天然氣分子篩脫水裝置工藝設(shè)計(jì)說明書

1 天然氣分子篩脫水裝置工藝設(shè)計(jì)說明書 1 概述 設(shè)計(jì)要求 原料氣壓力為 度 30，工藝流程要求脫水后含水量在 1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 密度為660kg/附周期采用 8 小時(shí)。 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(jìn)行工藝計(jì)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(jì)書。 設(shè)計(jì)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 設(shè)計(jì)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(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、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 2 安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。 3) 根據(jù)高效節(jié)能、安全生產(chǎn)的原則，采用先進(jìn)實(shí)用的技術(shù)和自控手段，實(shí)行現(xiàn)代化的管理模式，實(shí)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(hù)，節(jié)約能源。 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： 料氣 溫度： 30 脫水后含水量 ： 1 然氣氣質(zhì)組成見表 1 表 1然氣組成表（干基） 子篩脫水工藝流程 程選擇 本裝置所處理的濕凈化氣流量為 100104m3/d（ 20 、 準(zhǔn) 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(gè)吸附塔或 3個(gè)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(jìn)行比較，從而選擇出最佳方案。 在兩塔流程中，一塔進(jìn)行脫水操作，另一塔進(jìn)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(shí)進(jìn)行 。 表 1塔方案（常規(guī)）時(shí)間分配表 吸附器 0 8h 8 16h 16 24h 分子篩脫水塔 A 吸 附 加熱 冷卻 組分 e 1 C2 分 C3 6+ 3 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以看出，在三塔方案中，加熱爐連續(xù)工作，并且冷吹再生時(shí)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塔方案（常規(guī)）時(shí)間分配表 吸附器 0 8h 8 16h 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以看出，分子篩兩塔脫水裝置運(yùn)行時(shí)，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(diǎn)火、停爐頻繁，不利于裝置的長周期正常、 平穩(wěn)運(yùn)行，且會造成一定的熱損失。但兩塔流程簡單，其吸附時(shí)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(fèi)用。由于設(shè)備數(shù)量的減少，操作維護(hù)費(fèi)用也將大大降低。同時(shí)，由于減少了設(shè)備、工藝管線的數(shù)量，實(shí)際上也相應(yīng)削減了管線、設(shè)備穿孔泄露的風(fēng)險(xiǎn)，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(gè)塔組成 ,假設(shè)塔 2 在進(jìn)行干燥 ,塔 1 在進(jìn)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(gè)吸附周期作準(zhǔn)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(jìn)入分子篩脫水塔(塔 2),進(jìn)行脫水吸附過程。脫除水后的干氣一般經(jīng)產(chǎn)品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(kuò)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(jìn)入粉塵過濾器，造成粉塵過濾器濾網(wǎng)堵塞，裝置運(yùn)行不平穩(wěn)。則可對分子篩脫水工藝流程進(jìn)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(shí)增加配套的自控系統(tǒng)，以完成擴(kuò)建。 因此，本設(shè)計(jì)中采取分子篩兩 塔吸附脫水流程。 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(jìn)行吸附脫水，脫 4 水后的干氣含水小于 1 子篩出口原料氣經(jīng)分子篩出口過濾器除去其中夾帶的分子篩粉塵和雜質(zhì)后進(jìn)制冷單元。 