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1、1 概述 1.1 设计要求 原料气压力为4.5MPa，温度30℃，工艺步骤要求脱水后含水量在1ppm以下（质），采取球形4A分子筛吸附脱水，已知4A分子筛颗粒直径为3.2mm，堆密度为660kg/m3，吸附周期采取8小时。 其具体内容以下： 1. 绘制天然气脱水工艺步骤图； 2. 确定工艺步骤关键工艺参数； 3. 对脱水系统中关键设备进行工艺计算，并确定关键设备结构尺寸和型号。 4. 确定步骤中关键管线规格（材质、壁厚、直径）。 5. 编写工程设计书。 1.2 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，
2、调压阀 1.3 设计标准 1) 落实国家建设基础方针政策，遵照国家和行业各项技术标准、规范。 2) 落实“安全、可靠”指导思想，紧密结合上、下游工程，以确保中央处理厂安全、稳定地运行。 3) 依据高效节能、安全生产标准，采取优异实用技术和自控手段，实施现代化管理模式，实现工艺、技术成熟可靠、节省投资、方便生产。 4) 充足考虑环境保护，节省能源。 1.4 气质工况及处理规模 气体处理规模：100×104 m3/d 原料气压力：4.5 MPa 原料气温度：30 ℃ 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
3、 H2 He N2 CO2 C1 C2 mol% 0.097 0.052 0.55 0.026 94.595 3.305 组分 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C6+ mol% 0.73 0.121 0.156 0.056 0.052 0.262 1.5 分子筛脱水工艺步骤 1.5.1 步骤选择 本装置所处理湿净化气流量为100×104m3/d（20℃、101.325kPa标准状态下）。对于这么规模较大分子筛脱水装置，能够采取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）。而相同工艺不一样方案操作情况和投资数据却完全
4、不一样，现将两塔方案、三塔方案操作情况和投资情况进行比较，从而选择出最好方案。 在两塔步骤中，一塔进行脱水操作，另一塔进行吸附剂再生和冷却，然后切换操作。在三塔或多塔步骤中，切换程序有所不一样，通常三塔步骤采取一塔吸附、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 0～8h 8～16h 16～24h 分子筛脱水塔A 吸附 加热 冷却 分子筛脱水塔B 冷却 吸附 加热 分子筛脱水塔C 加热 冷却 吸附 由表1-1能够看出，在三塔方案中，加热炉连续工作，而且冷吹再生时间长，期间加热、冷却功率相对较小，三塔步骤灵活性较高。 表1-
5、3 两塔方案（常规）时间分配表 吸附器 0～8h 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能够看出，分子筛两塔脱水装置运行时，一直保持一塔处于吸附状态，另一塔处于再生状态。所以，加热炉操作不连续，点火、停炉频繁，不利于装置长周期正常、平稳运行，且会造成一定热损失。但两塔步骤简单，其吸附时间增加，能耗大大降低。两塔步骤较三塔步骤降低1座吸附塔，大大节省了设备采购费用。因为设备数量降低，操作维护费用也将大大降低。同时，因为降低了设备、工艺管线数量，实际上也对应削减了管线、设备穿孔泄露风险，提升了安全可靠性。且吸附、再生、冷却
6、过程为密闭过程，对环境污染少。 两塔步骤由装填有分子筛两个塔组成,假设塔2在进行干燥,塔1在进行再生。在再生期间,全部被吸附物质经过加热而被脱吸,为该塔下一个吸附周期作准备。湿原料气通常经原料气过滤分离器,除去携带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。脱除水后干气通常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。 且选择两塔步骤仍有扩建空间。若以后天然气处理量逐步增大，可能造成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步骤进行改造，在原两塔基础上增加一台同
7、规格分子筛干燥塔，将“两塔步骤”改为“三塔步骤”，同时增加配套自控系统，以完成扩建。 所以，本设计中采取分子筛两塔吸附脱水步骤。 1.5.2分子筛脱水工艺步骤介绍 附图1为吸附法脱水步骤。原料气自上而下流过分子筛吸附塔进行吸附脱水，脱水后干气含水小于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分子筛粉尘和杂质后进制冷单元。 分子筛干燥器采取两塔操作步骤，8小时自动切换1次，原料气切换到已再生完成分子筛吸附塔进行吸附脱水，水饱和吸附塔经再生、冷吹完成再生过程。再生气能够用干气或原料气，将气体用热油导热方法进行加热，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
