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1、设计要求 原料气压力为，温度30C,工艺流程要求脱水后含水量在1ppm以下(质)，采 用球形4A分子筛吸附脱水，已知4A分子筛的颗粒直径为3.2mm,堆密度为660kg/m3,吸附周期采用 8 小时。其具体内容如下：1.绘制天然气脱水工艺流程图；2.确定工艺流程的主要工艺参数；3.对脱水系统中主要设备进行工艺计算，并确定主要设备的结构尺寸和型号。4.确定流程中主要管线的规格(材质、壁厚、直径)。5.编写工程设计书。设计范围 分子筛吸附塔装置 导热油换热单元 过滤器 再生气分离器 连接管道 排污放空系统 安全阀，调压阀 设计原则 1)贯彻国家建设基本方针政策，遵循国家和行业的各项技术标准、规范。
2、2)贯彻“安全、可靠”的指导思想，紧密结合上、下游工程，以保证中央处理厂 安全、稳定地运行。3)根据高效节能、安全生产的原则，采用先进实用的技术和自控手段，实行现代 化的管理模式，实现工艺、技术成熟可靠、节省投资、方便生产。4)充分考虑环境保护，节约能源。气质工况及处理规模 气体处理规模：100X104 m3/d 原料气压力：MPa 原料气温度：30 C 脱水后含水量：1 ppm 天然气气质组成见表1-1。表 1-1 天然气组成表（干基）组分 H2 He N2 CO2 C1 C2 mol%组分 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C6+mol%分子筛脱水工艺流程 1.5.1 流程选择 本装置
3、所处理的湿净化气流量为 100X104m3/d（20C、标准状态下）。对于这样 规模较大的分子筛脱水装置，可以采用2个吸附塔或3个吸附塔两种方案（分别简称 两塔方案、三塔方案）。而相同工艺不同方案的操作情况与投资数据却完全不同，现 将两塔方案、三塔方案的操作情况与投资情况进行比较，从而选择出最佳方案。在两塔流程中，一塔进行脱水操作，另一塔进行吸附剂的再生和冷却，然后切换 操作。在三塔或多塔流程中，切换的程序有所不同，通常三塔流程采用一塔吸附、一 塔再生、一塔冷吹同时进行。表 1-2 三塔方案（常规）时间分配表 吸附器 08h 8 16h 1624h 分子筛脱水塔 A 吸附 加热 冷却 分子筛脱
4、水塔 B 冷却 吸附 加热 分子筛脱水塔 C 加热 冷却 吸附 由表1-1可以看出，在三塔方案中，加热炉连续工作，并且冷吹再生时间长，期 间的加热、冷却功率相对较小，三塔流程灵活性较高。表 1-3 两塔方案（常规）时间分配表 吸附器 08h 8 16h 分子筛脱水塔 A 吸附 加热/冷却 分子筛脱水塔 B 加热/冷却 吸附 由表1-2可以看出，分子筛两塔脱水装置运行时，始终保持一塔处于吸附状态，另一塔处于再生状态。因此，加热炉操作不连续，点火、停炉频繁，不利于装置的长 周期正常、平稳运行，且会造成一定的热损失。但两塔流程简单，其吸附时间增长，能耗大大降低。两塔流程较三塔流程减少1座吸附塔，大大
5、节约了设备采购费用。由 于设备数量的减少，操作维护费用也将大大降低。同时，由于减少了设备、工艺管线 的数量，实际上也相应削减了管线、设备穿孔泄露的风险，提高了安全可靠性。且吸 附、再生、冷却过程为密闭过程，对环境污染少。两塔流程由装填有分子筛的两个塔组成，假设塔2在进行干燥，塔1在进行再生。在再生期间,所有被吸附的物质通过加热而被脱吸，为该塔的下一个吸附周期作准备。湿原料气一般经原料气过滤分离器，除去携带的液滴后自上而下地进入分子筛脱水塔（塔2）,进行脱水吸附过程。脱除水后的干气一般经产品气粉尘过滤器除去分子筛粉尘 后，作为本装置产品气输送出去。且选用两塔流程仍有扩建空间。若以后天然气处理量逐
