c天然氣分子篩脫水裝置工藝設(shè)計

1、100104 m3/d天然氣分子篩脫水裝置工藝設(shè)計說明書1 概述1.1 設(shè)計要求原料氣壓力為4.5MPa，溫度30，工藝流程要求脫水后含水量在1ppm以下（質(zhì)），采用球形4A分子篩吸附脫水，已知4A分子篩的顆粒直徑為3.2mm，堆密度為660kg/m3，吸附周期采用8小時。其具體內(nèi)容如下：1. 繪制天然氣脫水工藝流程圖；2. 確定工藝流程的主要工藝參數(shù)；3. 對脫水系統(tǒng)中主要設(shè)備進行工藝計算，并確定主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸和型號。4. 確定流程中主要管線的規(guī)格（材質(zhì)、壁厚、直徑）。5. 編寫工程設(shè)計書。1.2 設(shè)計范圍分子篩吸附塔裝置導(dǎo)熱油換熱單元過濾器再生氣分離器連接管道排污放空系統(tǒng)安全閥，調(diào)壓閥

2、1.3 設(shè)計原則1) 貫徹國家建設(shè)基本方針政策，遵循國家和行業(yè)的各項技術(shù)標準、規(guī)范。2) 貫徹“安全、可靠”的指導(dǎo)思想，緊密結(jié)合上、下游工程，以保證中央處理廠安全、穩(wěn)定地運行。3) 根據(jù)高效節(jié)能、安全生產(chǎn)的原則，采用先進實用的技術(shù)和自控手段，實行現(xiàn)代化的管理模式，實現(xiàn)工藝、技術(shù)成熟可靠、節(jié)省投資、方便生產(chǎn)。4) 充分考慮環(huán)境保護，節(jié)約能源。1.4 氣質(zhì)工況及處理規(guī)模氣體處理規(guī)模：100104 m3/d原料氣壓力：4.5 MPa原料氣溫度：30 脫水后含水量：1 ppm天然氣氣質(zhì)組成見表1-1。 表1-1 天然氣組成表（干基）組分H2HeN2CO2C1C2mol%0.0970.0520.550.

3、02694.5953.305組分C3iC4nC4iC5nC5C6+mol%0.730.1210.1560.0560.0520.2621.5 分子篩脫水工藝流程1.5.1 流程選擇本裝置所處理的濕凈化氣流量為100104m3/d（20、101.325kPa標準狀態(tài)下）。對于這樣規(guī)模較大的分子篩脫水裝置，可以采用2個吸附塔或3個吸附塔兩種方案（分別簡稱兩塔方案、三塔方案）。而相同工藝不同方案的操作情況與投資數(shù)據(jù)卻完全不同，現(xiàn)將兩塔方案、三塔方案的操作情況與投資情況進行比較，從而選擇出最佳方案。在兩塔流程中，一塔進行脫水操作，另一塔進行吸附劑的再生和冷卻，然后切換操作。在三塔或多塔流程中，切換的程序

4、有所不同，通常三塔流程采用一塔吸附、一塔再生、一塔冷吹同時進行。表1-2 三塔方案（常規(guī)）時間分配表吸附器08h816h1624h分子篩脫水塔A吸附加熱冷卻分子篩脫水塔B冷卻吸附加熱分子篩脫水塔C加熱冷卻吸附由表1-1可以看出，在三塔方案中，加熱爐連續(xù)工作，并且冷吹再生時間長，期間的加熱、冷卻功率相對較小，三塔流程靈活性較高。表1-3 兩塔方案（常規(guī)）時間分配表吸附器08h816h分子篩脫水塔A吸附加熱/冷卻分子篩脫水塔B加熱/冷卻吸附由表1-2可以看出，分子篩兩塔脫水裝置運行時，始終保持一塔處于吸附狀態(tài)，另一塔處于再生狀態(tài)。因此，加熱爐操作不連續(xù)，點火、停爐頻繁，不利于裝置的長周期正常、平穩(wěn)

5、運行，且會造成一定的熱損失。但兩塔流程簡單，其吸附時間增長，能耗大大降低。兩塔流程較三塔流程減少1座吸附塔，大大節(jié)約了設(shè)備采購費用。由于設(shè)備數(shù)量的減少，操作維護費用也將大大降低。同時，由于減少了設(shè)備、工藝管線的數(shù)量，實際上也相應(yīng)削減了管線、設(shè)備穿孔泄露的風(fēng)險，提高了安全可靠性。且吸附、再生、冷卻過程為密閉過程，對環(huán)境污染少。兩塔流程由裝填有分子篩的兩個塔組成,假設(shè)塔2在進行干燥,塔1在進行再生。在再生期間,所有被吸附的物質(zhì)通過加熱而被脫吸,為該塔的下一個吸附周期作準備。濕原料氣一般經(jīng)原料氣過濾分離器,除去攜帶的液滴后自上而下地進入分子篩脫水塔(塔2),進行脫水吸附過程。脫除水后的干氣一般經(jīng)產(chǎn)品

