工程設(shè)計(jì)計(jì)算書)1.doc

1 天然氣脫水系統(tǒng)的計(jì)算1.1 吸附計(jì)算1.1.1 吸附器直徑計(jì)算1. 分子篩脫水工藝參數(shù)：吸附周期：24小時(shí)分子篩有效吸附容量：取10kgH2o/100kg分子篩原料氣在25MPa、45校正后的飽和含水量查圖得600mg/m3，換算到20，101.325kPa條件下為590.88mg/m3，按全部脫去考慮，需水量：0.37kg/h2. 操作周期24小時(shí)，總共脫水：8.88kg。3. 原料氣在25MPa、45：Pc=0.97724.491+0.016284.727+0.000054.256+0.000053.54+0.000043.5+7.1490.0053+8.7150.00056+1.70.00107=4.51 MPaTc=0.9772*191+0.01628*305.45+0.00005*368.85+0.00005*407.15+0.00004*425.15+304*0.0053+373.54*0.00056+65*0.00107=193.56 K視對(duì)比壓力 =5.543視對(duì)比溫度 1.643 查圖得天然氣的壓縮系數(shù)Z=0.88。天然氣摩爾質(zhì)量：M=0.977216+0.006230+0.0000544+0.0000558+0.0000458+0.005344+0.0010728+0.0100934=16.43 g/moL將氣體處理量換算到0、101325pa條件下：V=1.5*104*273/293=1.4*104m3/d則操作條件下氣體量：氣體質(zhì)量流量原料氣在25MPa、45的密度： 操作條件下氣體體積流4. 吸附器直徑：取決于適宜的空塔流速，適宜的直徑比。實(shí)踐證明采用雷督克斯的半經(jīng)驗(yàn)公式得到一個(gè)空塔流速，然后用轉(zhuǎn)效點(diǎn)積核式可行的，半經(jīng)驗(yàn)公式如下：式中G允許的氣體質(zhì)量流速，；C系速，氣體自上向下流動(dòng)，取0.250.32；自下向上流動(dòng)，取0.167；分子篩的堆密度，kg/；氣體在操作條件下的密度，kg/；分子篩的平均直徑（球形）或當(dāng)量直徑（條形），m。已知，C取0.29, 則：吸附塔的截面積: 直徑： 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列， D取0.3m.1.1.2 吸附器高徑比計(jì)算分子篩有效吸附容量取10kg（水）/100kg（分子篩）。一個(gè)周期內(nèi)所需分子篩的質(zhì)量： 0.3724/0.1=88.8kg吸附器需裝分子篩的體積： 吸附塔的截面積：F=0.7850.32=0.07065m2氣體流速u=0.57m/min床層高：高徑比：1.1.3 吸附器安全閥的計(jì)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(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：2. 安全閥的泄放壓力（定壓）安全閥開始起跳時(shí)的進(jìn)口壓力稱為安全閥的泄放壓力或定壓。它應(yīng)等于或小于受壓設(shè)備或管道的設(shè)計(jì)壓力。可按下面的方法確定：當(dāng)1.8MPa 0.18MPa 當(dāng)1.8MPa7.5MPa =1.05 式中 P 被保護(hù)設(shè)備或管道操作絕對(duì)壓力，MPa； 安全閥泄放絕對(duì)壓力，MPa。脫水塔操作壓力P=25MPa，由于P7.5MPa，則：3. 聚積壓力 安全閥開至最大并達(dá)到最大泄放量時(shí)的進(jìn)口壓力與泄放壓力之間的差值稱為聚積壓力，用表示。