6、步增大，可能导致分 子筛床层内气体流速增大，部分分子筛被击碎，并被原料气携带进入粉尘过滤器，造 成粉尘过滤器滤网堵塞，装置运行不平稳。则可对分子筛脱水工艺流程进行改造，在 原两塔的基础上增加一台同规格的分子筛干燥塔，将 两塔流程”改为 三塔流程”同 时增加配套的自控系统，以完成扩建。因此，本设计中米取分子筛两塔吸附脱水流程。1.5.2 分子筛脱水工艺流程介绍 附图1为吸附法脱水流程。原料气自上而下流过分子筛吸附塔进行吸附脱水，脱 水后的干气含水小于1 ppm,分子筛出口原料气经分子筛出口过滤器除去其中夹带的 分子筛粉尘和杂质后进制冷单元。分子筛干燥器采用两塔操作流程，8小时自动切换1次，原料气
7、切换到已再生完 毕的分子筛吸附塔进行吸附脱水，水饱和的吸附塔经再生、冷吹完成再生过程。再生 气可以用干气或原料气，将气体用热油导热的方式进行加热，加热到一定温度后，进 入吸附塔再生。当床层出口气体温度升至预定温度后，则再生完毕。此时将加热器停 用，再生气经旁通入吸附塔，用于冷却再生床层。当床层温度冷却到要求温度时又可 开始下一循环的吸附。吸附塔出再生气经再生气冷却器冷却，进入再生气分离器，分 出游离水后作为生活及装置用气。吸附操作时塔内气体流速最大，气体从上向下流动，这样可使吸附剂床层稳定，不致动荡。再生时，气体从下向上流动，一方面可以脱除靠近进口端被吸附的物质，并且不使其流过整个床层。另外，
8、可使床层底部干燥剂得到完全再生，因为床层底部 是湿原料气吸附干燥过程最后接触的部位，直接影响流出床层的干燥天然气质量。遵循的主要标准、规范 SY/T 0076-2003天然气脱水设计规范 HG/T 安全阀的设置和选用 SY/T 0524-2008导热油加热炉系统规范 GB/T 8163-2008输送流体用无缝钢管 GB/T 17395-2008无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差 GB 50251-2003输气管道工程设计规范 GB 50350-2005油气集输设计规范 GB 8770-1988分子筛动态水吸附测定方法 GB/T 9019-2001压力容器公称直径 GB 150-1998钢制压力
9、容器 SH3098-2000石油化工塔器设计规范 JB731-2008锅炉和压力容器用钢板 SY/T 0515-2007油气分离器规范 HGT21618-1998丝网除沫器 2 工艺参数及设备选型 工艺参数优选 分子筛脱水由吸附和再生两部分组成，吸附采用双塔流程，再生加热气和冷吹气 采用干气，加热方式采用导热油炉加热。其主要设备由分子筛吸附器、再生气加热炉、再生气冷却器、再生气分离器。选用 4A 分子筛脱水，其特性如下：分子筛粒子类型：直径 3.2mm 球形 分子筛的有效湿容量：8kg（水）/100kg（分子筛）分子筛堆积密度：660kg/m3 分子筛比热：（kg-C）瓷球比热：（kg C）操
10、作周期为 8小时，再生加热时间为小时，再生冷却时间为小时，为小时。加热炉进口温度为 30C，加热炉出口温度为275C。由 HYSYS 软件计算出的基础数据如下：原料气压力：原料气温度：30C 床层温度：35C 天然气气体流量：29743.34kg/h 饱和含水量：34.76kg/h 天然气相对湿度：100%天然气在、30 C下的密度：33.89kg/m3 天然气在、30C时粘度：再生加热气进吸附器的压力：4500kPa 再生加热气进吸附器的温度：260C 再生加热气出吸附器的温度：200C 再生气在260C、4500kPa下的密度：17.44kg/m3 再生气在 260C、4500kPa的热焓
11、：-3826kJ/kg 再生气在 117.5C、4500kPa 的热焓：-4226kJ/kg 再生气在 275C、4500kPa的热焓：-3780kJ/kg 干气温度：30C 干气压力：4500kPa 干气将床层冷却到：30C 干气在 30C、4500kPa的密度：33.88 kg/m3 干气在 30C、4500kPa的热焓：-4448 kJ/kg 干气在 130C、4500kPa的热焓：-4193 kJ/kg 干气在30 C、4500kPa下的低位热值：49210 kJ/kg操作切换时间 物料平衡表 表 2-1 100X104m3/d 天然气分子筛脱水装置设计物料表 物料流 1 2 3 4
