天然氣分子篩脫水裝置工藝設(shè)計說明書

1、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30C,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1.3

2、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：100X 104 m3/d原料氣壓力：4.5 MPa原料氣溫度：30 C脫水后含水量：w 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%0.0970.0520.550.02694

3、.5953.305組分C3iC4nC4iC5nC5C6+mol%0.730.1210.1560.0560.0520.2621.5分子篩脫水工藝流程流程選擇本裝置所處理的濕凈化氣流量為 100X 104m/d （20C、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，切換的程序有所不

4、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08h8 16h1624h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08h8 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1-2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

5、穩(wěn)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

6、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)計中米取分子篩兩塔吸附脫水流程。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

7、出口過濾器除去其中夾帶的 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(dāng)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(dāng)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，

8、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

9、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

10、下：分子篩粒子類型：直徑3.2mm求形分子篩的有效濕容量：8kg （水）/100kg （分子篩）分子篩堆積密度： 660kg/m3分子篩比熱：0.96kJ/（kgC）瓷球比熱：0.88kJ/ （kg C）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30C，加熱爐出口溫度為275C。由HYSY歎件計算出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：原料氣壓力： 4.5MPa原料氣溫度： 30C床層溫度： 35C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 C下的密度

11、：33.89kg/m3天然氣在4.5MPa 30 C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： 260C再生加熱氣出吸附器的溫度： 200C再生氣在260C、4500kPa下的密度：17.44kg/m3再生氣在 260C、4500kPa的熱焓：-3826kJ/kg再生氣在 117.5 C、4500kPa 的熱焓：-4226kJ/kg再生氣在 275C、4500kPa的熱焓：-3780kJ/kg干氣溫度： 30C干氣壓力： 4500kPa干氣將床層冷卻到：30 C干氣在 30C、4500kPa的密度：33.88 kg/m 3 干氣在 30C、45

12、00kPa的熱焓：-4448 kJ/kg 干氣在 130C、4500kPa的熱焓：-4193 kJ/kg 干氣在30 C、4500kPa下的低位熱值：49210 kJ/kg2.2物料平衡表表2-1100X 104 m/d天然氣分子篩脫水裝置設(shè)計物料表物料流i234567氣體分率i1110.982510溫度，C3035302603029.8729.87壓力，KPa4500450045004500448044504450摩爾流量，kmol/h1736.8351734.903180.8180.8180.8177.6283.172質(zhì)里流里，kg/h29743.3529708.553096.033096

13、.033099.033041.8957.14液體體積流量,m3/h95.6595.619.969.969.849.780.06熱流量，kJ/h-1.33E+08-1.32E+08-1.38E+07-1.18E+07-1.45E+07-1.36E+07-9.06E+05質(zhì)量密度,kg/m317.12517.12417.12417.12417.14117.12518.015分子量33.8933.1333.8817.4434.3333.491005.01壓縮因子0.90230.90790.9023P0.9968一0.90310.0317:粘度,cp0.01250.01260.01250.0184一0

14、.01240.7995組 成（mol%）氫氣0.09690.09700.0970r 0.09700.09520. 09690. 0000 1氦氣0.05190.05200.05200.05200.05100. 05190. 0000氮氣0.054940.55000.55000.55000. 53970. 54940. 0003二氧化碳0.02600.02600.02600.02600.02550. 02600. 0004r甲烷94.489894.595094.595094.595092.832094.48960. 0000乙烷3.30133.30503.30503.30503.24343.30

15、130. 0000p丙烷0.72920.73000.73000.73000. 71640. 72920.0000異丁烷0.12090.12100.12100.12100. 11870. 12090. 0000p正丁烷0.15580.15600.15600.15600. 15310. 15580. 0000異戊烷0.05590.05600.05600.05600. 05500. 05590. 0000p正戊烷0.05190.05200.05200.05200. 05100. 05190. 0000正己烷0.25970.26000.26000.26000. 25520. 25970. 0000水0

16、.11120.00000.00000.00001.86370. 111499.99932.3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°C,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，成本較咼。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（mr）DN1600設(shè)計壓力（MPa5設(shè)計溫度（C）300床層咼度（mr）i3700筒體壁厚（mr）i39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（mm4500分子篩類型4A條形分子篩裝填順序由下至上分子篩厚度（mm2500封頭內(nèi)徑（mr）i1600材料16M nR氐合金壓力容器用鋼厚度（mm12質(zhì)量（kg）276.37裙座類型圓筒形裙座質(zhì)量（kg）473.7壁厚（mr）i12外徑（mm1624高