6、氣粉塵過濾器除去分子篩粉塵后,作為本裝置產(chǎn)品氣輸送出去。 且選用兩塔流程仍有擴建空間。若以后天然氣處理量逐步增大，可能導(dǎo)致分子篩床層內(nèi)氣體流速增大，部分分子篩被擊碎，并被原料氣攜帶進入粉塵過濾器，造成粉塵過濾器濾網(wǎng)堵塞，裝置運行不平穩(wěn)。則可對分子篩脫水工藝流程進行改造，在原兩塔的基礎(chǔ)上增加一臺同規(guī)格的分子篩干燥塔，將“兩塔流程”改為“三塔流程”，同時增加配套的自控系統(tǒng)，以完成擴建。因此，本設(shè)計中采取分子篩兩塔吸附脫水流程。1.5.2分子篩脫水工藝流程介紹附圖1為吸附法脫水流程。原料氣自上而下流過分子篩吸附塔進行吸附脫水，脫水后的干氣含水小于1 ppm，分子篩出口原料氣經(jīng)分子篩出口過濾器除去其中

7、夾帶的分子篩粉塵和雜質(zhì)后進制冷單元。分子篩干燥器采用兩塔操作流程，8小時自動切換1次，原料氣切換到已再生完畢的分子篩吸附塔進行吸附脫水，水飽和的吸附塔經(jīng)再生、冷吹完成再生過程。再生氣可以用干氣或原料氣，將氣體用熱油導(dǎo)熱的方式進行加熱，加熱到一定溫度后，進入吸附塔再生。當床層出口氣體溫度升至預(yù)定溫度后，則再生完畢。此時將加熱器停用，再生氣經(jīng)旁通入吸附塔，用于冷卻再生床層。當床層溫度冷卻到要求溫度時又可開始下一循環(huán)的吸附。吸附塔出再生氣經(jīng)再生氣冷卻器冷卻，進入再生氣分離器，分出游離水后作為生活及裝置用氣。吸附操作時塔內(nèi)氣體流速最大，氣體從上向下流動，這樣可使吸附劑床層穩(wěn)定，不致動蕩。再生時，氣體從

8、下向上流動，一方面可以脫除靠近進口端被吸附的物質(zhì)，并且不使其流過整個床層。另外，可使床層底部干燥劑得到完全再生，因為床層底部是濕原料氣吸附干燥過程最后接觸的部位，直接影響流出床層的干燥天然氣質(zhì)量。1.6 遵循的主要標準、規(guī)范SY/T 0076-2003天然氣脫水設(shè)計規(guī)范HG/T 20570.2-95安全閥的設(shè)置和選用SY/T 0524-2008導(dǎo)熱油加熱爐系統(tǒng)規(guī)范GB/T 8163-2008輸送流體用無縫鋼管GB/T 17395-2008無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差GB 50251-2003輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范GB 50350-2005油氣集輸設(shè)計規(guī)范GB 8770-1988分子篩動態(tài)水

9、吸附測定方法GB/T 9019-2001壓力容器公稱直徑GB 150-1998鋼制壓力容器SH3098-2000石油化工塔器設(shè)計規(guī)范JB731-2008鍋爐和壓力容器用鋼板SY/T 0515-2007油氣分離器規(guī)范HGT21618-1998絲網(wǎng)除沫器2工藝參數(shù)及設(shè)備選型2.1 工藝參數(shù)優(yōu)選分子篩脫水由吸附和再生兩部分組成，吸附采用雙塔流程，再生加熱氣和冷吹氣采用干氣，加熱方式采用導(dǎo)熱油爐加熱。其主要設(shè)備由分子篩吸附器、再生氣加熱爐、再生氣冷卻器、再生氣分離器。選用4A分子篩脫水，其特性如下：分子篩粒子類型：直徑3.2mm球形分子篩的有效濕容量：8kg（水）/100kg（分子篩）分子篩堆積密度：

10、660kg/m3分子篩比熱：0.96kJ/（kg）瓷球比熱：0.88kJ/（kg）操作周期為8小時，再生加熱時間為4.5小時，再生冷卻時間為3.2小時，操作切換時間為0.3小時。加熱爐進口溫度為30，加熱爐出口溫度為275。由HYSYS軟件計算出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：原料氣壓力：4.5MPa 原料氣溫度：30床層溫度：35天然氣氣體流量：29743.34kg/h飽和含水量：34.76kg/h天然氣相對濕度：100%天然氣在4.5MPa、30下的密度：33.89kg/m3天然氣在4.5MPa、30時粘度：0.0125cP再生加熱氣進吸附器的壓力：4500kPa再生加熱氣進吸附器的溫度：260再生加熱氣

11、出吸附器的溫度：200再生氣在260、4500kPa下的密度：17.44kg/m3再生氣在260、4500kPa的熱焓：-3826kJ/kg再生氣在117.5、4500kPa的熱焓：-4226kJ/kg再生氣在275、4500kPa的熱焓：-3780kJ/kg干氣溫度：30干氣壓力：4500kPa干氣將床層冷卻到：30干氣在30、4500kPa的密度：33.88 kg/m3干氣在30、4500kPa的熱焓：-4448 kJ/kg干氣在130、4500kPa的熱焓：-4193 kJ/kg干氣在30、4500kPa下的低位熱值：49210 kJ/kg142.2 物料平衡表表2-1 100104m3

12、/d天然氣分子篩脫水裝置設(shè)計物料表物料流1234567氣體分率11110.9825 10溫度，3035302603029.87 29.87 壓力，KPa4500450045004500448044504450摩爾流量,kmol/h1736.8351734.903 180.8180.8180.8177.628 3.172 質(zhì)量流量，kg/h29743.35 29708.55 3096.03 3096.03 3099.03 3041.89 57.14 液體體積流量,m3/h95.65 95.61 9.96 9.96 9.84 9.78 0.06 熱流量，kJ/h-1.33E+08-1.32E+08