8、温度后，则再生完成。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，这么可使吸附剂床层稳定，不致动荡。再生时，气体从下向上流动，首先能够脱除靠近进口端被吸附物质，而且不使其流过整个床层。另外，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终接触部位，直接影响流出床层干燥天然气质量。 1.6 遵照关键标准、规范 SY/T 0076-《天然气脱水设计规范》 HG/T 20570.2
9、95《安全阀设置和选择》 SY/T 0524-《导热油加热炉系统规范》 GB/T 8163-《输送流体用无缝钢管》 GB/T 17395-《无缝钢管尺寸、外形、重量及许可偏差》 GB 50251-《输气管道工程设计规范》 GB 50350-《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-《压力容器公称直径》 GB 150-1998《钢制压力容器》 SH3098-《石油化工塔器设计规范》 JB731-《锅炉和压力容器用钢板》 SY/T 0515-《油气分离器规范》 HGT21618-1998《丝网除沫器》 2工艺参数及设
10、备选型 2.1 工艺参数优选 分子筛脱水由吸附和再生两部分组成，吸附采取双塔步骤，再生加热气和冷吹气采取干气，加热方法采取导热油炉加热。其关键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。 选择4A分子筛脱水，其特征以下： 分子筛粒子类型：直径3.2mm球形 分子筛有效湿容量：8kg（水）/100kg（分子筛） 分子筛堆积密度：660kg/m3 分子筛比热：0.96kJ/（kg·℃） 瓷球比热：0.88kJ/（kg·℃） 操作周期为8小时，再生加热时间为4.5小时，再生冷却时间为3.2小时，操作切换时间为0.3小时。加热炉进口温度为30℃，加热炉出口温度为27
11、5℃。 由HYSYS软件计算出基础数据以下： 原料气压力：4.5MPa 原料气温度：30℃ 床层温度：35℃ 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4.5MPa、30℃下密度：33.89kg/m3 天然气在4.5MPa、30℃时粘度：0.0125cP 再生加热气进吸附器压力：4500kPa 再生加热气进吸附器温度：260℃ 再生加热气出吸附器温度：200℃ 再生气在260℃、4500kPa下密度：17.44kg/m3 再生气在260℃、4500kPa热焓：-3826kJ/kg 再生气在117.
12、5℃、4500kPa热焓：-4226kJ/kg 再生气在275℃、4500kPa热焓：-3780kJ/kg 干气温度：30℃ 干气压力：4500kPa 干气将床层冷却到：30℃ 干气在30℃、4500kPa密度：33.88 kg/m3 干气在30℃、4500kPa热焓：-4448 kJ/kg 干气在130℃、4500kPa热焓：-4193 kJ/kg 干气在30℃、4500kPa下低位热值：49210 kJ/kg 2.2 物料平衡表 表2-1 100×104 m3/d 天然气分子筛脱水装置设计 物料表 物料流 1 2 3 4 5 6 7 气体分率
13、1 1 1 1 0.9825 1 0 温度，℃ 30 35 30 260 30 29.87 29.87 压力，KPa 4500 4500 4500 4500 4480 4450 4450 摩尔流量,kmol/h 1736.835 1734.903 180.8 180.8 180.8 177.628 3.172 质量流量，kg/h 29743.35 29708.55 3096.03 3096.03 3099.03 3041.89 57.14 液体体积流量,m3/h 95.65 95.61
14、 9.96 9.96 9.84 9.78 0.06 热流量，kJ/h -1.33E+08 -1.32E+08 -1.38E+07 -1.18E+07 -1.45E+07 -1.36E+07 -9.06E+05 质量密度,kg/m3 17.125 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 压缩因子 0.9023 0.9079 0.9023 0.99