18、度（m12.4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1m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。

19、SBFQ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 o表2-3粉塵過濾器規(guī)格f''''''''''設(shè)備名稱工藝參數(shù)及幾何尺寸'-一粉塵過濾器工作溫度，C30工作壓力，kPa4500氣體體積流量，m/h896.8過濾精度，卩m5過濾器計算截面積，m0.097過濾器選用外徑， mm300過濾器型號SBFQ 300-4

20、.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

21、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)。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

22、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。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(dāng)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

23、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 YD-325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YD 325導(dǎo)熱油流速（m/s）3總循環(huán)油量（m/h ）32.6另附導(dǎo)熱油爐 QX1.2 （125） -Y/Q-1200KW和導(dǎo)熱油YD-325的技術(shù)參數(shù):表2-5導(dǎo)熱油爐技術(shù)參數(shù)、參數(shù)額定熱功熱效率設(shè)計壓力最高介質(zhì)循

24、環(huán)油量設(shè)備名稱率(MW)(%)(MPa溫度（C）3(m/h )QX1.2(100)-Y/Q1.280135065表2-6 YD 325導(dǎo)熱油工藝參數(shù)表溫度（C）物理特性501001502002503003503密度(kg/m )1007972936910874845821比熱 C(kJ/kg C )1.8842.06662.23952.41242.58532.75832.896熱功率（MW1.65732.6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

25、選型結(jié)果j設(shè)備名稱:_ 二工藝參數(shù)及幾何尺寸f再生氣分離器原 始 數(shù) 據(jù)操作溫度，C30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，nf0.059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.

26、6 X 有效容積，m0.62.7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，C30操作壓力，MPa4.48工況下氣體流量，m/s0.02513工況下氣相密度，kg/m33.85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A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥泄放量（kg/h）29743.34開啟壓力（MPa4.

27、95MPa通道截面積（mm2826公稱通徑(mrhDN35公稱壓力(MPa6.4表2-12安全閥的選型結(jié)果安全閥類型A42Y-64型彈簧封閉全啟式安全閥泄放量，kg/h29743.34開啟壓力，MPa4.95MPa通道截面積，mm826公稱通徑，mmDN35公稱壓力，MPa6.42.8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。c 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

28、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天然氣天然氣天然氣水設(shè)計溫度，C505050250250505050設(shè)計壓力，Mpa55555555工況下的輸量，n/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

29、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，mm772.2442.22.21.7管線規(guī)格 190X7 190X7 60X 2.2 89X4 89X4 60X 2.2 60X 2.2 10X 1.5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/s10.0310.2410.479.578.4310.5110.590.962.9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)

30、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序號名稱及規(guī)格單位數(shù)量PN

31、1.6 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1不銹鋼雙金屬溫度計（徑向）測量范圍：0400C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吸附計算吸附器直徑計算通過HYSY軟件，已知處理量為1736.8kmol/h原料氣在4500kPa 30E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：0.001112 1736.8 1000 0.01834.76kg/h。吸附周期T=8h

32、,總共脫水：8 34.76278.12kg。操作條件（30C, 4.5MPa下氣體體積流量：Q=877.74rr/h操作條件（30C, 4.5MPa下氣體質(zhì)量流量：Gg 2974334kg/h。 已知分子篩密度b 660kg/m3，分子篩Dp 0.0032m。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：0 5G C b gDp .（3.1）式中G 允許的氣體質(zhì)量流速，kg /（m2 s）；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 ; b 分子篩的堆密度，kg/ m3 ；g 氣體在操作條件下的密度，kg/ m3 ；Dp 分子篩的平均直徑（球形

33、）或當(dāng)量直徑（條形），m已知分子篩密度 b 660kg/m3，分子篩Dp 0.0032m。因此，0 52G 36000.29 660 33.89 0.0032 .16401.525kg /（m2 h）吸附塔的截面積：2F 29743 .3416401 .5251.8134 m。直徑：D （1.8134/0.785）051.52m，取 1600mm 則 F=2.0096nt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：287.12/0.083589kg則分子篩的體積為：V 3589 / 6605.44m3取20%勺裕量，31.2V=1.2 X 5.