對(duì)于安裝在無火壓力容器上的安全閥：4. 最高泄放壓力安全閥達(dá)到最大泄放量能力時(shí)的進(jìn)口壓力，稱為最高泄放壓力。在工藝流程中，最高泄放壓力可按下式確定：式中 安全閥最高泄放壓力，MPa； 安全閥泄放絕對(duì)壓力，MPa； 安全閥聚積壓力，MPa。5.背壓（出口壓力） 安全閥開啟前泄壓總管的壓力與安全閥開啟后介質(zhì)流動(dòng)所產(chǎn)生的流動(dòng)阻力之和。背壓一般應(yīng)小于氣體的臨界流動(dòng)壓力值。氣體臨界壓縮比可按下式計(jì)算：式中氣體臨界壓縮比； k 氣體絕熱指數(shù)，可取1.21.4。代入數(shù)據(jù)得：6. 安全閥通道截面積 安全閥通道截面積按下式計(jì)算：式中A 安全閥通道截面積，; G 安全閥的最大泄放量，kg/h； 安全閥達(dá)到最大泄放量時(shí)的進(jìn)口絕對(duì)壓力，MPa； K 流量系數(shù)，一般取0.90.97； M 氣體摩爾分子量，kg/kmol； 安全閥進(jìn)口處絕對(duì)溫度，K；Z 氣體壓縮系數(shù)； C 氣體特性系數(shù)， 其中，k是氣體絕熱指數(shù)。式中第i組分的氣體摩爾分?jǐn)?shù)； 第i組分的氣體絕熱指數(shù)。7.安全閥直徑：根據(jù)油氣田常用閥門手冊(cè)選用A42Y-40型彈簧封閉全啟式安全閥，公稱通徑DN2，公稱壓力29MPa。 選用A42Y-40型彈簧封閉全啟式安全閥，公稱通徑DN，公稱壓力xxxMPa。1.2再生計(jì)算 1.2.1 再生熱負(fù)荷計(jì)算用貧干氣加熱，M=16.4kg/kmol，進(jìn)吸附塔溫度260，分子篩床層吸附終了后溫度50，再生加熱氣出吸附器溫度200，床層再生溫度是。預(yù)先計(jì)算在230時(shí)，分子篩比熱，鋼材比熱，瓷球比熱。吸附器筒體是壓力容器，預(yù)先估計(jì)其包括器內(nèi)附屬設(shè)備的質(zhì)量約重1320kg，床層上下各鋪150mm瓷球，瓷球堆密度，共重約46.86kg。再生加熱所需的熱量為Q，則：式中Q加熱分子篩的熱量，kJ ；Q加熱吸附器本身（鋼材）的熱量，kJ；Q脫附吸附水的熱量，kJQ加熱鋪墊的瓷球的熱量,kJ算出Q后，加10%的熱損失，設(shè)吸附后床層溫度是，50;熱再生氣進(jìn)出口平均溫度為230, 則： 加10%的熱損失，得出的Q: 16.3104kJ 式中、分別是分子篩的質(zhì)量，吸附器筒體及附件等鋼材的質(zhì)量、吸附水的質(zhì)量和鋪墊的瓷球的質(zhì)量。4186.8是水的脫附熱，、分別為上述各種物質(zhì)的定壓比熱。 設(shè)再生加熱時(shí)間3小時(shí)，每小時(shí)加熱量是：16.3104kJ/3=5.43104kJ/h 1.2.2 再生氣量計(jì)算設(shè)是再生加熱結(jié)束時(shí)的氣體出口溫度，為再生氣進(jìn)吸附器的溫度，再生氣溫降為： 每千克再生氣放出熱量（kJ）： 總共需再生氣量： 1.2.3 冷卻氣量計(jì)冷卻吸附塔需移去的熱量： 吸附器由加熱的平均溫度冷卻到,即平均溫度： 設(shè)干氣初溫是，45，每千克干氣移去的熱量總共需冷卻氣量冷卻時(shí)間是3小時(shí)，74.93kg/h，床層溫度自230降到45，則冷卻熱負(fù)荷：4.71104KJ/h 1.2.4 氣體通過床層的壓力降計(jì)算GPSA工程手冊(cè)（1987版）推薦用公式計(jì)算。