15、68 — 0.9031 0.0317 粘度,cp 0.0125 0.0126 0.0125 0.0184 — 0.0124 0.7995 组 成 （mol%） 氢气 0.0969 0.0970 0.0970 0.0970 0.0952 0. 0969 0. 0000 氦气 0.0519 0.0520 0.0520 0.0520 0.0510 0. 0519 0. 0000 氮气 0.05494 0.5500 0.5500 0.5500 0. 5397 0. 549
16、4 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 0.7300 0.7300 0. 7164 0. 7292 0.0000 异丁烷
17、 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 异戊烷 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
18、 0.2600 0.2600 0. 2552 0. 2597 0. 0000 水 0.1112 0.0000 0.0000 0.0000 1.8637 0. 1114 99.9993 2.3分子筛吸附器选型 分子筛脱水属于吸附法脱水，通常见于水露点要求控制较低场所，其露点深度可达成-90℃，确保含水量在1ppm以下。分子筛脱水有两塔和三塔步骤之分。因为分子筛吸附和再生过程中温度\压力循环改变，分子筛干燥器设计制造要求严格，成本较高。 运行一段时问后，分子筛出口气体中往往携带分子筛粉尘，可利用多滤芯粉尘过滤器净化天然气。气体从外
19、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滤饼，因为颗粒架桥效应，而深入提升了过滤精度。生产实践中，工厂技术人员可依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（℃） 300 床层高度（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4.5，冷吹时间3.2，切换时间
20、0.3） 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 装填次序 由下至上 分子筛厚度（mm） 2500 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） 276.37 裙座 类型 圆筒形裙座 质量（kg） 473.7 壁厚（mm） 12 外径（mm） 1624 高度（m） 1 2.4粉尘过滤器选型 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尘埃等。精细过滤设备选择由多层高密度网格材料形成
21、兼备厚度型和褶皱型特点聚结滤芯，考虑到不一样大小杂质在气流中表现出不一样特征(较大颗粒呈直线运动，较小颗粒做布朗运动)，采取筛、挡和阻方法，捕捉杂质微粒。在气质恶化或长时问运行后，滤芯压差会上升得很快，达成一定值时，就必需立即更换滤芯。在设备人口处设置隔离挡板，避免进入设备气体接触到已分离出液体，并降低液体被重新带人气体中机会。降低已分离液体携带量是提升分离效率有益补充。 本设计采取两个SBFQ系列型粉尘过滤器并联使用。SBFQ型气体过滤器是一个新型、高效气体除尘设备，广泛用于石油、天然气工业部门通常含尘量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、可靠运行不可缺乏气体净化设备
22、含有结构优异、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 设备名称 工艺参数及几何尺寸 粉尘过滤器 工作温度，℃ 30 工作压力，kPa 4500 气体体积流量，m3/h 896.8 过滤精度，μm 5 过滤器计算截面积，m2 0.097 过滤器选择外径，mm 300 过滤器型号 SBFQ 300-4.5/5 C 2.5再生气加热炉选择 本设计关键采取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
23、含有以下特点： 在几乎常压条件下，能够取得很高操作温度。即能够大大降低高温加热系统操作压力和安全要求，提升了系统和设备可靠性；能够在更宽温度范围内满足不一样温度加热、冷却工艺需求，或在同一个系统中用同一个导热油同时实现高温加热和低温冷却工艺要求。即能够降低系统和操作复杂性；省略了水处理系统和设备，提升了系统热效率，降低了设备和管线维护工作量。即能够降低加热系统初投资和操作费用；在事故原因引发系统泄漏情况下，导热油和明火相遇时有可能发生燃烧，这是导热油系统和水蒸气系统相比所存在问题。但在不发生泄漏条件下，因为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 工艺步
