采用新型蓄热砖体排列方式, 既保证了可燃气体和助燃空气多次反复混合接触着火燃烧和烧烬, 又消除了积灰堵塞, 从而达到长周期运行的良好效果。
(5) 采用内置式高温喷头的新型结构燃烧器, 不仅降低了合成二气的消耗量, 有效解决了燃烧炉喷头灭火及温度大幅度下降问题, 而且燃烧器本身也经久耐用不易烧坏。
2.2.2 缺点
(1) 燃烧炉的体积设计得过于庞大, 客观上增加了设备的投资费用。
(2) 燃烧炉采用上进下出结构, 不利于粒状可燃物的悬浮燃烧。
(3) 燃烧炉出口烟气中氧含量的指标控制得较高, 在一定程度上增加了合成二气的消耗量。
(4) 当燃烧炉的温度超标时, 其内的蓄热砖极易结焦, 堵塞烟道, 一方面增加了炉内阻力, 另一方面也缩短了其检修周期。
套管气回收装置 篇6
1设计概况
1.1造气工段主要设备及生产状况
造气工段建有ϕ2 650～ϕ2 800 mm的煤气发生炉16台,C600型空气鼓风机6台,每4台炉配用1台空气鼓风机,正常生产时4开2备,采用山西无烟块煤为原料制取半水煤气,年生产合成氨180 kt。合成放空气经膜分离提氢后的尾气与贮槽弛放净氨尾气混合,一道送吹风气余热回收装置助燃。
1.2设计规模
根据煤气炉的产气量计算,正常生产时最多开13～14台炉,按全部回收14台ϕ2 650～ϕ2 800 mm造气炉吹风气量的规模设计,两套装置平均回收14台造气炉的吹风气(即每套装置回收7台造气炉的吹风气量),都采用ϕ6 500 mm燃烧炉配Q60/900—25—2.45/280余锅机组回收余热流程。
1.3产汽品位
副产p=2.45 MPa、t=280 ℃过热蒸汽,并入中压蒸汽管网,供尿素生产用。
2设计基础数据的确定
2.1吹风气流量及组成
根据所提供的造气工况,经元素平衡计算,送入单套装置的吹风气平均流量为42 000 m3/h,组成如表1。
2.2合成二气流量及组成
送单套吹风气装置的合成放空提氢尾气与贮槽弛放净氨尾气流量取1 000 m3/h,具体组成如表2。
2.3吹风气、合成二气、软水温度
吹风气平均温度300 ℃,合成二气为常温,供本装置软水温度100 ℃。
3系统烟气流量及组成
经物料平衡(物料平衡表略)计算,本装置的平均烟气流量为60 000 m3/h,组成如表3。
燃烧炉出口烟气温度为900 ℃,平均副产2.45 MPa、280 ℃过热蒸汽24 t/h,系统排烟温度≤160 ℃。
4工艺及流程说明
4.1低温吹风气燃烧的基本条件
(1)创造一个高温的燃烧环境。
众所周知,如果低温吹风气(小于400 ℃)因温度低于其可燃组分的着火温度(650 ℃),就不能直接送入助燃二次空气让其燃烧,否则不但不能燃烧,反而要发生破坏性爆炸事故。
本设计使低温吹风气安全燃烧的核心,是创造并保持一个有适当容积的高温(800～950 ℃)燃烧环境(空间)——蓄热型燃烧炉(以下简称燃烧炉),让低温的吹风气(低热值)和二次空气进入该高温燃烧环境后瞬间迅速提高到600 ℃以上,燃烧放出化学反应潜热,保持燃烧炉内的高温燃烧环境。离开燃烧炉的高温烟气,再由后面的余热锅炉回收热量,产生蒸汽。即燃烧与取热必须分开,为两个独立的设备,保持燃烧炉内的高温环境,不降低燃烧炉内的温度,从而实现低温吹风气的连续安全燃烧和热量回收。适当容积的燃烧空间,是指与生产规模相匹配的燃烧空间,并非越大越好。过大了,散热损失也大,投资也大,适得其反。
(2)引入助燃气燃烧,提高和保持燃烧炉内的高温燃烧环境。
由于低温吹风气(温度250～350 ℃)燃烧后放出的化学潜热,尚不能将烟气温度提高到750 ℃以上(称750 ℃为安全燃烧温度),为此,引入10～14 MJ/m3的高热值助燃气体送入燃烧炉燃烧,使燃烧炉内温度保持在800～950 ℃的高温状态,其主要作用是创造并保持一个高温燃烧环境。
(3)预热二次风空气,以此来提高和保持燃烧炉内的高温燃烧环境。