計(jì)算式如下：式中壓降，kPaL 床層高度，m 氣體粘度， 氣體流速，m/min 氣體操作狀態(tài)下的密度，kg/分子篩選用3.2mm直徑球形，則B=4.155,C=0.00135，45時(shí)，查圖得=0.01135,相對(duì)密度為0.5886, 則：K，MPa=5.39 1.62查圖得25MP，45時(shí)：=0.246 kPa 1.2.5 轉(zhuǎn)效點(diǎn)（Break point）計(jì)算其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中到達(dá)轉(zhuǎn)效點(diǎn)時(shí)間，h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，kg/(m2*h)1.2.6 吸附傳質(zhì)區(qū)長度（）計(jì)算 式中吸附傳質(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(fù)荷，； 空塔線速，m/min； 進(jìn)吸附器氣體相對(duì)濕度，%。1.3 分子篩吸附塔的壁厚計(jì)算根據(jù)壓力容器手冊(cè)，選用合金鋼，合金鋼的最大許用應(yīng)力。設(shè)計(jì)壓力取，則操作壓力吸附塔的壁厚計(jì)算公式如下：式中 吸附塔的壁厚，mm；氣體的操作壓力，MPa；27.5MPa 吸附塔管外徑，mm； 合金鋼的最大許用應(yīng)力，MPa；197 焊縫系數(shù)，無縫鋼管取0.9，焊接鋼管取0.8；取0.8 鋼板負(fù)偏差，取0.8mm； 吸附塔腐蝕裕量，取1mm。代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得吸附塔的壁厚：2.18mm2 緩沖罐的工藝計(jì)算緩沖罐的作用是減弱壓縮機(jī)排氣的周期性氣流脈動(dòng)，同時(shí)穩(wěn)定壓縮天然氣管道中的壓力。本設(shè)計(jì)取緩沖罐操作壓力2.5MPa，溫度25，按能維持10s進(jìn)氣量來確定。2.1 緩沖罐容積計(jì)算將P=0.5MPa，T=273+25=298K，代入式和，得：Pc=0.97724.491+0.016284.727+0.000054.256+0.000053.54+0.000043.5+7.1490.0053+8.7150.00056+1.70.00107=4.51 MPaTc=0.9772*191+0.01628*305.45+0.00005*368.85+0.00005*407.15+0.00004*425.15+304*0.0053+373.54*0.00056+65*0.00107=193.56 K視對(duì)比壓力 視對(duì)比溫度 根據(jù)、值查圖得：Z= 0.983 氣體流量： 容積 ： 取高徑比為2.1，則直徑D=0.6m,高H=1.26m2.2 緩沖罐壁厚計(jì)算緩沖罐壁選用16MnR低合金鋼，低合金鋼的最大許用應(yīng)力。緩沖罐的壁厚計(jì)算公式如下：式中緩沖罐的壁厚，mm；氣體的操作壓力，MPa；0.5 緩沖罐管外徑，mm；(600+Sc) 低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；取0.8 鋼板負(fù)偏差，取0.8mm； 緩沖罐腐蝕裕量，取1mm。 緩沖罐的壁厚：Sc=2.8mm2.3 緩沖罐安全閥的計(jì)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(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：2. 安全閥的泄放壓力（定壓）安全閥開始起跳時(shí)的進(jìn)口壓力稱為安全閥的泄放壓力或定壓。它應(yīng)等于或小于受壓設(shè)備或管道的設(shè)計(jì)壓力?？砂聪旅娴姆椒ù_定：當(dāng)1.8MPa 0.18MPa 當(dāng)1.8MPa7.5MPa =1.05 式中 P 被保護(hù)設(shè)備或管道操作絕對(duì)壓力，MPa； 安全閥泄放絕對(duì)壓力，MPa。