12、5 6 7 气体分率 1 1 1 1 1 0 温度，C 30 35 30 260 30 压力，KPa 4500 4500 4500 4500 4480 4450 4450 摩尔流量，kmol/h 质里流里，kg/h 液体体积流量,m3/h 热流量，kJ/h+08+08+07+07+07+07+05 质量密度,kg/m3 分子量 压缩因子 一 粘度,cp 一 组 成（mol%）氢气 0.0969 0.0000 氦气 0.0519 0.0000 氮气 0.5397 0.5494 0.0003 二氧化碳 0.0260 0.0004 P 0.0000 乙烷 0.0000 P 0.7164 0.7292
13、 异丁烷 0.1187 0.1209 0.0000 正丁烷 0.1531 0.1558 0.0000 异戊烷 0.0550 0.0559 0.0000 P 0.0510 0.0519 0.0000 正己烷 0.2552 0.2597 0.0000 水 0.1114 分子筛吸附器的选型 分子筛脱水属于吸附法脱水，一般用于水露点要求控制较低的场合，其露点深度 可达到-90C，保证含水量在1ppm以下。分子筛脱水有两塔和三塔流程之分。由于分 子筛的吸附和再生过程中的温度 压力的循环变化，分子筛干燥器的设计制造要求严 格，成本较咼。运行一段时问后，分子筛出口气体中往往携带分子筛粉尘，可利用多滤芯的粉尘
14、 过滤器净化天然气。气体从外表面进入滤芯，杂质被阻挡在滤体表面和内部，在滤芯 表面形成一层均匀的滤饼，由于颗粒的架桥效应，而进一步提高了过滤精度。生产实 践中，工厂技术人员可根据气质条件及运行时问长短来决定滤芯更换频率。表 2-2 吸附器计算选型结果表 吸附器 内径（mm）DN1600 设计压力（MPa）5 设计温度（C）300 床层咼度（mm）3700 筒体壁厚（mm）39 筒体材料 16MnR(Q345R)操作周期（h）8（再生加热时间，冷吹时间，切换时间）封头类型 椭圆式封头 类型 立式 筒体高度（mm）4500 分子筛类型 4A 条形分子筛 装填顺序 由下至上 分子筛厚度（mm）250
15、0 封头 内径（mm）1600 材料 16MnR 低合金压力容器用钢 厚度（mm）12 质量（kg）裙座 类型 圆筒形裙座 质量（kg）壁厚（mm）12 外径（mm）1624 高度（m）1 粉尘过滤器的选型 吸附塔单元后，设置粉尘过滤器，对天然气进行精细过滤，除去粒径 1 m的尘 埃等。精细过滤设备选择由多层高密度网格材料形成的、兼备厚度型和褶皱型特点的 聚结滤芯，考虑到不同大小的杂质在气流中表现出的不同特性（较大的颗粒呈直线运 动，较小的颗粒做布朗运动），采用筛、挡和阻的方式，捕捉杂质微粒。在气质恶化 或长时问运行后，滤芯的压差会上升得很快，达到一定值时，就必须及时更换滤芯。在设备人口处设置
16、隔离挡板，避免进入设备的气体接触到已分离出的液体，并减少液 体被重新带人气体中的机会。减少已分离液体的携带量是提高分离效率的有益补充。本设计采用两个SBFQ系列型粉尘过滤器并联使用。SBFQ型气体过滤器是一种 新型、高效气体除尘设备，广泛用于石油、天然气工业部门一般含尘量的气体主管线 和旁通管。亦是城市天然气、煤制气输配系统安全、可靠运行不可缺少的气体净化设 备。具有结构先进、除尘效率高、操作维护方便等优点。选型结果见表 2-3。表 2-3 粉尘过滤器规格 f-设备名称 工艺参数及几何尺寸 -一 粉尘过滤器 工作温度，C 30 工作压力，kPa 4500 气体体积流量，m3/h 过滤精度，ym
17、 5 过滤器计算截面积，m2 过滤器选用外径，mm 300 过滤器型号 SBFQ 5 C 再生气加热炉的选取 本设计主要采用导热油供热系统进行加热。导热油供热系统以导热油为载热体。导热油在炉中加热后，利用热油泵将其送给 各用热设备,再返回炉中重新加热，从而形成闭路循环。导热油作为工业传热介质具有 以下特点：在几乎常压的条件下，可以获得很高的操作温度。即可以大大降低高温 加热系统的操作压力和安全要求，提高了系统和设备的可靠性；可以在更宽的温度范 围内满足不同温度加热、冷却的工艺需求，或在同一个系统中用同一种导热油同时实 现高温加热和低温冷却的工艺要求。即可以降低系统和操作的复杂性；省略了水处理