利用引风机前的低温烟气余热将常温的二次风空气预热至150 ℃以上,然后送入燃烧炉助燃,以此来提高燃烧炉的温度,同时烟气温度也降至160 ℃以下再排入烟囱。但是,如果吹风气温度小于250 ℃,其可燃组分含量也较低,合成二气已提氢,数量和热值减少,余热锅炉又用低压锅炉(或者余热锅炉的富余能力较大),离开锅炉的烟气温度比较低,二次风空气的预热温度也低于150 ℃,在以上等等因素的影响下,就有必要设置中温空气预热器或者设置高温空气预热器,将初步预热至150 ℃的二次风空气进一步预热至350 ℃或者400 ℃,甚至更高,让其将热量带回燃烧炉,保持燃烧炉内的高温燃烧环境,实现低温吹风气的连续安全燃烧而回收其潜热。虽然此法是用高温热量在打循环,会增加一些散热损失和一台设备的投资,但这是必要和十分安全可靠的好措施。
总而言之,只有保持燃烧炉内的高温(800～950 ℃)环境,维持热量平衡,才能实现低温吹风气的连续安全燃烧,反之将带来严重的不良后果。
4.2工艺流程简述
来自造气的300 ℃低温吹风气经旋风除尘器进一步除尘后,与第二空气预热器来的400 ℃二次风空气混合后进入燃烧炉燃烧。与此同时,合成二气与第一空气预热器来的200 ℃二次风空气混合后也进入燃烧炉燃烧,生成的高温烟气依次经过第二空气预热器、余热锅炉(含过热器)、软水加热器、第一空气预热器换热后,经引风机抽送到烟囱放空。
除氧软水经过软水加热器温度由100 ℃提高到200 ℃,送入水管式余热锅炉,所产蒸汽经蒸汽过热器,并入中压蒸汽管网,供尿素生产用。
二次风机来的空气,经第一空气预热器加热到200 ℃分为两路,一路经第二空气预热器进一步提温至400 ℃与吹风气混合燃烧,另一路与合成二气经混燃器混合至燃烧炉燃烧。
工艺流程示意如图1。
说明:①为吹风气压力;②为吹风气配二次风压力;③为合成二气压力;④为合成二气配二次风压力;⑤为烟气压力;⑥为总二次风压力;⑦为过热蒸汽压力;⑧、⑨为软水压力
5有关设备设计参数
(1)旋风除尘器
ϕ2 200/ϕ3 300×13 500 mm
(2)弛放气缓冲罐
ϕ3 000×1 000 mm,P 1.6 MPa,V 70 m3
(3)安全水封、分离器
ϕ1 600×1 600×10 mm,P 5 000 Pa
(4)燃烧炉壳体
ϕ6 500×21 000×12 mm(锥顶、锥底,直筒体高15 m)
(5)第二空气预热器
烟气
流量 60 000 m3/h,压力 ±100 Pa,入口温度 900 ℃,出口温度 850 ℃。
空气
流量 16 900 m3/h,压力 5 000 Pa,入口温度 200 ℃,出口温度 400 ℃。
传热面积 45 m2。
(6)余热锅炉(含蒸汽过热器)
烟气
流量 60 000 m3/h,压力 ±100 Pa,入口温度 850 ℃,出口温度 350 ℃。
蒸汽
压力 2.45 MPa,温度 280 ℃。
补充软水温度 200 ℃,锅炉正常产汽量 24 t/h。
选用Q60/900—25—2.45/280型余热锅炉,产汽量25 t/h,烟气流量 60 000 m3/h,传热面积1 182 m2。
蒸汽过热器传热面积 14 m2。
(7)软水加热器
烟气
流量 60 000 m3/h,压力 ±1 200 Pa,入口温度 350 ℃,出口温度 190 ℃。
软水
流量 26.25 t/h,入口温度 100 ℃,出口温度 200 ℃。
传热面积 1 050 m2。
(8)第一空气预热器
烟气
流量 60 000 m3/h,压力 ±1 500 Pa,入口温度 190 ℃,出口温度 160 ℃。
空气
入口温度 常温,出口温度 200 ℃,流量 22 000 m3/h,压力 6 500 Pa。
传热面积 683 m2。
(9)二次空气风机
型号 9—26.NO11.2D
风量 24 126～36 189 m3/h
全压 7 747～7 009 Pa
配电机 Y315s
N 110 kW
转速 1 450 r/min
(10)引风机
型号 Y4-73NO18D
风量 121 830～169 910 m3/h
全压 2 908～2 790 Pa
配电机 Y355-6
N 200 kW
转速 960 r/min
6技术特性
(1)燃烧炉采用锥底和锥顶的结构,具有其独到之处。
本燃烧炉设计采用锥顶结构,它比相同直径、相同筒体高度的平顶结构燃烧炉,燃烧空间和停留时间长20%以上,其负荷也就相应提高20%以上。锥顶结构的燃烧炉,能将炉顶及炉顶内衬的重力落入钢壳来支承,再传到基础,使得炉顶和炉墙都不容易倒塌或出现裂缝,十分安全可靠。