分子篩干燥器采用兩塔操作流程， 8 小時(shí)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(jìn)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(jìn)行加熱，加熱到一定溫度后，進(jìn)入吸附塔再生。當(dāng)床層出口氣體溫度升至預(yù)定溫度后，則再生完畢。此 時(shí)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(dāng)床層溫度冷卻到要求溫度時(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)，氣體從下向上流動，一方面可以脫除靠近進(jìn)口端被吸附的物質(zhì)，并且不使其流過整個(gè)床層。另外，可使床層底部干燥劑得到完全再生，因?yàn)榇矊拥撞渴菨裨蠚馕礁稍镞^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。 循的主要標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范 0076然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范 安全閥的設(shè)置和選用 0524熱油加熱爐系統(tǒng)規(guī)范 8163送流體用無縫鋼管 17395縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差 0251氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范 0350氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范 770子篩動態(tài)水吸附測定方法 9019力容器公稱直徑 50鋼制壓力容器 油化工塔器設(shè)計(jì)規(guī)范 爐和壓力容器用鋼板 0515氣分離器規(guī)范 網(wǎng)除沫器 5 2 工藝參數(shù)及設(shè)備選型 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 形 分子篩的有效濕容量： 8） /100子篩） 分子篩堆積密度： 660kg/子篩比熱： ） 瓷球比熱： ） 操作周期為 8 小時(shí)，再生加熱時(shí)間為 時(shí)，再生冷卻時(shí)間為 時(shí)，操作切換時(shí)間為 時(shí)。加熱爐進(jìn)口溫度為 30 ，加熱爐出口溫度為 275 。 由 件 計(jì)算 出 的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下： 原料氣壓力： 原料氣溫度： 30 床層溫度： 35 天然氣氣體流量： h 飽和含水量： h 天然氣相對濕度： 100% 天然氣在 30 下的密度： 然氣在 30 時(shí)粘度： 生加熱氣進(jìn)吸附 器 的壓力： 4500生加熱氣進(jìn)吸附 器 的溫度： 260 再生加熱氣出吸附 器 的溫度： 200 再生氣在 260 、 4500的密度： 生氣在 260 、 4500熱焓： 生氣在 、 4500熱焓： 生氣在 275 、 4500熱焓 ： 氣溫度： 30 6 干氣壓力： 4500氣將床層冷卻到： 30 干氣在 30 、 4500密度： kg/氣在 30 、 4500熱焓： kJ/氣在 130 、 4500熱焓： kJ/氣在 30、 4500的低位熱值： 49210 kJ/7 料平衡表 表 2100104 m3/d 天然氣分子篩脫水裝置設(shè)計(jì) 物料表 物料流 1 2 3 4 5 6 7 氣體分率 1 1 1 1 1 0 溫度， 30 35 30 260 30 壓力， 500 4500 4500 4500 4480 4450 4450 摩爾流量 ,h 質(zhì)量流量， kg/h 液體體積流量 ,m3/h 熱流量， kJ/h 8 8 7 7 7 7 5 質(zhì)量密度 ,kg/分子量 壓縮因子 粘度 , 組 成 （ 氫氣 0. 0969 0. 0000 氦氣 0. 0519 0. 0000 氮?dú)?0. 5397 0. 5494 0. 0003 二氧化碳 0. 0260 0. 0004 甲烷 0. 0000 乙烷 0. 0000 丙烷 0. 7164 0. 7292 異丁烷 0. 1187 0. 1209 0. 0000 正丁烷 0. 1531 0. 1558 0. 0000 異戊烷 0. 0550 0. 0559 0. 0000 正戊烷 0. 0510 0. 0519 0. 0000 正己烷 0. 2552 0. 2597 0. 0000 水 0. 1114 8 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(diǎn)要求控制較低的場合，其露點(diǎn)深度可達(dá)到 ，保證含水量在 1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(jì)制造要求嚴(yán)格，成本較高。 運(yùn)行一段時(shí)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(jìn)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(jìn)一步提高了過濾精度。生產(chǎn)實(shí)踐中，工廠技術(shù)人員可根據(jù)氣質(zhì)條件及運(yùn)行時(shí)問長短來決定濾芯更換頻率。 