24、骤 关键设备有：导热油炉、热油主循环泵、热油辅循环泵、膨胀罐。 整个供热系统关键由导热油炉、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足燃烧后产生高温火焰和烟气，经过辐射和对流方法加热炉管中导热油，热油达成设定温度后在主循环泵驱动下将热能带出，一部分以液相方法直接输至再生气加热器加热再生气，另一部分则经过温度控制流量调整阀和回流低温热油减温混合达成低温位热用户其中低温位系统设独立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导热油以本身显热方法和用户进行热交换，梯级利用后，经热油主循环泵回输至导热油炉继续加热，形成一个完整闭合回路，
25、往复循环使用。导热油受热膨胀时体积增加量由膨胀罐来吸收，储油罐关键是用来存放系统导热油和接收膨胀罐溢流出导热油。 2.5.2导热油选型 导热油炉流速，国外文件推荐为2~4m/s。因为油品储运加热系统负荷波动较大，所以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，导热油循环量下降，为了确保导热油炉内流速，可打开旁通阀或压控阀组，将一部分导热油经过旁路回到导热油炉，以增加进入炉内导热油流量。 中国现在设计导热油流速通常取2.5~3m/s，此设计中取导热油流速为3m/s，经比较YDX系列，X6D系列，JD系列导热油比热，密度及热功率后，导热油型号选择YD—325导热油，因为它
26、比热更大，密度较轻且发烧功率更大。 表2-4导热油系统选型结果表 导热油炉型号 QX1.2（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） 32.6 另附导热油炉QX1.2（125）-Y/Q-1200KW和导热油YD—325技术参数： 表2-5导热油炉技术参数 参数 设备名称 额定热功率(MW) 热效率(%) 设计压力（MPa） 最高介质温度（℃） 循环油量（m3/h） QX1.2(100)-Y/Q 1.2 80 1 350 65 表2-6 YD—325导
27、热油工艺参数表 温度（℃） 物理特征 50 100 150 200 250 300 350 密度（kg/m3） 1007 972 936 910 874 845 821 比热C(kJ/kg·℃) 1.884 2.0666 2.2395 2.4124 2.5853 2.7583 2.896 热功率（MW） 1.6573 2.6 再生气分离器选型 依据100万方分子筛脱水工艺步骤图，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，选择立式重力分离器。计算结果及选型结果见表2-7。
28、 表2-7 再生分离器计算结果及选型结果 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，℃ 30 操作压力，MPa 4.48 工况下气体流量，m/s 0.0251 工况下气相密度，kg/m3 33.85 工况下液相密度，kg/m3 1005 工况下气体粘度，mPa·s 0.01247 工况下气体压缩因子 0.9025 型式 立式重力式 计 算 值 f·（Re2） 0.00274 阻力系数 54 液滴沉降速度，m/s 0.026 分
29、离器直径计算值，m 0.039 捕雾器气流许可速度，m/s 0.43 捕雾器面积计算值，m2 0.059 续表2-7 设备名称 再生气分离器 选 用 值 选择公称直径，mm 600 筒体长度，mm 1800 捕雾器厚度，mm 150 材质 16MnR 型号 LE0.6×1.8-4.48/2 有效容积，m3 0.6 2.7安全阀选型 依据HG/T 20570.2-95《安全阀设置和选择》和油《气田常见阀门手册》选择A42Y-64型弹簧封闭全启式安全阀。其关键参数如表2-8： 表2-7 再生分离器计算结果及选型结果
30、 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，℃ 30 操作压力，MPa 4.48 工况下气体流量，m/s 0.0251 工况下气相密度，kg/m3 33.85 工况下液相密度，kg/m3 1005 工况下气体粘度，mPa·s 0.01247 工况下气体压缩因子 0.9025 型式 立式重力式 安全阀类型 A42Y-64型弹簧封闭全启式安全阀 泄放量（kg/h） 29743.34 开启压力（MPa） 4.9