锥底结构燃烧炉又比相同直径、相同筒体高度的平底结构燃烧炉,有更大的燃烧空间。在整体结构上,燃烧炉的重力全部落在筒体周边的环形混凝土梁上,使得锥底不承受重力,因此可以大大节省炉底和基础的材料,而且安全可靠。
(2)燃烧炉内衬质量好
内衬质量好,不产生裂缝,就能保证设备长周期安全运行,同时又是提高燃烧炉内温度及烟气出炉温度的最有效办法,否则,将会有安全隐患。热量从裂缝传出炉外,也增大了散热损失。本内衬设计采用预留膨胀缝措施,能避免产生裂缝,膨胀缝内填满硅酸铝纤维材料,热量不能从缝中传到炉外,从而大大提高了保温效果和安全性能。
(3)采用新型的蓄热砖体排列方式
新型的蓄热砖体排列方式,既能保证可燃气体和助燃气体(空气)多次反复混合接触,着火燃烧和烧尽,同时又能消除积灰堵塞,达到长周期运行的良好效果。
(4)选用新型结构的燃烧器
新型结构的燃烧器,能使可燃气体和助燃空气更好地混合燃烧,而燃烧器自身也经久耐用,不易烧坏。
(5)要求换热设备有较好的密封性能
锅炉、软水加热器、空气预热器等外购换热设备,要求±150 mmH2O压力(1 mmH2O柱=9.8 Pa)时不漏烟气。否则,由于引风机的抽吸,会使大量冷空气吸入系统,将大大降低烟气温度,也就降低了热量回收效果。
7技术经济指标
(1)助燃气气量1 000m3/h
(2)产汽量24t/h
(3)燃烧炉外壁温升≤45℃,炉内温度800～1 000℃
(4)烟气中烟尘含量≤100mg/m3,CO≤0.3%,O2=2%～6%
8结语
套管气回收装置 篇7
1 产生积灰的原因分析
在固定层煤气炉间歇制取半水煤气的过程中,由于各煤气炉的吹风交替进行,送入燃烧炉的吹风气经燃烧后所生成的烟气也会呈峰值和谷值规律依次通过各余热回收器,虽然烟气本身对余热回收器各换热管束表面的积灰具有强烈的吹扫作用,能将大粒度粉尘吹落到烟道底部和落灰斗内,但粒度小于10 μm的灰尘经燃烧炉高温燃烧后会变成粒度更为细小的粉尘,这些细小粉尘具有极强的吸附力,会积附在各换热管的表面及烟道顶部和两侧的炉墙上,而不会掉入烟道的底部及落灰斗内。运行时间越长,积灰就越严重。
2 积灰对系统的危害
(1)会腐蚀换热管,致使其承受力下降,从而缩短使用寿命及维修周期;
(2)会导致其吸收烟气的热量减少,降低设备的传热效率,增加助燃气的消耗量,还会造成余热锅炉产蒸汽量下降。
(3)会造成系统的排烟温度逐渐升高,不利于引风机的安全稳定运行;
(4)会导致蒸汽过热器的进口烟气温度超标,烧坏其换热管;
(5)软水加热器的换热管间因积灰堵塞,会出现局部烟气流速过高,从而造成换热管磨损及损坏现象;
(6)造成余热锅炉运行周期短、部件更换频繁,经常需要停炉检修;
(7)导致系统的微负压运行不好控制,系统阻力增大,不利于系统的安全稳定运行。
3 合理安装使用吹灰器的重要性
吹灰器用于清除空气预热器、蒸汽过热器、余热锅炉及软水加热器换热管上的积灰和结渣,从而降低燃料消耗、提高锅炉热效率、延长锅炉的维修周期、保证锅炉满负荷长周期正常运行。虽然余热锅炉及部分换热设备的底部一般都设置有落灰斗,但只能用来沉降较大颗粒的灰尘,细小的灰尘不能掉入落灰斗内,而是吸附在各换热管的表面。要解决这一问题,就必须在吹风气回收系统合理安装吹灰器,以便能及时将换热管表面的积灰吹除,从而恢复其传热性能。
4 使用吹灰器时的注意事项
为了保证吹灰器的吹灰效果,必须使用压缩空气吹灰,不宜采用饱和蒸汽吹灰。因为饱和蒸汽的水分会将灰尘粘在换热管的表面,致使灰尘难以清除。吹灰时压缩空气压力0.6～0.8 MPa,每月应吹灰5～6次。
5 安装吹灰器后系统的运行效果
能降低系统的排烟温度,一般降80～100 ℃,从而保证引风机的长周期安全稳定运行。
能增加余热锅炉的蒸汽产量,使已运行的锅炉在现有出力的基础上至少提高15%。
能提高各余热回收设备的换热效果,改善余热锅炉各部位的换热比率,进而延长蒸汽过热器的使用寿命。
各余热回收设备的换热管间不会产生积灰堵塞,避免造成系统内局部烟气流速过高从而引起各换热设备的换热管出现磨损及腐蚀情况。
6 结 语