表 2吸附器計(jì)算選型結(jié)果表 吸附器 內(nèi)徑（ 設(shè)計(jì)壓力（ 5 設(shè)計(jì)溫 度（） 300 床層高度（ 3700 筒體壁厚（ 39 筒體材料 16 操作周期（ h） 8（再生加熱時(shí)間 吹時(shí)間 換時(shí)間 封頭類型 橢圓式封頭 類型 立式 筒體高度（ 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（ 2500 封頭 內(nèi)徑（ 1600 材料 16合金壓力容器用鋼 厚度（ 12 質(zhì)量（ 座 類型 圓筒形裙座 質(zhì)量（ 厚（ 12 外徑（ 1624 高度（ m） 1 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(jìn)行精細(xì)過濾，除去粒徑 1 m 的塵埃等。精細(xì)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(diǎn)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(yùn) 9 動，較小的顆粒做布朗運(yùn)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(shí)問運(yùn)行后，濾芯的壓差會上升得很快，達(dá)到一定值時(shí)，就必須及時(shí)更換濾芯。在 設(shè)備人口處設(shè)置隔離擋板，避免進(jìn)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(jī)會。減少已分離液體的攜帶量是提高分離效率的有益補(bǔ)充 。 本設(shè)計(jì)采用兩個(gè) 列型粉塵過濾器并聯(lián)使用。 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(yùn)行不可缺少的氣體凈化設(shè)備。具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)、除塵效率高、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。 選型結(jié)果見表 2 表 2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， 500 氣體體積 流量， m3/h 濾精度， m 5 過濾器計(jì)算截面積， 濾器選用外徑， 00 過濾器型號 C 生氣加熱爐 的選取 本設(shè)計(jì)主要采用導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)進(jìn)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(diǎn)： 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(gè)系統(tǒng)中用同一種導(dǎo)熱油同時(shí)實(shí)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(hù)工作量。即可以減少加熱系統(tǒng)的初投資和操作費(fèi)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(shí)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)。 10 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(gè)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(dá)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(dá)到低溫位熱用戶其中低溫位系統(tǒng)設(shè)獨(dú)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)熱油以自身的顯熱方式與用戶進(jìn)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(gè)完整的閉合回路，往復(fù)循環(huán)使用。導(dǎo)熱油受熱膨脹時(shí)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。 熱油的選型 導(dǎo)熱油爐的流速，國外文獻(xiàn)推薦為 24m/s。由于油品儲運(yùn)加熱系統(tǒng)負(fù)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(dāng)外界負(fù)荷降低時(shí)，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(jìn)入爐內(nèi)的導(dǎo)熱油流量。 國內(nèi)目前設(shè)計(jì)導(dǎo)熱油流速一般取 m/s，此設(shè)計(jì)中取導(dǎo)熱油流速為 3m/s，經(jīng)比較 列， 列， 列導(dǎo)熱油的比熱，密度及熱功率后，導(dǎo)熱油型號選擇 325 導(dǎo)熱油，因?yàn)樗谋葻岣螅芏容^輕且發(fā)熱功率更大。 