13、-1.38E+07-1.18E+07-1.45E+07-1.36E+07-9.06E+05質(zhì)量密度,kg/m317.125 17.124 17.124 17.124 17.141 17.125 18.015 分子量33.89 33.13 33.88 17.44 34.33 33.49 1005.01 壓縮因子0.9023 0.9079 0.9023 0.9968 0.9031 0.0317 粘度,cp0.0125 0.0126 0.0125 0.0184 0.0124 0.7995 組成（mol%）氫氣0.0969 0.0970 0.0970 0.0970 0.0952 0. 0969 0.

14、0000 氦氣0.0519 0.0520 0.0520 0.0520 0.0510 0. 0519 0. 0000 氮氣 0.05494 0.5500 0.5500 0.5500 0. 5397 0. 5494 0. 0003 二氧化碳0.0260 0.0260 0.0260 0.0260 0.0255 0. 0260 0. 0004 甲烷94.4898 94.5950 94.5950 94.5950 92.8320 94.4896 0. 0000 乙烷3.3013 3.3050 3.3050 3.3050 3.2434 3.3013 0. 0000 丙烷0.7292 0.7300 0.730

15、0 0.7300 0. 7164 0. 7292 0.0000 異丁烷0.1209 0.1210 0.1210 0.1210 0. 1187 0. 1209 0. 0000 正丁烷0.1558 0.1560 0.1560 0.1560 0. 1531 0. 1558 0. 0000 異戊烷0.0559 0.0560 0.0560 0.0560 0. 0550 0. 0559 0. 0000 正戊烷0.0519 0.0520 0.0520 0.0520 0. 0510 0. 0519 0. 0000 正己烷0.2597 0.2600 0.2600 0.2600 0. 2552 0. 2597 0

16、. 0000 水0.1112 0.0000 0.00000.0000 1.8637 0. 1114 99.9993 2.3分子篩吸附器的選型 分子篩脫水屬于吸附法脫水，一般用于水露點要求控制較低的場合，其露點深度可達到-90，保證含水量在1ppm以下。分子篩脫水有兩塔和三塔流程之分。由于分子篩的吸附和再生過程中的溫度壓力的循環(huán)變化，分子篩干燥器的設(shè)計制造要求嚴格，成本較高。運行一段時問后，分子篩出口氣體中往往攜帶分子篩粉塵，可利用多濾芯的粉塵過濾器凈化天然氣。氣體從外表面進入濾芯，雜質(zhì)被阻擋在濾體表面和內(nèi)部，在濾芯表面形成一層均勻的濾餅，由于顆粒的架橋效應(yīng)，而進一步提高了過濾精度。生產(chǎn)實踐中，

17、工廠技術(shù)人員可根據(jù)氣質(zhì)條件及運行時問長短來決定濾芯更換頻率。 表2-2 吸附器計算選型結(jié)果表 吸附器內(nèi)徑（mm）DN1600 設(shè)計壓力（MPa）5設(shè)計溫度（）300床層高度（mm）3700筒體壁厚（mm）39筒體材料16MnR（Q345R）操作周期（h）8（再生加熱時間4.5，冷吹時間3.2，切換時間0.3）封頭類型橢圓式封頭類型立式筒體高度（mm）4500分子篩類型4A條形分子篩裝填順序由下至上分子篩厚度（mm） 2500封頭內(nèi)徑（mm）1600材料16MnR低合金壓力容器用鋼厚度（mm）12質(zhì)量（kg）276.37裙座類型圓筒形裙座質(zhì)量（kg）473.7壁厚（mm）12外徑（mm）1624

18、高度（m）12.4粉塵過濾器的選型 吸附塔單元后，設(shè)置粉塵過濾器，對天然氣進行精細過濾，除去粒徑1 m的塵埃等。精細過濾設(shè)備選擇由多層高密度網(wǎng)格材料形成的、兼?zhèn)浜穸刃秃婉薨櫺吞攸c的聚結(jié)濾芯，考慮到不同大小的雜質(zhì)在氣流中表現(xiàn)出的不同特性(較大的顆粒呈直線運動，較小的顆粒做布朗運動)，采用篩、擋和阻的方式，捕捉雜質(zhì)微粒。在氣質(zhì)惡化或長時問運行后，濾芯的壓差會上升得很快，達到一定值時，就必須及時更換濾芯。在設(shè)備人口處設(shè)置隔離擋板，避免進入設(shè)備的氣體接觸到已分離出的液體，并減少液體被重新帶人氣體中的機會。減少已分離液體的攜帶量是提高分離效率的有益補充。本設(shè)計采用兩個SBFQ系列型粉塵過濾器并聯(lián)使用。S