緩沖罐操作壓力P=0.5MPa，則：3. 聚積壓力安全閥開至最大并達(dá)到最大泄放量時(shí)的進(jìn)口壓力與泄放壓力之間的差值稱為聚積壓力，用表示。對(duì)于安裝在無火壓力容器上的安全閥：4. 最高泄放壓力安全閥達(dá)到最大泄放量能力時(shí)的進(jìn)口壓力，稱為最高泄放壓力。在工藝流程中，最高泄放壓力可按下式確定：式中 安全閥最高泄放壓力，MPa； 安全閥泄放絕對(duì)壓力，MPa； 安全閥聚積壓力，MPa。5. 背壓（出口壓力）安全閥開啟前泄壓總管的壓力與安全閥開啟后介質(zhì)流動(dòng)所產(chǎn)生的流動(dòng)阻力之和。背壓一般應(yīng)小于氣體的臨界流動(dòng)壓力值。氣體臨界壓縮比可按下式計(jì)算：式中 氣體臨界壓縮比； k 氣體絕熱指數(shù)，可取1.21.4。代入數(shù)據(jù)得：6. 安全閥通道截面積安全閥通道截面積按下式計(jì)算：式中A 安全閥通道截面積，; G 安全閥的最大泄放量，kg/h； 安全閥達(dá)到最大泄放量時(shí)的進(jìn)口絕對(duì)壓力，MPa； K 流量系數(shù)，一般取0.90.97； M 氣體摩爾分子量，kg/kmol； 安全閥進(jìn)口處絕對(duì)溫度，K； Z 氣體壓縮系數(shù)； C 氣體特性系數(shù)， 其中，k是氣體絕熱指數(shù)。式中 第i組分的氣體摩爾分?jǐn)?shù)； 第i組分的氣體絕熱指數(shù)。7.安全閥直徑：根據(jù)油氣田常用閥門手冊(cè)選用A42Y-40型彈簧封閉全啟式安全閥，公稱通徑DNxx，公稱壓力xxMPa。3 分離器的工藝計(jì)算本設(shè)計(jì)采用立式分離器，設(shè)計(jì)計(jì)算方法如下：3.1分離器直徑和高度計(jì)算式中水力阻力系數(shù)，而：顆粒（液滴）沉降速度，；和分別為操作條件下顆粒和介質(zhì)的密度，；取1000和18.2操作條件下介質(zhì)的粘度，或；1.205910-5 顆粒（液滴）直徑，。當(dāng)顆粒直徑不大于，且時(shí)，n=1，a=24，則: 由理想氣體狀態(tài)方程 有 ： 氣體計(jì)算速度： 式中V 氣體計(jì)算速度，； 顆粒（液滴）沉降速度，； 系數(shù)，取。則有 氣體在操作條件下的流量： 分離器直徑D可用下式計(jì)算：式中Q 氣體在操作條件下的流量，； V 氣體計(jì)算速度，。3.2 分離器進(jìn)口管、出口管的計(jì)算分離器進(jìn)口管和出口管的直徑和可用下式計(jì)算：式中 Q 氣體在操作條件下的流量，； 、分別為氣體的進(jìn)口和出口速度，。4 儲(chǔ)氣井安全閥的工藝計(jì)算1. 安全閥的泄放量： 壓縮機(jī)操作壓力P=20MPa，由于P7.5MPa,2. 則有安全閥的泄放壓力： 3. 安全閥的聚積壓力： 4. 安全閥的最高泄放壓力： 5. 背壓： 式中氣體臨界壓縮比； k 氣體絕熱指數(shù)，可取1.21.4。氣體特性系數(shù)： 其中，k是氣體絕熱指數(shù)。 視對(duì)比壓力 視對(duì)比溫度 根據(jù)、值查圖得：Z=0.8 6. 安全閥通道截面積：7.安全閥直徑：根據(jù)油氣田常用閥門手冊(cè)選用AY42H-250型彈簧封閉全啟式安全溢流閥，公稱通徑DN2，公稱壓力23MPa。5 輸氣管線工藝計(jì)算5.1 原料天然氣管線工藝計(jì)算根據(jù)天然氣工程手冊(cè)準(zhǔn)則：輸氣管線最大流速，最小流速。設(shè)計(jì)壓力P =0.65MPa，設(shè)計(jì)溫度T =273+20=293K。1. 壓縮系數(shù)Z的確定：式中：輸氣管平均壓力，MPa。