18、系统和设备，提高了系统热效率，减少了设备和管线的维护工作量。即可以减少加热 系统的初投资和操作费用；在事故原因引起系统泄漏的情况下，导热油与明火相遇时 有可能发生燃烧，这是导热油系统与水蒸气系统相比所存在的问题。但在不发生泄漏 的条件下，由于导热油系统在低压条件下工作，故其操作安全性要高于水和蒸汽系统。2.5.1 工艺流程 主要设备有：导热油炉、热油主循环泵、热油辅循环泵、膨胀罐。整个供热系统主要由导热油炉、燃烧器、膨胀罐、储油罐、热油循环泵、供热管 网和热用户组成。其加热原理是燃料经燃烧器充分燃烧后产生的高温火焰和烟气，通 过辐射和对流方式加热炉管中的导热油，热油达到设定的温度后在主循环泵的
19、驱动下 将热能带出，一部分以液相方式直接输至再生气加热器加热再生气，另一部分则通过 温度控制流量调节阀与回流低温热油减温混合达到低温位热用户其中低温位系统设 独立的热油辅循环泵提供系统循环动力。该系统中各工艺用热设备内的导热油以自身的显热方式与用户进行热交换，梯级 利用后，经热油主循环泵回输至导热油炉继续加热，形成一个完整的闭合回路，往复 循环使用。导热油受热膨胀时的体积增加量由膨胀罐来吸收，储油罐主要是用来存储 系统导热油和接收膨胀罐溢流出的导热油。2.5.2 导热油的选型 导热油炉的流速，国外文献推荐为 24m/s。由于油品储运加热系统负荷波动较 大，因此要求在导热油供回油管道上设一旁通阀
20、或压控阀组，当外界负荷降低时，导 热油的循环量下降，为了保证导热油炉内的流速，可打开旁通阀或压控阀组，将一部 分导热油通过旁路回到导热油炉，以增加进入炉内的导热油流量。国内目前设计导热油流速一般取3m/s，此设计中取导热油流速为3m/s，经比较 YDX系列，X6D系列，JD系列导热油的比热，密度及热功率后，导热油型号选择 YD 325导热油，因为它的比热更大，密度较轻且发热功率更大。表 2-4 导热油系统选型结果表 导热油炉型号(125)-Y/Q-1200KW 导热油型号 YD 325 导热油流速（m/s）3 总循环油量（m3/h）另附导热油炉（125）-Y/Q-1200KW 和导热油YD 3
21、25的技术参数:表 2-5 导热油炉技术参数 参数 额定热功 热效率 设计压力 最高介质 循环油量 设备名称 率(MW)(%)（MPa）温度（C）(m3/h)(100)-Y/Q 80 1 350 65 表 2-6 YD 325 导热油工艺参数表 7温度（C）物理特性 50 100 150 200 250 300 350 密度（kg/m3）1007 972 936 910 874 845 821 比热 C(kJ/kg C)热功率（MW）再生气分离器的选型 根据100万方分子筛脱水工艺流程图，本装置中含有一个再生气分离器，其中 液量较少，从经济效益出发，选用立式重力分离器。计算结果及选型结果见表
22、2-7 表 2-7 再生分离器计算结果及选型结果 f -_ 设备名称 工艺参数及几何尺寸-再生气分离器 原 始 数 据 操作温度，C 30 操作压力，MPa 工况下气体流量，m/s 工况下气相密度，kg/m3 工况下液相密度，kg/m3 1005 工况下气体粘度，mPas 工况下气体的压缩因子 型式 立式重力式 计 算 值 f(Re2)阻力系数 54 液滴沉降速度，m/s 分离器直径计算值，m 捕雾器气流允许速度，m/s 捕雾器面积计算值，m2 续表 2-7 设备名称 再生气分离器 选 用 值 选用公称直径，mm 600 筒体长度，mm 1800 捕雾器厚度，mm 150 材质 16MnR 型