19、BFQ型氣體過濾器是一種新型、高效氣體除塵設(shè)備，廣泛用于石油、天然氣工業(yè)部門一般含塵量的氣體主管線和旁通管。亦是城市天然氣、煤制氣輸配系統(tǒng)安全、可靠運行不可缺少的氣體凈化設(shè)備。具有結(jié)構(gòu)先進、除塵效率高、操作維護方便等優(yōu)點。選型結(jié)果見表2-3。表2-3粉塵過濾器規(guī)格設(shè)備名稱工藝參數(shù)及幾何尺寸粉塵過濾器工作溫度，30工作壓力，kPa4500氣體體積流量，m3/h896.8過濾精度，m5過濾器計算截面積，m20.097過濾器選用外徑，mm300過濾器型號SBFQ 300-4.5/5 C2.5再生氣加熱爐的選取本設(shè)計主要采用導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)進行加熱。導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)以導(dǎo)熱油為載熱體。導(dǎo)熱油在爐中加熱后,利

20、用熱油泵將其送給各用熱設(shè)備,再返回爐中重新加熱,從而形成閉路循環(huán)。導(dǎo)熱油作為工業(yè)傳熱介質(zhì)具有以下特點：在幾乎常壓的條件下，可以獲得很高的操作溫度。即可以大大降低高溫加熱系統(tǒng)的操作壓力和安全要求，提高了系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性；可以在更寬的溫度范圍內(nèi)滿足不同溫度加熱、冷卻的工藝需求，或在同一個系統(tǒng)中用同一種導(dǎo)熱油同時實現(xiàn)高溫加熱和低溫冷卻的工藝要求。即可以降低系統(tǒng)和操作的復(fù)雜性；省略了水處理系統(tǒng)和設(shè)備，提高了系統(tǒng)熱效率，減少了設(shè)備和管線的維護工作量。即可以減少加熱系統(tǒng)的初投資和操作費用；在事故原因引起系統(tǒng)泄漏的情況下，導(dǎo)熱油與明火相遇時有可能發(fā)生燃燒，這是導(dǎo)熱油系統(tǒng)與水蒸氣系統(tǒng)相比所存在的問題。但在不

21、發(fā)生泄漏的條件下，由于導(dǎo)熱油系統(tǒng)在低壓條件下工作，故其操作安全性要高于水和蒸汽系統(tǒng)。2.5.1 工藝流程 主要設(shè)備有：導(dǎo)熱油爐、熱油主循環(huán)泵、熱油輔循環(huán)泵、膨脹罐。整個供熱系統(tǒng)主要由導(dǎo)熱油爐、燃燒器、膨脹罐、儲油罐、熱油循環(huán)泵、供熱管網(wǎng)和熱用戶組成。其加熱原理是燃料經(jīng)燃燒器充分燃燒后產(chǎn)生的高溫火焰和煙氣，通過輻射和對流方式加熱爐管中的導(dǎo)熱油，熱油達到設(shè)定的溫度后在主循環(huán)泵的驅(qū)動下將熱能帶出，一部分以液相方式直接輸至再生氣加熱器加熱再生氣，另一部分則通過溫度控制流量調(diào)節(jié)閥與回流低溫?zé)嵊蜏p溫混合達到低溫位熱用戶其中低溫位系統(tǒng)設(shè)獨立的熱油輔循環(huán)泵提供系統(tǒng)循環(huán)動力。該系統(tǒng)中各工藝用熱設(shè)備內(nèi)的導(dǎo)熱油以自

22、身的顯熱方式與用戶進行熱交換，梯級利用后，經(jīng)熱油主循環(huán)泵回輸至導(dǎo)熱油爐繼續(xù)加熱，形成一個完整的閉合回路，往復(fù)循環(huán)使用。導(dǎo)熱油受熱膨脹時的體積增加量由膨脹罐來吸收，儲油罐主要是用來存儲系統(tǒng)導(dǎo)熱油和接收膨脹罐溢流出的導(dǎo)熱油。2.5.2導(dǎo)熱油的選型導(dǎo)熱油爐的流速，國外文獻推薦為24m/s。由于油品儲運加熱系統(tǒng)負荷波動較大，因此要求在導(dǎo)熱油供回油管道上設(shè)一旁通閥或壓控閥組，當外界負荷降低時，導(dǎo)熱油的循環(huán)量下降，為了保證導(dǎo)熱油爐內(nèi)的流速，可打開旁通閥或壓控閥組，將一部分導(dǎo)熱油通過旁路回到導(dǎo)熱油爐，以增加進入爐內(nèi)的導(dǎo)熱油流量。國內(nèi)目前設(shè)計導(dǎo)熱油流速一般取2.53m/s，此設(shè)計中取導(dǎo)熱油流速為3m/s，經(jīng)比

23、較YDX系列，X6D系列，JD系列導(dǎo)熱油的比熱，密度及熱功率后，導(dǎo)熱油型號選擇YD325導(dǎo)熱油，因為它的比熱更大，密度較輕且發(fā)熱功率更大。表2-4導(dǎo)熱油系統(tǒng)選型結(jié)果表導(dǎo)熱油爐型號QX1.2（125）-Y/Q-1200KW導(dǎo)熱油型號YD325導(dǎo)熱油流速（m/s）3總循環(huán)油量（m3/h）32.6 另附導(dǎo)熱油爐QX1.2（125）-Y/Q-1200KW和導(dǎo)熱油YD325的技術(shù)參數(shù)：表2-5導(dǎo)熱油爐技術(shù)參數(shù) 參數(shù)設(shè)備名稱額定熱功率(MW)熱效率(%)設(shè)計壓力（MPa）最高介質(zhì)溫度（）循環(huán)油量（m3/h）QX1.2(100)-Y/Q1.280135065表2-6 YD325導(dǎo)熱油工藝參數(shù)表 溫度（）物理