取=P =0.3MPa，則：2. 輸氣管管徑的確定：式中V 輸氣管氣體流速，m/s； 輸氣管氣體流量，m3/d； T 輸氣管中的氣體溫度，K； P 輸氣管中的氣體壓力，MPa； Z 氣體壓縮系數(shù)； d 輸氣管管徑,mm。進(jìn)口管線管徑：mm出口管線管徑：mm3. 輸氣管管壁厚的確定： 式中輸氣管管壁厚，mm； P 輸氣管設(shè)計(jì)壓力，MPa； d 輸氣管管徑,mm； 管子的最低屈服強(qiáng)度，MPa；F 設(shè)計(jì)因素，取0.6；管子的縱向焊縫系數(shù)，對(duì)于無縫鋼管，=1.00 管子強(qiáng)度的溫度減弱系數(shù)，當(dāng)氣體溫度在123下時(shí)，=1； C 腐蝕裕量， 微腐蝕：C=1mm則進(jìn)口管線：mm ,選用壁厚為2.0mm的無縫鋼管。出口管線：mm ,選用壁厚為2.0mm的無縫鋼管。進(jìn)氣管線選用DN68的無縫鋼管，出氣管線選用DN80的無縫鋼管。5.2 壓縮機(jī)進(jìn)氣管線工藝計(jì)算根據(jù)天然氣工程手冊(cè)準(zhǔn)則：輸氣管線最大流速，最小流速。設(shè)計(jì)壓力P =0.5MPa，設(shè)計(jì)溫度T =293K。1. 壓縮系數(shù)Z的確定：將P0.5MPa，T=293K，代入下式得：視對(duì)比壓力：=視對(duì)比溫度：根據(jù)、值查圖得：Z=0.982. 輸氣管管徑的確定：壓縮機(jī)進(jìn)氣管線的管徑與分離器的出口管線管徑相同，選用DN80的無縫鋼管。3. 輸氣管管壁厚的確定：壓縮機(jī)進(jìn)氣管線的壁厚與分離器的出口管線壁厚相同，選用壁厚為1.4mm的無縫鋼管。5.3 壓縮機(jī)出氣管線工藝計(jì)算根據(jù)天然氣工程手冊(cè)準(zhǔn)則：輸氣管線最大流速，最小流速。設(shè)計(jì)壓力P =25MPa，設(shè)計(jì)溫度T =273+45=318K。1. 壓縮系數(shù)Z的確定：將P=25MPa，T=318K，代入下式得：視對(duì)比壓力：=視對(duì)比溫度： 根據(jù)、值查圖得：Z=0.8662. 輸氣管管徑的確定：m=17mm m=6.8mm3. 輸氣管管壁厚的確定： mm取壁厚為3.5mm的無縫鋼管，則外徑為29mm,選用DN35mm的無縫鋼管。5.4 儲(chǔ)氣井管道工藝計(jì)算根據(jù)天然氣工程手冊(cè)準(zhǔn)則：輸氣管線最大流速，最小流速。設(shè)計(jì)壓力P =20MPa，設(shè)計(jì)溫度T =273+40=313K。1. 壓縮系數(shù)Z的確定：將P=25MPa，T=313K，代入下式得：視對(duì)比壓力：=視對(duì)比溫度： 根據(jù)、值查圖得：Z=0.8252. 輸氣管管徑的確定：m=18mm3. 輸氣管管壁厚的確定： mm取壁厚為3.5mm的無縫鋼管，則外徑為31mm,選用DN35mm的無縫鋼管。6 輸油管道的工藝計(jì)算6.1 輸送汽油管道1. 管徑的確定：式中d 輸送汽油管道管徑，mm； Q 汽油輸送量，m3/s； v 汽油的經(jīng)濟(jì)流速，m/s。取卸油管道：v=1.3 m/s,供油管道：v=2.0 m/s,汽油密度：0.75 g/m3。根據(jù)汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范（GB501562002），加油流量不大于60L/min,取最大值計(jì)算，即Q=60L/min=1 10-3m3/s進(jìn)油管線：=31.3mm出油管線：=25.2mm2.管壁厚的確定：式中輸油管管壁厚，mm； P 輸油管操作壓力，MPa； d 輸油管管徑,mm； 管子的最低屈服強(qiáng)度，MPa；管子的縱向焊縫系數(shù)