23、号 X 有效容积，m3 安全阀的选型 根据HG/T安全阀的设置和选用和油气田常用阀门手册选用 A42Y-64型 弹簧封闭全启式安全阀。其主要参数如表 2-8：表 2-7 再生分离器计算结果及选型结果 A42Y-64型弹簧封闭全启式安全阀 安全安全阀类型 A42Y-64 型弹簧封闭全启式安全阀 泄放量，kg/h 泄放量(kg/h)开启压力 MPa 通道开启压力mMPa)826 通道截面积mmm2)DN356 公称通径(mm)DN35 公称压力(MPa)公称压力，MPa 表 2-12 安全阀的选型结果 管线的选型 按照输送流体用无缝钢管(GB/T 8163-2008),选择系统内用无缝钢管管 材为
24、无缝钢管设备名称 工艺参数及几何尺寸 再生气分离器 原 始 数 据 操作压力，MPa 工况下气体流量，m/s 工况下气相密度，kg/m3 工况下液相密度，kg/m3 1005 工况下气体粘度，mPas 工况下气体的压缩因子 操作温度，C 30 型式 立式重力式 20号。as为245MP。则可根据无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏 差(GB/T 17395-2008)选择较为合适的无缝钢管外径及标准壁厚。管线选型结果如表2-9所示。表 2-9 管线选型结果 管线 原料气进塔 管线 原料气出塔 管线 再生气进塔 管线 再生气出炉 管线 再生气出塔 管线 再生气进分 离器管线 再生气出分 离器气相 管
25、线 再生气出分 离器液相管 线 基 础 数 据 流体介质 天然气 天然气 天然气 天然气 天然气 天然气 天然气 水 设计温度，C 50 50 50 250 250 50 50 50 设计压力，Mpa 5 5 5 5 5 5 5 5 工况下的输量，m3/s 经济流速，m/s 10 10 10 10 10 10 10 1 计 算 数 据 计算管线内径，mm 177 178 57 80 75 57 57 计算管线壁厚，mm 计算管线外径，mm 选 型 结 果 选取管线外径，mm 190 190 60 89 89 60 60 8 选取管线壁厚，mm 7 7 4 4 管线规格 190X7 190X7
26、60 X 89X4 8X4 60 X 60 X 10X 管线材质 无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#实际流速，m/s 材料设备表 表 2-10 材料设备附表 序号 名称及规格 单位 数量-一-工艺设备 1 埋地卧式储油罐 15 m3 个 3 30 m3 个 1 2 立式重力分离器 个 1 3 天然气压缩机 个 1 4 篮式过滤器 SBL14 台 2 5 污水罐 座 1 6 调压计量撬装 套 1 7 高压储气井 口 6 8 卧装篮式过滤器 SBL-W 台 1 9 调压器 1 -40C -16C 3.1.
27、130C 0.001112 1736.8 1000 0.018 34.76kg/h 8 34.76 278.12kg 30C877.74m 330C Gg 2974334kg/h b 660kg/m3 Dp 0.0032m G C b gDp 0.5 kg/(m2 s)b m3 g m3 b 660kg/m3 Dp 0.0032m F 29743.34 16401.525 1.8134 m2(1.8134/0.785)0.5 1.52m 1600mm2.0096m23.1.28kg100kg 3589/660 5.44m36.3 1.2V 6.528 528m hT 057895 3.248m
28、 3.2m3.2/1.6 23.1.3 h 1 41A F q 2.0096 2 2 hz 1.41A 0.5506 0.2646 kg/(m2 h)kg/(m2 h)3.1.4 Vg 0 08 3 2 xh T XshT 0.45hzXs 100kg100kgXs 0.01x bhT B 0.01 8 660 3色 0.0901 3.1.5 3.2 0.45 0.7961 m3 kg/(m2 h)660kg m33.2mkg/(m2 h)17.3 m37.278m3.1.7Gg 29743.34kg/h Pm k 1P0 P 13.16W TZ.CoPcD P 心；M C 2 9.77h3.