表 2熱油系統(tǒng)選型結(jié)果表 導(dǎo)熱油爐型號 125） 熱油型號 325 導(dǎo)熱油流速（ m/s） 3 總循環(huán)油量（ m3/h） 另附導(dǎo)熱油爐 125） 導(dǎo) 熱油 325 的技術(shù)參數(shù)： 表 2熱油爐技術(shù)參數(shù) 參數(shù) 設(shè)備名稱 額定熱功率 (熱效率(%) 設(shè)計(jì)壓力（ 最高介質(zhì)溫度（） 循環(huán)油量（ m3/h） 11 00) 0 1 350 65 表 2D 325 導(dǎo)熱油工藝參數(shù)表 溫度（） 物理特性 50 100 150 200 250 300 350 密度（ kg/ 1007 972 936 910 874 845 821 比熱 C(kJ/ ) 功率（ 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(gè)再生氣 分離器 ，其 中液量較少 ，從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，選用 立式 重力分離器 。計(jì)算結(jié)果及選型結(jié)果見表 2 表 2生分離器計(jì)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， 況下氣體流量， m/s 況下氣相密度， kg/況下液相密度， kg/005 工況下氣體粘度， s 況下氣體的壓縮因子 式 立式重力式 計(jì) 算 值 f（ 力系數(shù) 54 液滴沉降速度， m/s 離器直徑計(jì)算值， m 霧器氣流允許速度， m/s 霧器面積計(jì)算值， 12 續(xù)表 2備名稱 再生氣分離器 選 用 值 選用公稱直徑， 00 筒體長度， 800 捕霧器厚度， 50 材質(zhì) 16號 8/2 有效容積， 全閥的選型 根據(jù) 全閥的設(shè)置和選用和油氣田常用閥門手冊選用彈簧封閉全啟式安全閥。其主要參數(shù)如表 2 表 2生分離器計(jì)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， 況下氣體流量， m/s 況下氣相密度， kg/況下液相密度， kg/005 工況下氣體粘度， s 況下氣體的壓縮因子 式 立式重力式 安全閥類型 泄放量（ kg/h） 啟壓力（ 道截面積（ 826 13 表 2全閥的選型結(jié)果 線的選型 按照輸送流體用無縫鋼管（ 8163選擇系統(tǒng)內(nèi)用無縫鋼管管材為無縫鋼管 20 號。 s 為 245可根據(jù)無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差（ 17395擇較為合適的無縫鋼管外徑及標(biāo)準(zhǔn)壁厚。 管線選型結(jié)果如表 2示。 公稱通徑（ 稱壓力（ 全閥類型 彈簧封閉全啟式安全閥 泄放量， kg/h 啟壓力， 道截面積， 26 公稱通徑， 稱壓力， 14 表 2線選型結(jié)果 管線 原料氣進(jìn)塔 管線 原料氣出塔 管線 再生氣進(jìn)塔 管線 再生氣出爐 管線 再生氣出塔 管線 再生氣進(jìn)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 天然氣 天然氣 天然氣 水 設(shè)計(jì)溫度， 50 50 50 250 250 50 50 50 設(shè)計(jì)壓力， 5 5 5 5 5 5 5 工 況下的輸量， m3/s 濟(jì)流速， m/s 10 10 10 10 10 10 10 1 計(jì) 算 數(shù) 據(jù) 計(jì)算管線內(nèi)徑 ,77 178 57 80 75 57 57 算管線壁厚， 算管線外徑， 型 結(jié) 果 選取管線外徑， 90 190 60 89 89 60 60 8 選取管線壁厚， 7 4 線規(guī)格 1907 1907 60894 894 606010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(shí)際流速， m/s 00 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說明書 1 料設(shè)備表 表 2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 3 30 1 2 立 式重力分離器 個(gè) 1 3 天然氣壓縮機(jī) 個(gè) 1 4 籃式 過濾器 臺 2 5 污水罐 座 1 6 調(diào)壓計(jì)量撬裝 套 1 7 高壓儲氣井 口 6 8 臥裝籃式過濾器 1 9 調(diào)壓器 1/- 27 1 1/- 1 10 配套閥門管線 套 1 二 閥門 1 不銹鋼閘 閥 10 10 2 高壓 閘閥 22 3 高壓焊接球閥 20 4 焊接球閥 13 8 100 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說明書 2 8 續(xù)表 2號 名稱及規(guī)格 單位 數(shù)量 4 5 安全閥 只 1 2 6 不銹鋼螺紋截止閥 0 只 5 三 儀表 1 不銹鋼雙金屬溫度計(jì)（徑向） 測量范圍： 0400 只 1 2 全不銹鋼壓力表 量范圍 8 測量范圍 0 8 3 計(jì)算書 附計(jì)算 附器直徑計(jì)算 通過 件，已知處理量為 h 原料氣在 450030 的飽和含水量為 摩爾分?jǐn)?shù)） 。 按全部脫去考慮，需脫水量： 1 1 1 。 吸附周期 T=8h，總共脫水： 。 操作條件 （ 30 ， 下氣體體積流量： Q=h 操作條件 （ 30 ， 下 氣體質(zhì)量流量： 已知分子篩密度 3b m/，分子篩 。 