24、特性50100150200250300350密度（kg/m3）1007972936910874845821比熱C(kJ/kg)1.8842.06662.23952.41242.58532.75832.896熱功率（MW）1.65732.6 再生氣分離器的選型 根據(jù)100萬方分子篩脫水工藝流程圖，本裝置中含有一個再生氣分離器，其中液量較少，從經(jīng)濟效益出發(fā)，選用立式重力分離器。計算結(jié)果及選型結(jié)果見表2-7。 表2-7 再生分離器計算結(jié)果及選型結(jié)果 設(shè)備名稱工藝參數(shù)及幾何尺寸再生氣分離器原始數(shù)據(jù)操作溫度，30操作壓力，MPa4.48 工況下氣體流量，m/s0.0251工況下氣相密度，kg/m333.

25、85工況下液相密度，kg/m31005工況下氣體粘度，mPas0.01247工況下氣體的壓縮因子0.9025型式立式重力式計算值f（Re2）0.00274阻力系數(shù)54液滴沉降速度，m/s0.026分離器直徑計算值，m0.039捕霧器氣流允許速度，m/s0.43捕霧器面積計算值，m20.059續(xù)表2-7設(shè)備名稱再生氣分離器選用值選用公稱直徑，mm600筒體長度，mm1800捕霧器厚度，mm150材質(zhì)16MnR型號LE0.61.8-4.48/2有效容積，m30.62.7安全閥的選型 根據(jù)HG/T 20570.2-95安全閥的設(shè)置和選用和油氣田常用閥門手冊選用A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥。其

26、主要參數(shù)如表2-8：表2-7 再生分離器計算結(jié)果及選型結(jié)果 設(shè)備名稱工藝參數(shù)及幾何尺寸再生氣分離器原始數(shù)據(jù)操作溫度，30操作壓力，MPa4.48 工況下氣體流量，m/s0.0251工況下氣相密度，kg/m333.85工況下液相密度，kg/m31005工況下氣體粘度，mPas0.01247工況下氣體的壓縮因子0.9025型式立式重力式安全閥類型A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥泄放量（kg/h）29743.34開啟壓力（MPa）4.95MPa通道截面積（mm2）826公稱通徑（mm）DN35公稱壓力（MPa）6.4安全閥類型A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥泄放量，kg/h29743.34開

27、啟壓力，MPa4.95MPa 通道截面積，mm2826公稱通徑，mmDN35公稱壓力，MPa6.4表2-12 安全閥的選型結(jié)果2.8管線的選型 按照輸送流體用無縫鋼管（GB/T 8163-2008），選擇系統(tǒng)內(nèi)用無縫鋼管管材為無縫鋼管20號。s 為245MP。則可根據(jù)無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差（GB/T 17395-2008）選擇較為合適的無縫鋼管外徑及標準壁厚。管線選型結(jié)果如表2-9所示。表2-9 管線選型結(jié)果管線原料氣進塔管線原料氣出塔管線再生氣進塔管線再生氣出爐管線再生氣出塔管線再生氣進分離器管線再生氣出分離器氣相管線再生氣出分離器液相管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流體介質(zhì)天然氣天然氣天然氣天然氣

28、天然氣天然氣天然氣水設(shè)計溫度，505050250250505050設(shè)計壓力，Mpa55555555工況下的輸量，m3/s0.24380.24910.02540.04930.04340.02550.02521.6E-05經(jīng)濟流速，m/s101010101010101計算數(shù)據(jù)計算管線內(nèi)徑,mm17717857807557574.5計算管線壁厚，mm4.154.172.032.442.352.042.061.1計算管線外徑，mm185.3186.3461.0684.8879.761.0861.126.7選型結(jié)果選取管線外徑，mm19019060898960608選取管線壁厚，mm772.2442.2

29、2.21.7管線規(guī)格19071907602.2894894602.2602.2101.5管線材質(zhì)無縫鋼管20#無縫鋼管20#無縫鋼管20#無縫鋼管20#無縫鋼管20#無縫鋼管20#無縫鋼管20#無縫鋼管20#實際流速，m/s10.0310.2410.479.578.4310.5110.590.96100104 m3/d天然氣分子篩脫水裝置工藝設(shè)計說明書2.9 材料設(shè)備表 表2-10 材料設(shè)備附表序號名稱及規(guī)格單位數(shù)量一工藝設(shè)備1埋地臥式儲油罐15 m3個330 m3個12立式重力分離器個13天然氣壓縮機個14籃式過濾器SBL14臺25污水罐 座16調(diào)壓計量撬裝套17高壓儲氣井口68臥裝籃式過濾

30、器SBL-W臺19調(diào)壓器1/- NPT- 627 PN4.0MPa臺11/- NPT- HSR PN1.6MPa臺110配套閥門管線套1二閥門1不銹鋼閘閥Z41W PN1.6 DN80只10Z41W PN1.6 DN20只102高壓閘閥Z41H-40C PN25 DN25只223高壓焊接球閥PN25 DN25只204焊接球閥PN1.6 DN14只13PN1.6 DN16只8PN1.6 DN18只8續(xù)表2-10序號名稱及規(guī)格單位數(shù)量PN1.6 DN20只45安全閥A42Y-16C PN1.6 DN80 只1A42Y-320 PN25 DN25只26不銹鋼螺紋截止閥PN1.6 DN 80只5三儀表