29、1.6 P/L B vg C gv2 m：3.2mm30C33.89kg 2 X 520 k k 1 0.8mm1mm k 1 Pb Pcr k 1 k 1 t 30 C 35mm3.2.15.5m300C 7850kg 5 1600 cP 2 143 0.9 5 0.8 1 33.4934mm3.2.2 Pc 234mm32.2mm3.2.34500 mm4A2500 mm20 mm200 mm1600 mm12mm276.37kg mm34mm12mm1500mm12mm3.2.43.2.5m V（S外 S内）h 2m552.74kg2255.4kg m V（S外 S内）h 11277.7
30、kg200mm2500kg3.3.1260 C t,35 C5 C200 C 1 t2-260 200 230C230 C,瓷球比热 kJ/（kg C）o 2 再生气在260C、kPa的热焓：kJ/kg，再生气在115 C、kPa的热焓：kJ/kg。再生热负荷计算如下：再生加热所需的热量为 Q,贝 Q Q1 Q2 Q3 Q4 式中 Q1-加热分子筛的热量，kJ；Q2-加热吸附器本身（钢材）的热量，kJ；Q3-脱附吸附水的热量，kJ;Q4-加热铺垫的瓷球的热量，kJo 所以：加10%的热损失，设再生加热时间t=小时，每小时加热量为：3.3.2 再生气量计算 1 再生气出口平均温度 丄（200 3
31、5）117.5 C,压力4500kPa,2 其热焓为-4226 kJ/kg。再生气在 260C、4500kPa 的热焓：-3826kJ/kg。每千克再生气给出热量：qH h 260 h 117.5 3826 4226 400 kJ/kg 每小时需再生气量:q 831939.5/400 2079.8 kg/h 换算成标准条件下（20C,）的体积流量为 2913.7m3/h0 加热气所需面积效核：再生加热气4500kPa,260E下的p=17.44kg/m3,气体从下往上流则 C取，加热 气允许质量流量：吸附器的床层面积为2.0096m2，所以满足要求 3.3.3 冷却气量计算 将床层温度自230
32、C冷却到30C，则冷却热负荷如下：Q1 4244.3 0.96(230 30)814905.6 kJ Q2 11277.7 0.5(230 30)1127770 kJ Q4 2009.6 0.88(230 30)353689.6 kJ 加上10%的裕量：Q冷 1.1(Q1 Q2 Q4)2526001.72 kJ 设冷却时间小时，每小时移去热量 2526001.72/3.2 789375.5 kJ/h。冷却气进口温度 30C，压力4500kPa其热焓为-4448 kJ/kg。而出口平均温度tm 0.5 230 30 130 C,压力4500 kPa,其热焓为-4193 kJ/kg 每千克再生气给
33、出热量：qH h 130 h 30 4193 4448 255 kJ/kg 每小时需冷却气量：q 789375.5/255 3095.6 kg/h C b gDp 0.5 0.167 660 17.44 0.0032 0.5 2.48 kg/(m2 s)再生加热气所需面积：F 2079.8 2.48 3600 2 0.233 m2 换算成标准条件下（20C,）的体积流量为 4336.8m3/h。冷却气所需面积效核：冷却气4500kPa,30C下的p为33.88 kg/m3，气体从下往上流则C取，加热气 允许质量流量：冷吹气量和热吹气量不等。实际操作中考虑到气量波动，为了使装置操作平稳，冷吹气量
34、和热吹气量均采用 4336.8m3/h（20C,）。根据0076-2003天然气脱水设计规范介绍，床层不能有任何摩擦和振动，所 以吸附与再生进行切换时应控制升压与泄压速度，一般要求小于 MPa/min。此设计 的吸附塔吸附、再生、冷却均在的操作压力下进行，床层运行稳定。热油导热工艺计算及设备选型 3.4.1 导热油加热系统设计负荷计算 设进加热炉干气温度30 C,出加热炉气体温度比进吸附器温度再高 15 C,即 275 C，4500 kPa 的热焓为-3780 kJ/kg,在 30 C、4500 kPa 的热焓为-4448 kJ/kg。Q1 qmH Hut H in 3095.6 3780 4
35、448/3600 574.4 kW 由以上计算得再生气所需热负荷。Q 1.2Q1 1 q kJ/h 式中 Q导热油加热站的设计负荷，kJ/h；Q1用户的用热量（这里指再生气用热量），kJ/h；q导热油供热系统的热损失，一般可取用户用热量的 35%。实际热负荷需求：Q 1.2Q1 1 q 1.2 574.4 1 0.05 723.7 kw 再生加热气所需面积：F q 3095.6 0.2487 m2 G 3.457 3600 G 0.5 C b gDp 0 5 o 0.167 660 33.88 0.0032.3.457 kg/(m2 s)吸附器的床层面积为2.0096 m2,所以满足要求 根据
36、所需热负荷，选择（125）-Y/Q型导热油炉两台（一台导热炉正常工作，另 一台备用），额定热功率1500 kW。3.4.2 导热油系统总循环油量计算 G Q/c1t1 c2t 2 式中 G导热油的总循环量，kg/h;Q导热油炉的额定热功率，kJ/h；ti 导热油供油温度，c；t2导热油回油温度，C；ci导热油在ti温度时的比热，kj/(kg.c)，设计时一般取C=kj/(kg.c)；C2导热油在t2温度时的比热，kJ/(kg.C)，设计时一般取C=kJ/(kg.C)。所以，G Q/c1t1 c2t2=1200 3600/X300)=27531.9 kg 取 10%的裕量，贝U G=27531.