100 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說明書 3 即可根據(jù)雷督克斯的半經(jīng)驗(yàn)公式求得吸附塔直徑，半經(jīng)驗(yàn)公式如下： (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 下向上流 動，取 b分子篩的堆密度， 3m ； g氣體在操作條件下的密度， 3m ； 分子篩的平均直徑（球形）或當(dāng)量直徑（條形）， m。 已知分子篩密度 3b m/，分子篩 。 因此， )/(5 2 4 0 10 0 3 0 0 25.0 吸附塔的截面積： 28 1 3 4 0 7 4 3 。 直徑： ， 取 1600則 F= 附器高徑比計(jì)算 分子篩有效吸附容量取 8） /100子篩） 吸附塔需裝分 子篩： 8 7 則分子篩的體積為 ： V 589 m 取 20%的裕量， 層高 ： 9 ，取 徑比約 。 附傳質(zhì)區(qū)長度 計(jì)算 100 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說明書 4 由天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范 ： 式中 吸附傳質(zhì)區(qū)長度， m； A系數(shù)，分子篩 A=膠 A=1，活性氧化鋁 A= q床層截面積的水負(fù)荷， ) ； 空塔線速， m/ 進(jìn)吸附塔氣體相對濕度， %。 q = 氣體流速 : m i 可見，無論是床層界面的水負(fù)荷或空塔流速都無問題， 大于 2 附劑的有效吸附容量校核 由天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范 ： (式中 X吸附劑的有效吸附容量， /100附劑； 動態(tài)平衡濕容量， /100附劑； 吸附塔床層高度， m； 傳質(zhì)區(qū)長度， m。 0 90 6 X s （ /子篩） 吸附劑的動態(tài)平衡濕容量 于吸附劑的有效吸附容量（ X=8%)，則分子篩床層高度滿足要求。 效點(diǎn)計(jì)算 由天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范 ： 100 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說明書 5 (式中 B到達(dá)轉(zhuǎn)效點(diǎn)時(shí)間， h； b分子篩的堆密度， 3m ； x選用的分子篩有效吸附容量， %； 整個(gè)床層長度， m； q床層截面積的水負(fù)荷， ) 。 b=6603m ； x=8%； q= B 8h, 符合設(shè)計(jì)要求。 附塔 壓力降計(jì)算 由天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范 ： 計(jì)算式如下： 2 (式中 P壓降， L床層高度， m； 氣體粘度， s； 氣體流速， m/ g氣體操作狀態(tài)下的密度， 3m 。 分子篩選用 徑球形，查得則 B=C= 溫度 30 ，壓力 4500操作條件下，已知 g=3m ， =s， 氣體流速 k P 1 3 2 規(guī)范規(guī)定吸附時(shí)氣體通過床層的壓降宜小于等于 宜高于 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(shí)壓降都很小，可不計(jì)算。 附器安全閥的計(jì)算 根據(jù) 全閥的設(shè)置和選用計(jì)算 ： 100 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說明書 6 (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(jì)安全閥的泄放量均認(rèn)為單位時(shí)間內(nèi)流過設(shè)備的氣體質(zhì)量流量， 即 h/。 (2) 安全閥的設(shè)定壓力（或開啟壓力） 安全閥開始起跳時(shí)的進(jìn)口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(jì)壓力?？砂聪旅娣椒ù_定： 當(dāng) P， + ， (式中 P被保護(hù)設(shè)備或管道操作絕對壓力， 安全閥設(shè)定壓力， 附塔操作壓力 P=于 ： M P (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 示。對于安裝在無火壓力容器上 的安全閥： 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 ： m (式中 安全閥最高泄放壓力， 安全閥設(shè)定壓力， 安全閥超壓， 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(shí)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(jì)算： 100 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說明書 7 1(式中 c氣體臨界壓縮比； k氣體絕熱指數(shù)，可取 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： (式中 A最小泄放面積， W質(zhì)量泄放流量， kg/h； 流量系數(shù)，由制造廠提供，若沒有制造廠的數(shù)據(jù)，則取 X氣體特性系數(shù)， 1k 1,k 為絕熱系數(shù)； P泄放壓力， 背壓修正系數(shù)，對于彈簧式安全閥 T泄放溫度， K； Z氣體壓縮因子； M分子量。 