31、1不銹鋼雙金屬溫度計（徑向）測量范圍：0400只12全不銹鋼壓力表Y-50B-Z 測量范圍-0.10.9MPa只8Y-100B 測量范圍-0.140MPa只83 計算書3.1 吸附計算3.1.1 吸附器直徑計算通過HYSYS軟件，已知處理量為1736.8kmol/h原料氣在4500kPa、30的飽和含水量為0.1112%（摩爾分數(shù)）。按全部脫去考慮，需脫水量：。吸附周期T=8h，總共脫水：。操作條件（30，4.5MPa）下氣體體積流量：Q=877.74m3/h操作條件（30，4.5MPa）下氣體質(zhì)量流量：。已知分子篩密度，分子篩。即可根據(jù)雷督克斯的半經(jīng)驗公式求得吸附塔直徑，半經(jīng)驗公式如下： (

32、3.1)式中 G允許的氣體質(zhì)量流速，； C系數(shù)，氣體自上向下流動，取0.250.32；自下向上流動，取0.167； 分子篩的堆密度，kg/； 氣體在操作條件下的密度，kg/； Dp分子篩的平均直徑（球形）或當量直徑（條形），m。已知分子篩密度，分子篩 。 因此，吸附塔的截面積：。直徑：，取1600mm，則F=2.0096m2。3.1.2 吸附器高徑比計算分子篩有效吸附容量取8kg（水）/100kg（分子篩）吸附塔需裝分子篩：則分子篩的體積為：V取20%的裕量，1.2V=1.25.44=6.528m3床層高：，取3.2m，高徑比約。3.1.3 吸附傳質(zhì)區(qū)長度hz的計算由天然氣脫水設(shè)計規(guī)范： (3

33、.2)式中 Hz吸附傳質(zhì)區(qū)長度，m； A系數(shù)，分子篩A=0.6，硅膠A=1，活性氧化鋁A=0.8； q床層截面積的水負荷，； vg空塔線速，m/min； 進吸附塔氣體相對濕度，%。q = 34.76/2.0096 = 17.30氣體流速: 可見，無論是床層界面的水負荷或空塔流速都無問題，hT都大于2hz。3.1.4 吸附劑的有效吸附容量校核由天然氣脫水設(shè)計規(guī)范： (3.3)式中 X吸附劑的有效吸附容量，kg水/100kg吸附劑； Xs動態(tài)平衡濕容量，kg水/100kg吸附劑； HT吸附塔床層高度，m； hz傳質(zhì)區(qū)長度，m。 （kg水/kg分子篩）吸附劑的動態(tài)平衡濕容量XS大于吸附劑的有效吸附容

34、量（X=8%)，則分子篩床層高度滿足要求。3.1.5 轉(zhuǎn)效點計算由天然氣脫水設(shè)計規(guī)范： (3.4)式中 B到達轉(zhuǎn)效點時間，h； b分子篩的堆密度，kg/； x選用的分子篩有效吸附容量，%； hT整個床層長度，m； q床層截面積的水負荷，。 b=660kg/；x=8%；hT=3.2m；q=17.30 8h, 符合設(shè)計要求。3.1.6 吸附塔壓力降計算由天然氣脫水設(shè)計規(guī)范：計算式如下： (3.5)式中 P壓降，kPa； L床層高度，m； 氣體粘度，mPas； vg氣體流速，m/min； g氣體操作狀態(tài)下的密度，kg/。分子篩選用3.2mm直徑球形，查得則B=4.155，C=0.00135。溫度30

35、，壓力4500kPa的操作條件下，已知g=33.89kg/，=0.0125mPas， 氣體流速vg=7.278m/min。 規(guī)范規(guī)定吸附時氣體通過床層的壓降宜小于等于0.035MPa，不宜高于0.055MPa，否則應(yīng)重新調(diào)整空塔氣速。此處所算壓降滿足規(guī)范要求，無須重新調(diào)整空塔氣速。再生加熱和冷卻時壓降都很小，可不計算。3.1.7 吸附器安全閥的計算根據(jù)HG/T 20570.2-95安全閥的設(shè)置和選用計算：(1) 安全閥的泄放量安全閥的泄放量應(yīng)根據(jù)具體工藝過程來確定。本設(shè)計安全閥的泄放量均認為單位時間內(nèi)流過設(shè)備的氣體質(zhì)量流量，即Gg=。(2) 安全閥的設(shè)定壓力（或開啟壓力）安全閥開始起跳時的進口

36、壓力稱為安全閥的開啟壓力或設(shè)定壓力。它應(yīng)等于或小于受壓設(shè)備或管道的設(shè)計壓力?？砂聪旅娣椒ù_定：當P1.8MPa時，P0=P+0.18MPa當1.8MPa7.5MPa時，P0=1.05P (3.6)式中 P被保護設(shè)備或管道操作絕對壓力，MPa； P0安全閥設(shè)定壓力，MPa吸附塔操作壓力P=4.5MPa，由于1.8MPaP7.5MPa，則： (3) 超壓在泄放過程中，安全閥入口處的壓力超過設(shè)定壓力的部分。用P表示。對于安裝在無火壓力容器上的安全閥：P=0.1P=0.45MPa(4) 泄放壓力安全閥的閥芯升到最大高度后閥入口處的壓力。泄放壓力等于設(shè)定壓力加超壓。在工藝流程中，最高泄放壓力可按下式確定