37、9 kg/h，300C 密度 p=845g/m 则循环量：V=845=32.6 m3/h 3.4.3 导热油的输送 导热油炉的流速，国外文献推荐为 24m/s。由于油品储运加热系统负荷波动较 大，因此要求在导热油供回油管道上设一旁通阀或压控阀组，当外界负荷降低时，导 热油的循环量下降，为了保证导热油炉内的流速，可打开旁通阀或压控阀组，将一部 分导热油通过旁路回到导热油炉，以增加进入炉内的导热油流量。国内目前设计导热油流速一般取3m/s，此设计中取导热油流速为3m/s。3.4.4 燃料气量 燃料气在4500 kPa 30 C下的低位热值为49210 kJ/kg。x/Q G 5鮎 C2t2 275
38、31.9(2.93 320 2.55 300)”V 120.7 kg/h H H 49210 0.8 粉尘过滤器 粉尘过滤器用于滤掉天然气中携带的分子筛粉末，流程中两个过滤器并联使用。通过对比，选用启东汇龙混合设备厂生产的 SBFQ型气体过滤器。SBFQ型气体过滤器是一种新型、高效气体除尘设备，广泛用于石油、天然气工 业部门一般含尘量的气体主管线和旁通管。亦是城市天然气、煤制气输配系统安全、可靠运行不可缺少的气体净化设备。具有结构先进、除尘效率高、操作维护方便等优 点。选型结果见表3-2。表 3-2 粉尘过滤器规格 粉尘过滤器 工艺参数及几何尺寸 设备名称 工作温度，c 30 工作压力，kPa
39、 4500 气体体积流量，m3/h 过滤精度，ym 5 过滤器计算截面积，m2 过滤器选用外径，mm 300 过滤器型号 SBFQ 5 C 再生气分离器 根据油气集输设计规范(GB50350-2005),立式重力分离器的直径可按以 下公式进行计算：D 0.350 1,K1PWO 式中 D分离器内径，m；qv 标准参比条件下气体流量，m3/h；T操作温度，K；Z气体压缩因子;P操作压力(绝)，MPa；2气体在操作条件下的粘度，Pas；Ki-立式分离器修正系数，一般取 Ki=；查得:f=54。4 9.81 0.0001 1005 33.85 2 g-重力加速度，g=9.81m/s；dL液滴直径，取
40、为100 x10-6m；P-液体的密度，Kg/m3；p气体在操作条件下的密度 f 阻力系数。用式f Re 图得出f值。，Kg/m3；4gdL G计算出f(Re2)，在通过查 Wo 液滴沉降速度，m/s,Wo 4gdL L G 3 Gf Wo 0.026 m/s 3 0.350 10 4338 303 0.9023 0.8 4480 0.026 0.039 m X 3 33.89 54 根据油气集输设计规范(GB50350-2005),立式重力分离器内通过丝网捕 雾器的设计速度，一般取丝网最大允许速度的75%,气体通过丝网最大允许速度可按 下式计算：V max K SB 式中 Vmax气体通过丝
41、网最大允许速度，m/S；KSB-桑得斯-布朗(Souders-Brown)系数，KSB 可取 0.107m/s。Vmax 0.107.1005 33.85 0.573m/s 33.85 v 0.573 0.75 0.43m/s 捕雾器的面积应为S=q/u其中q为操作条件下气体的流量。S=0.059 m2 按照SY/T 0515-2007油气分离器规范可对分离器进行选型，本设计选择再生 气分离器的公称直径为600mm,筒体高度1800mm公称容积0.6m3，材质为16MnR。根据HGT21618-1998丝网除沫器对捕雾器进行选型，选择捕雾器厚度150mm。表 3-3 再生分离器计算结果及选型结
42、果 j一-_ 设备名称 工艺参数及几何尺寸 一-一 干气出口分离器 原 始 数 据 操作温度，C 30 操作压力，MPa 工况下气体流量，m/s 工况下气相密度，kg/m3 工况下液相密度，kg/m3 1005 工况下气体粘度，mPas 工况下气体的压缩因子 型式 立式重力式 计 f(Re2)算 值 阻力系数 54 液滴沉降速度，m/s 分离器直径计算值，m 捕雾器气流允许速度，m/s 捕雾器面积计算值，m2 选 用 值 选用公称直径，mm 600 筒体长度，mm 1500 捕雾器厚度，mm 150 材质 16MnR 型号 X 有效容积，m3 管线计算 按照输送流体用无缝钢管(GB/T 816