31、5MPa 通道截面积（mm2） 826 公称通径（mm） DN35 公称压力（MPa） 6.4 安全阀类型 A42Y-64型弹簧封闭全启式安全阀 泄放量，kg/h 29743.34 开启压力，MPa 4.95MPa 通道截面积，mm2 826 公称通径，mm DN35 公称压力，MPa 6.4 表2-12 安全阀选型结果 2.8管线选型 根据《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163-），选择系统内用无缝钢管管材为无缝钢管20号。σs 为245MP。则可依据《无缝钢管尺寸、外形、重量及许可偏差》（GB/T 17395-）选择较为适宜无
32、缝钢管外径及标准壁厚。 管线选型结果如表2-9所表示。 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，℃ 50 50 50 250 250 50 50 50 设计压力，Mpa 5 5 5 5 5 5 5 5 工况下输量，m3/s 0.2438 0
33、2491 0.0254 0.0493 0.0434 0.0255 0.0252 1.6E-05 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 4.5 计算管线壁厚，mm 4.15 4.17 2.03 2.44 2.35 2.04 2.06 1.1 计算管线外径，mm 185.3 186.34 61.06 84.88 79.7 61.08 61.12 6.7 选 型 结 果 选择管线外径，mm
34、 190 190 60 89 89 60 60 8 选择管线壁厚，mm 7 7 2.2 4 4 2.2 2.2 1.7 管线规格 Φ190×7 Φ190×7 Φ60×2.2 Φ89×4 Φ89×4 Φ60×2.2 Φ60×2.2 Φ10×1.5 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 10.03 10.24 10.47 9.57 8.43 10.51 10.59 0.96 2.9
35、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//- NPT- 627 PN4.0MPa 台 1 1//
36、 NPT- HSR PN1.6MPa 台 1 10 配套阀门管线 套 1 二 阀门 1 不锈钢闸阀 Z41W PN1.6 DN80 只 10 Z41W PN1.6 DN20 只 10 2 高压闸阀 Z41H-40C PN25 DN25 只 22 3 高压焊接球阀 PN25 DN25 只 20 4 焊接球阀 PN1.6 DN14 只 13 PN1.6 DN16 只 8 PN1.6 DN18 只 8 续表2-10 序号 名称及规格 单位 数
37、量 PN1.6 DN20 只 4 5 安全阀 A42Y-16C PN1.6 DN80 只 1 A42Y-320 PN25 DN25 只 2 6 不锈钢螺纹截止阀 PN1.6 DN 80 只 5 三 仪表 1 不锈钢双金属温度计（径向） 测量范围：0~400℃ 只 1 2 全不锈钢压力表 Y-50B-Z 测量范围-0.1~0.9MPa 只 8 Y-100B 测量范围-0.1~40MPa 只 8 3 计算书 3.1 吸附计算 3.1.1 吸附器直径计算 经过HY
38、SYS软件，已知处理量为1736.8kmol/h 原料气在4500kPa、30℃饱和含水量为0.1112%（摩尔分数）。 按全部脱去考虑，需脱水量： 。 吸附周期T=8h，总共脱水：。 操作条件（30℃，4.5MPa）下气体体积流量：Q=877.74m3/h 操作条件（30℃，4.5MPa）下气体质量流量：。 已知分子筛密度，分子筛。 即可依据雷督克斯半经验公式求得吸附塔直径，半经验公式以下： (3.1) 式中 G——许可气体质量流速，； C——系数，气体自上向下流动，取0.25~0.32；自下向上流动，取0.167
39、 ——分子筛堆密度，kg/； ——气体在操作条件下密度，kg/； Dp——分子筛平均直径（球形）或当量直径（条形），m。 已知分子筛密度，分子筛 。 所以， 吸附塔截面积： 。 直径： ， 取1600mm，则F=2.0096m2。 3.1.2 吸附器高径比计算 分子筛有效吸附容量取8kg（水）/100kg（分子筛） 吸附塔需装分子筛： 则分子筛体积为： V 取20%裕量， 1.2V=1.2×5.44=6.528m3 床层高： ，取3.2m，高径比约。 3.1.3 吸附传质区长度hz计算 由《天然气脱水设计规范》：
40、 (3.2) 式中 Hz——吸附传质区长度，m； A——系数，分子筛A=0.6，硅胶A=1，活性氧化铝A=0.8； q——床层截面积水负荷，； vg——空塔线速，m/min； ——进吸附塔气体相对湿度，%。 q = 34.76/2.0096 = 17.30 气体流速: 可见，不管是床层界面水负荷或空塔流速全部无问题，hT全部大于2hz。 3.1.4 吸附剂有效吸附容量校核 由《天然气脱水设计规范》： (3.3) 式