37、： (3.7)式中 Pm安全閥最高泄放壓力，MPa； P0安全閥設(shè)定壓力，MPa； P安全閥超壓，MPa。Pm=4.95+0.45=5.4MPa(5) 背壓作用在安全閥出口處的壓力。背壓分為靜背壓和動背壓。靜背壓是指安全閥未起跳時閥出口處的壓力；動背壓是指安全閥起跳后，由于流體的流動引起的摩擦壓力降值。背壓一般應(yīng)小于氣體的臨界流動壓力值，氣體臨界壓縮比可按下式計算： (3.8)式中 c氣體臨界壓縮比； k氣體絕熱指數(shù)，可取1.21.4。如果背壓滿足式，則為臨界流動，否則為亞臨界流動。(6) 安全閥通道截面積氣體在臨界流動條件下的最小泄放面積： (3.9)式中 A最小泄放面積，mm2； W質(zhì)量泄

38、放流量，kg/h； C0流量系數(shù)，由制造廠提供，若沒有制造廠的數(shù)據(jù)，則取C0=0.975； X氣體特性系數(shù)，,k為絕熱系數(shù)； P泄放壓力，MPa； Kb背壓修正系數(shù)，對于彈簧式安全閥Kb=1.0； T泄放溫度，K； Z氣體壓縮因子； M分子量。在4500kPa、30工作條件下，查HYSYS軟件可得k=1.444，則： 安全閥的直徑： 根據(jù)油氣田常用閥門手冊選用A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥，公稱通徑DN35mm，公稱壓力6.4MPa。3.2 吸附塔的壁厚計算及選型3.2.1 吸附塔壁厚計算 根據(jù)吸附器設(shè)計壓力及溫度，吸附器材質(zhì)選用16MnR(Q345R)。根據(jù)分子篩床層高度初步估計計算圓

39、筒有效高度為5.5m。設(shè)計壓力Pc=5MPa（略高于安全閥開啟壓力），設(shè)計溫度Tc=300根據(jù)JB731-2008鍋爐和壓力容器用鋼板查得設(shè)計溫度下材質(zhì)的許用應(yīng)力=143MPa，其密度為7850kg/m3。吸附塔壁有下列公式計算： (3.10)式中 吸附塔的壁厚，mm；Pc設(shè)計壓力，MPa；Di吸附塔管內(nèi)徑，mm； 合金鋼的最大許用應(yīng)力，MPa； 焊縫系數(shù)，無縫鋼管取0.9，焊接鋼管取0.8； C1鋼板負偏差，取0.8mm； C2吸附塔腐蝕裕量，取1mm。 mm，向上圓整后取34mm。3.2.2 分子篩吸附塔的壁厚校核分子篩吸附塔名義壁厚為34mm，有效壁厚：=34-0.8-1=32.2mm。

40、反算出吸附塔最大允許工作壓力為： 3.2.3吸附塔封頭、裙座選型計算分子篩吸附器為立式容器，筒體兩焊縫間距離為4500 mm，兩端采用標準橢圓封頭，被支承在裙式支座上。分子篩吸附器內(nèi)盛裝分子篩脫水填料，裝填順序為由下至上，4A條形分子篩裝填厚度為2500 mm。在分子篩的上部和下部均裝有直徑為20 mm的瓷球，厚度分別為200 mm。在分子篩與瓷球之間設(shè)置兩層10目/寸不銹鋼絲網(wǎng)盤。該盤為分體組裝式，可以由人孔裝入或拆除。在分子篩的底部設(shè)置了支持格柵，該格柵有足夠的通氣面積和支持強度。吸附器封頭：根據(jù)橢圓形封頭（JB/T 4737-95），吸附器內(nèi)徑為1600 mm時，選擇封頭性質(zhì)如表3-1所

41、示。封頭材料選為16MnR低合金壓力容器用鋼，則封頭厚度為12mm，封頭質(zhì)量為276.37kg。表3-1 封頭性質(zhì) 公稱直徑DNmm曲面高度h1mm直邊高度h2mm厚度mm內(nèi)表面積A2m2容積Vm3質(zhì)量mkg碳素鋼低合金鋼復(fù)合鋼板高合金鋼16004004010102.97610.6166229.631212276.371414323.401616370.701818418.27裙座：根據(jù)石油化工塔器設(shè)計規(guī)范（SH/T 3098-2000），選擇圓筒形裙座。其外徑與封頭外徑相等，即1600+212=1624 mm，壁厚取為12mm，高為1.5m。封頭切線至裙座筒體上端的距離58mm。吸附器高度：

42、根據(jù)天然氣脫水設(shè)計規(guī)范（SY 0076-2003），分子篩吸附器為立式容器。根據(jù)塔器設(shè)計技術(shù)規(guī)范（HG 20652-1998），吸附器高度H包括填料層高度，氣體分布器、氣體進出口所需高度，塔頂部、底部空間高度以及裙座高度等。吸附塔內(nèi)部由柵板支撐床層，該柵板有足夠的通氣面積和支持強度，頂部裝有防護網(wǎng)。分子篩吸附器內(nèi)盛裝分子篩脫水填料，裝填順序為由下至上，4A條形分子篩裝填厚度為2500 mm。在分子篩的上部和下部均裝有直徑為20mm的瓷球，厚度均為200 mm。在分子篩與瓷球之間設(shè)置兩層10目/寸不銹鋼絲網(wǎng)盤。該盤為分體組裝式，可以由人孔裝入或拆除。在分子篩的底部設(shè)置了支持格柵，該格柵有足夠的通