43、3-2008)，选择系统内用无缝钢管管材 为无缝钢管20号，其最低屈服强度为245MPa。根据油气集输设计规范(GB 50350-2005)计算管线内径：式中：v 输气管气体流速，本设计取10m/s；Q-输气管气体流量，m3/s；d-输气管管径，m。输气管道直管段壁厚：2 s Ft 式中：S 冈管设计壁厚，mm；P设计压力，MPa；本设计取5MP D 钢管外径，mm；os钢管的最低屈服强度，MPa；本设计选材为无缝钢管20 号,os为245MP；F 强度设计系数，本设计按二级地区选取，F=;一一焊缝系数，当选用无缝钢管时，取 二；t温度折减系数，当温度低于120C时，取t=；d C管道腐蚀裕量
44、，当管道含水、H2S和CO2等酸性介质时，根据腐蚀程度 及采取的防腐措施确定；其余情况不计腐蚀裕量附加值。输液体管径的确定：将管线设计计算数据及结果列于表 3-4 式中：d 输送汽油管道管径，m；Q-汽油输送量，m3/s；v-汽油的经济流速，m/s。取流速v=1m/s 管壁厚的确定：式中：输气管管壁厚，mm；P 输气管操作压力，MPa；d 输气管管径,mm；管子的最低屈服强度，MPa；K s；管子的纵向焊缝系数，对于无缝钢管，K 修正系数，一般取；C管壁厚度附加值。则可根据无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差 较为合适的无缝钢管外径及标准壁厚。Pd 2(K)GB/T 17395-2008)选择
45、表 3-4 管线设计计算及选型结果 管线 原料气进塔 管线 原料气出塔 管线 再生气进塔 管线 再生气出炉 管线 再生气出塔 管线 再生气进分 离器管线 再生气出分 离器气相 管线 再生气出分 离器液相管 线 流体介质 天然气 天然气 天然气 天然气 天然气 天然气 天然气 水 基 础 数 据 设计温度，C 50 50 50 250 250 50 50 50 设计压力，Mpa 5 5 5 5 5 5 5 5 工况下的输量，m3/s 经济流速，m/s 10 10 10 10 10 10 10 1 计 算 数 据 计算管线内径，mm 177 178 57 80 75 57 57 计算管线壁厚，mm
46、 计算管线外径，mm 选 型 结 果 选取管线外径，mm 190 190 60 89 89 60 60 8 选取管线壁厚，mm 7 7 4 4 管线规格 190X7 190X7 60 X 89X4 89X4 60 X 60 X 10X 管线材质 无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#无缝钢管 20#实际流速，m/s 目录 1 概述 .1 设计要求 .1 设计范围 .1 设计原则 .1 气质工况及处理规模 .2 分子筛脱水工艺流程 .2 流程选择 .2 .3 遵循的主要标准、规范 .4 2 工艺参数及设备选型 .4 工艺参
47、数优选 .4 物料平衡表 .6 分子筛吸附器的选型 .7 粉尘过滤器的选型 .7 再生气加热炉的选取 .8 工艺流程 .8 .9 再生气分离器的选型 .10 安全阀的选型 .11 管线的选型 .12 材料设备表 .1 3 计算书 .2 吸附计算.2 吸附器直径计算 .2 吸附器高径比计算.2 吸附传质区长度hz的计算.2 吸附剂的有效吸附容量校核 .2 转效点计算 .2 吸附塔压力降计算 .2 吸附器安全阀的计算 .2 吸附塔的壁厚计算及选型 .2 吸附塔壁厚计算 .2 分子筛吸附塔的壁厚校核 .2 吸附塔封头、裙座选型计算 .2 应力校核 .3 质量估算 .3 再生计算 .3 再生热负荷计算 .3 再生气量计算 .3 冷却气量计算 .4 热油导热工艺计算及设备选型 .5 导热油加热系统设计负荷计算 .5 导热油系统总循环油量计算 .5 导热油的输送 .6 燃料气量 .6 粉尘过滤器 .6 再生气分离器 .7 管线计算 .9