34、44=6.528m床層高：hT 創(chuàng) 衛(wèi)型8 3.248m，取3.2m,高徑比約3.2/1.6 2。F 2.0096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：hz 1.41A0.7895q0.5506vg0.2646(3.2)式中Hz吸附傳質(zhì)區(qū)長度，mA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，kg/(m2 h)；v g空塔線速，m/min；進吸附塔氣體相對濕度，%q = 34.76/2.0096 = 17.30 kg/(m2 h)氣體流速:Vg Q/Fhz 1.41877.74/2.00960.1213m s 7.278m min0.67 27807

35、3 1000.26460.7961m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。吸附劑的有效吸附容量校核由天然氣脫水設(shè)計規(guī)范：xh T xShT 0.45hZxS(3.3)式中X 吸附劑的有效吸附容量，kg水/100kg吸附劑；X s動態(tài)平衡濕容量，kg水/100kg吸附劑；Ht吸附塔床層高度，mh z傳質(zhì)區(qū)長度，0 08 3 2 Xs0.0901(kg 水/kg 分子篩)3.20.45 0.7961吸附劑的動態(tài)平衡濕容量Xs大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。轉(zhuǎn)效點計算由天然氣脫水設(shè)計規(guī)范(3.4)式中 9 b到達轉(zhuǎn)效點時間，分子篩的堆密度，選

36、用的分子篩有效吸附容量,h；kg/m30.01x bhTh t整個床層長度，m q 床層截面積的水負荷，kg/(m2 h)。p b=660kg/m3 ； x=8% hT=3.2m； q=17.30kg /(m2 h)0.01 8 6603.2B9.77h> 8h,17.3符合設(shè)計要求。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：2P/L B Vg C gVg(3.5)式中 P壓降，kPa；l床層咼度，m卩氣體粘度，mPa s；v g氣體流速，m/min；p g氣體操作狀態(tài)下的密度，kg/ m3。分子篩選用3.2mm直徑球形，查得則 B=4.155, C=0.00135。溫度30C

37、,壓力4500kPa的操作條件下，已知 p g=33.89kg/ m3， 卩=0.0125mPa s，氣體流速 Vg=7.278m/min。P 3.2 (4.155 0.0125 7.278 0.00135 33.89 7.2782)8.96kPa規(guī)范規(guī)定吸附時氣體通過床層的壓降宜小于等于0.035MPQ不宜高于0.055MPQ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。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

38、認為單位 時間內(nèi)流過設(shè)備的氣體質(zhì)量流量，即 Gg=Gg 29743 .34kg/h。(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。可按下面方法確定：當(dāng) pw 1.8MPa時，Po=P+O.18MPa當(dāng) 1.8MPa<Pc 7.5MPa時，Po=1.1P當(dāng) P>7.5MPaP寸，Po=1.O5P(3.6)式中p 被保護設(shè)備或管道操作絕對壓力，MPaP 0安全閥設(shè)定壓力，MPa吸附塔操作壓力 P=4.5MPa由于1.8MPa<Pc 7.5MPa,貝U：P01.1P1.1 4.54.95MPa

39、(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Pa表示。對于安裝在無火壓力容器上的安全閥：Pa =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：Pm Po P(3.7)式中P m安全閥最高泄放壓力，MPap o安全閥設(shè)定壓力，MPaP a安全閥超壓，MPaP=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

40、的臨界流動壓力值，氣體臨界壓縮比可按下式計算:k(3.8)2 k 1ck 1式中(T 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Pb Pcr cP，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:A13J6WTZC0 X P Kb ; M(3.9)式中A最小泄放面積，口金W 質(zhì)量泄放流量，kg/h ；C 0流量系數(shù)，由制造廠提供，若沒有制造廠的數(shù)據(jù)，則取G=0.975 ；irrQ "k1X 氣體特性系數(shù)，X 520-k ,k為絕熱系數(shù)； k 1p泄放壓力，MPaKb 背壓修正系數(shù)，對于彈簧式安全閥 &=1.