43、氣面積和支持強度。預(yù)留塔頂、部底部空間后，初步設(shè)定筒體兩焊縫間距離（筒體有效高度）為5500 mm。兩端采用標準橢圓封頭如表2-5所示，封頭高度為2（400+40）=880 mm。吸附器被支承在圓筒形裙式支座上，可估算吸附塔總高H=7880 mm。進料口：鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計（HG 20583-1998）規(guī)定，進料口(人孔DN500)和卸料口分別置于上封頭和筒體上。在卸料口處設(shè)置操作平臺以方便填料的更換。進氣口設(shè)置在設(shè)備的頂部，為使進氣分布均勻，在進口處設(shè)置分布頭。通過以上計算，分子篩吸附塔塔體選型結(jié)果如下：吸附器設(shè)計壓力：5 MPa吸附器設(shè)計溫度：300 吸附器床層高度：3200 mm吸附器

44、內(nèi)徑： 1600 mm 吸附器筒體壁厚：34mm吸附器筒體材料：16MnR（Q345R）鋼板封頭形式：橢圓形封頭封頭壁厚：12mm封頭材料:16MnR（Q345R）鋼板裙座高：1500mm裙座壁厚：12mm裙座材料：16MnR（Q345R）鋼板3.2.4 應(yīng)力校核 徑向應(yīng)力： 環(huán)向應(yīng)力： 符合設(shè)計要求。3.2.5 質(zhì)量估算根據(jù)初步估計計算（附件包括梯子平臺預(yù)焊件、對焊鋼法蘭、加厚接管、垂直吊蓋對焊法蘭人孔、不銹鋼絲、絲網(wǎng)、柵板、支持圈、支持板等）圓筒有效高度的質(zhì)量計算： (3.11) 封頭質(zhì)量：2m=552.74kg附件質(zhì)量：m=0.25（圓筒質(zhì)量+封頭質(zhì)量+裙座質(zhì)量）=2255.4kg裙座質(zhì)

45、量： （3.11） 鋼材總質(zhì)量為：m1=11277.7kg分子篩質(zhì)量計算： 瓷球重量計算：床層上下各鋪200mm瓷球，瓷球堆密度2500kg/m3 3.3 再生計算3.3.1 再生熱負荷計算用貧干氣加熱，進吸附器溫度260 ，分子篩床層吸附終了后溫度=35 (即床層溫升5 )，再生加熱氣出吸附器溫度200 ，床層再生溫度是，預(yù)先計算在230 時，分子篩比熱0.96 kJ/（kg），鋼材比熱0.5 kJ/(kg.)，瓷球比熱0.88 kJ/（kg）。再生氣在260、1733.72 kPa的熱焓：-3776.58 kJ/kg，再生氣在115 、1733.72 kPa的熱焓：-4167.30 kJ/

46、kg。再生熱負荷計算如下：再生加熱所需的熱量為Q，則： (3.12)式中 Q1加熱分子篩的熱量，kJ； Q2加熱吸附器本身（鋼材）的熱量，kJ； Q3脫附吸附水的熱量，kJ； Q4加熱鋪墊的瓷球的熱量，kJ。所以： 加10%的熱損失， 設(shè)再生加熱時間t=4.5小時，每小時加熱量為： 3.3.2 再生氣量計算再生氣出口平均溫度，壓力4500kPa，其熱焓為-4226 kJ/kg。再生氣在260、4500kPa的熱焓：-3826kJ/kg。每千克再生氣給出熱量： kJ/kg每小時需再生氣量： kg/h 換算成標準條件下（20，101.325kPa）的體積流量為 2913.7m3/h。 加熱氣所需面

47、積效核：再生加熱氣4500kPa，260下的g=17.44kg/m3，氣體從下往上流則C取0.167，加熱氣允許質(zhì)量流量： kg/（m2s）再生加熱氣所需面積： m2吸附器的床層面積為2.0096m2，所以滿足要求。3.3.3 冷卻氣量計算將床層溫度自230冷卻到30，則冷卻熱負荷如下： kJ kJ kJ 加上10的裕量： kJ 設(shè)冷卻時間3.2小時，每小時移去熱量kJ/h。 冷卻氣進口溫度30，壓力4500kPa，其熱焓為-4448 kJ/kg。而出口平均溫度 ,壓力4500 kPa，其熱焓為-4193 kJ/kg。 每千克再生氣給出熱量： kJ/kg 每小時需冷卻氣量： kg/h 換算成標準條件下（20，101.325kPa）的體積流量為 4336.8m3/h。 冷卻氣所需面積效核：冷卻氣4500kPa，30下的g為33.88 kg/m3，氣體從下往上流則C取0.167，加熱氣允許質(zhì)量流量： kg/（m2s） 再生加熱氣所需面積： m2吸附器的床層面積為2.0096 m2，所以滿足要求。 冷吹氣量和熱吹氣量不等。實際操作中考慮到氣量波動，為了使裝置操作平穩(wěn)，冷吹氣量和熱