在 450030 工作條件下，查 件可得 k=： 2 7 4 安全閥的直徑 ： 64根據(jù)油氣田常用閥門手冊選用 彈簧封閉全啟式安全閥，公稱通100 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說明書 8 徑 稱壓力 附塔的壁厚計(jì)算及選型 附塔壁厚計(jì)算 根據(jù)吸附器設(shè)計(jì)壓力及溫度，吸附器材質(zhì)選用 16345R)。根據(jù)分子篩床層高度初步估計(jì)計(jì)算圓筒有效高度為 設(shè)計(jì)壓力 高于安全閥開啟壓力），設(shè)計(jì)溫度 00 根據(jù) 爐和壓力容器用鋼板查得設(shè)計(jì)溫度下 材質(zhì)的許用應(yīng)力t =143 其密度為 7850kg/吸附塔壁有下列公式計(jì)算： 21ct P (式中 吸附塔的壁厚， 設(shè)計(jì)壓力， 吸附塔管內(nèi)徑， t 合金鋼的最大許用應(yīng)力， 焊縫系數(shù)，無縫鋼管取 接鋼管取 鋼板負(fù)偏差，取 吸附塔腐蝕裕量，取 1 5 1 6 0 0 0 . 8 1 3 3 . 4 92 1 4 3 0 . 9 5 向上圓整后取 34 子篩吸附塔的壁厚校核 分子篩吸附塔名義壁厚為 34效壁厚 ： = 反算出吸附塔最 大允許工作壓力為： 2 2 3 2 . 2 1 4 3 0 . 95 . 0 73 2 . 2 1 6 0 0 P 附塔 封頭、裙座 選型計(jì)算 分子篩吸附器為立式容器，筒體兩焊縫間距離為 4500 端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，被支承在裙式支座上。 100 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說明書 9 分子篩吸附器內(nèi)盛裝分子篩脫水填料，裝填順序?yàn)橛上轮辽希?4A 條形分子篩裝填厚度為 2500 分子篩的上部和下部均裝有直徑為 20 瓷球，厚度分別為 200 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(qiáng)度。 吸附器封頭：根據(jù)橢圓形封頭（ 4737吸附器內(nèi)徑為 1600 ，選擇封頭性質(zhì)如表 3示。封頭材料選為 16合金壓力容器用鋼，則封頭厚度為 12頭質(zhì)量為 表 3頭性質(zhì) 公稱直徑 DN 面高度 h1 邊高度 h2 度 表面積 A2 積 V 量 m 素鋼低合金鋼 復(fù)合鋼板 高合金鋼 1600 400 40 10 10 2 12 4 14 6 16 8 18 座：根據(jù)石油化工塔器設(shè)計(jì)規(guī)范（ 3098選擇圓筒形裙座。其外徑與封頭外徑相等，即 1600+212=1624 厚取為 12為 頭切線至裙座筒體上端的距離 58 吸附器高度：根據(jù)天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范（ 076分子篩吸附器為立式容器。根據(jù)塔 器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范（ 0652吸附器高度 H 包括填料層高度，氣體分布器、氣體進(jìn)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(qiáng)度，頂部裝有防護(hù)網(wǎng)。分子篩吸附器內(nèi)盛裝分子篩脫水填料，裝填順序?yàn)橛上轮辽希?4A 條形分子篩裝填厚度為 2500 分子篩的上部和下部均裝有直徑為 20瓷球，厚度均為 200 100 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說明書 10 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(qiáng)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 端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭如表 2示，封頭高度為 2（ 400+40） =880 附器被支承在圓筒形裙式支座上，可估算吸附塔總高 H=7880 進(jìn)料口：鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（ 0583定，進(jìn)料口 (人孔 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(jìn)氣口設(shè)置在設(shè)備的頂部，為使進(jìn)氣分布均勻，在進(jìn)口處設(shè)置分布頭。 通過以上計(jì)算，分子篩 吸附塔 塔體 選型 結(jié)果 如下： 吸附器設(shè)計(jì)壓力： 5 附器設(shè)計(jì)溫度： 300 吸附器床層高度： 3200 附器內(nèi)徑： 1600 吸附器筒體壁厚： 34附器筒體材料： 16板 封頭形式：橢圓形封頭 封頭壁厚： 12頭材料 :16板 裙座高： 1500座壁厚： 12座材料： 16板 力校核 徑向應(yīng)力： 1 . 6 3 4 1 2 0 . 1 5 2 2 0 . 0 3 4 P a 環(huán)向應(yīng)力： 1 . 6 3 4 6 0 . 0 7 4 4 0 . 0 3 4 P a 符合設(shè)計(jì)要求。 100 104 m3/d 天然氣 分子篩脫水裝置 工藝設(shè)計(jì)說