41、0 ；T 泄放溫度，K；Z 氣體壓縮因子;M 分子量。在4500kPa 30 C工作條件下，查 HYSY歎件可得k=1.444，貝X 5202.44420.4441.4442.444360安全閥的直徑:13.16 29743.340.975 360 5.4 1303 0.902317.125826 mm2DJ4 82632.4mm. 3.14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6.4MP&3.2吸附塔的壁厚計算及選型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筒有效

42、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=300C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)Ci C2式中 s吸附塔的壁厚，mn;pc設(shè)計壓力，MPaD吸附塔管內(nèi)徑，mmt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 ;C 1鋼板負偏差，取0.8mmC2 吸附塔腐蝕裕量，取1mm0.8 133.49 mm5 16002 143 0.9 5向上圓整后取34mm分子篩吸附塔的壁厚校核分子篩吸附塔名義壁厚為3

43、4mm有效壁厚：S =34-0.8-1=32.2mm。反算出吸附塔最大允許工作壓力為：t22 32.2 143 0.9P5.07MPaDi32.2 1600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

44、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所示。封頭材料選為16MnR氐合金壓力容器用鋼，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曲面咼度h1mm直邊高度h2mm厚度 mm內(nèi)表面積A22m容積V3 m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

45、等，即1600+2X12=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：根據(jù)天然氣脫水設(shè)計規(guī)范(SY0076-2003)，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 20mnt勺瓷球，厚度均為200 mm 在分子篩

46、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。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兩端采用標準橢圓圭寸頭如表 2-5所示，圭寸頭高度為2X( 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(HG20583-1998)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)

47、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 C吸附器床層高度：3200 mm吸附器內(nèi)徑：1600 mm吸附器筒體壁厚：34mm吸附器筒體材料：16MnR(Q345R鋼板圭寸頭形式：橢圓形圭寸頭封頭壁厚：12mm封頭材料：16MnR (Q345R鋼板裙座高：1500mm裙座壁厚：12mm裙座材料：16MnR( Q345R鋼板應(yīng)力校核徑向應(yīng)力:PDi51.634t1 120.15MPaCT220.034PDi51.634t260.07MPaT440.034環(huán)向應(yīng)力：符合設(shè)計要求質(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、

48、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:m V (S 外 S內(nèi))h(3.11)7850 3.14 5.52 2(1.668 1.6 )7532 kg封頭質(zhì)量：2m=552.74kgs內(nèi)）h附件質(zhì)量：m=0.25 （圓筒質(zhì)量+圭寸頭質(zhì)量+裙座質(zhì)量）=2255.4kg 裙座質(zhì)量：(3.11 )m V(S 外D外D內(nèi)447850 3.14 1.52 2(1.6241.6)4937.6kg鋼材總質(zhì)量為：m=11277.7kg分子篩質(zhì)量計算：m2 SHt 660 工43.23.14 1.62660 -43.24244.3kg瓷球重量計算:床層上下各

49、鋪200mn瓷球，瓷球堆密度2Di muSh 250042500kg/m33.14 1.620.42500 -40.42009.6kg3.3再生計算再生熱負荷計算用貧干氣加熱，進吸附器溫度 260 C,分子篩床層吸附終了后溫度t1=35 C （即床層溫升5 C ）, 再生加熱氣出吸附器溫度200 C,1床層再生溫度是t2丄260 200230C,kJ/(kg. C),0.52預(yù)先計算在230 C時，分子篩比熱0.96 kJ/（kgC），鋼材比熱瓷球比熱0.88 kJ/ （kg C）。再生氣在 260C、1733.72 kPa 的熱焓：-3776.58 kJ/kg，再生氣在 115 C、1733

50、.72 kPa 的熱焓：-4167.30 kJ/kg。再生熱負荷計算如下：再生加熱所需的熱量為Q貝U：Q Q1 Q2 Q3 Q4（3.12）式中Q 1加熱分子篩的熱量，kJ;Q 2加熱吸附器本身（鋼材）的熱量，kJ;Qa 脫附吸附水的熱量，kJ;Q 4加熱鋪墊的瓷球的熱量，kJ。所以:Q1m1Cp1(t2 S4244.30.96(23035)794533kJQ2m2Cp2(t2 G11277.70.5(23035)1099575.75kJQ3m3 4186.8278.12 4186.81164432.8kJQ4m4Cp4(t2J)2009.60.88(23035)344847.36kJ加10%勺熱損失，Q 1.1(Qi Q2 Q3 Q4)1.13743727 .8kJ設(shè)再生加熱時間t=4.5小時，每小時加熱量為：q 3743727.8/4.5 831939.5kJ/h再生氣量計算1再生氣出口平均溫度 1 (200 35)117.5 C,壓力4500kPa,2其熱焓為-4226 kJ/kg。再生氣在 260C、4500kPa 的熱焓：-3826kJ/kg。每千克再生氣給出熱量：q h h 260