41、中 X——吸附剂有效吸附容量，kg水/100kg吸附剂； Xs——动态平衡湿容量，kg水/100kg吸附剂； HT——吸附塔床层高度，m； hz——传质区长度，m。 （kg水/kg分子筛） 吸附剂动态平衡湿容量XS大于吸附剂有效吸附容量（X=8%)，则分子筛床层高度满足要求。 3.1.5 转效点计算 由《天然气脱水设计规范》： (3.4) 式中 θB——抵达转效点时间，h； ρb——分子筛堆密度，kg/； x——选择分子筛有效吸附容量，%； hT——整个床层长度，m；
42、 q——床层截面积水负荷，。 ρb=660kg/；x=8%；hT=3.2m；q=17.30 > 8h, 符合设计要求。 3.1.6 吸附塔压力降计算 由《天然气脱水设计规范》： 计算式以下： (3.5) 式中 △P——压降，kPa； L——床层高度，m； μ——气体粘度，mPa·s； vg——气体流速，m/min； ρg——气体操作状态下密度，kg/。 分子筛选择3.2mm直径球形，查得则B=4.155，C=0.00135。 温度30℃，压力4500kPa操作条件下，已知ρg=33.89kg
43、/，μ=0.0125mPa·s， 气体流速vg=7.278m/min。 规范要求吸附时气体经过床层压降宜小于等于0.035MPa，不宜高于0.055MPa，不然应重新调整空塔气速。此处所算压降满足规范要求，无须重新调整空塔气速。 再生加热和冷却时压降全部很小，可不计算。 3.1.7 吸附器安全阀计算 依据HG/T 20570.2-95《安全阀设置和选择》计算： (1) 安全阀泄放量 安全阀泄放量应依据具体工艺过程来确定。本设计安全阀泄放量均认为单位时间内流过设备气体质量流量， 即Gg=。 (2) 安全阀设定压力（或开启压力） 安全阀开始起跳时进口压力称为安全阀开
44、启压力或设定压力。它应等于或小于受压设备或管道设计压力。可按下面方法确定：
当P≤1.8MPa时，P0=P+0.18MPa
当1.8MPa 45、处压力超出设定压力部分。用Pα表示。对于安装在无火压力容器上安全阀：
Pα=0.1P=0.45MPa
(4) 泄放压力
安全阀阀芯升到最大高度后阀入口处压力。泄放压力等于设定压力加超压。在工艺步骤中，最高泄放压力可按下式确定：
(3.7)
式中 Pm——安全阀最高泄放压力，MPa；
P0——安全阀设定压力，MPa；
Pα——安全阀超压，MPa。
Pm=4.95+0.45=5.4MPa
(5) 背压
作用在安全阀出口处压力。背压分为静背压和动背压。静背压是指安全阀未起跳时阀出口处压力；动背压是指安全阀起跳 46、后，因为流体流动引发摩擦压力降值。背压通常应小于气体临界流动压力值，气体临界压缩比可按下式计算：
(3.8)
式中 σc——气体临界压缩比；
k——气体绝热指数，可取1.2～1.4。
假如背压满足式，则为临界流动，不然为亚临界流动。
(6) 安全阀通道截面积
气体在临界流动条件下最小泄放面积：
(3.9)
式中 A——最小泄放面积，mm2；
W——质量泄放流量，kg/h；
C0——流量系数，由制造厂提供，若没有制造厂数据，则取C0=0.975；
X——气体 47、特征系数，,k为绝热系数；
P——泄放压力，MPa；
Kb——背压修正系数，对于弹簧式安全阀Kb=1.0；
T——泄放温度，K；
Z——气体压缩因子；
M——分子量。
在4500kPa、30℃工作条件下，查HYSYS软件可得k=1.444，则：
安全阀直径：
依据《油气田常见阀门手册》选择A42Y-64型弹簧封闭全启式安全阀，公称通径DN35mm，公称压力6.4MPa。
3.2 吸附塔壁厚计算及选型
3.2.1 吸附塔壁厚计算
依据吸附器设计压力及温度，吸附器材质选择16MnR(Q345R)。依据分子筛 48、床层高度初步估量计算圆筒有效高度为5.5m。
设计压力Pc=5MPa（略高于安全阀开启压力），设计温度Tc=300℃
依据JB731-《锅炉和压力容器用钢板》查得设计温度下材质许用应力=143MPa，其密度为7850kg/m3。吸附塔壁有下列公式计算：
(3.10)
式中 δ——吸附塔壁厚，mm；
Pc——设计压力，MPa；
Di——吸附塔管内径，mm；
——合金钢最大许用应力，MPa；
φ——焊缝系数，无缝钢管取0.9，焊接钢管取0.8；
C1——钢板负偏差，取0.8mm；
C2——吸附塔 49、腐蚀裕量，取1mm。
mm，
向上圆整后取34mm。
3.2.2 分子筛吸附塔壁厚校核
分子筛吸附塔名义壁厚为34mm，有效壁厚：
δ=34-0.8-1=32.2mm。
反算出吸附塔最大许可工作压力为：
3.2.3吸附塔封头、裙座选型计算
分子筛吸附器为立式容器，筒体两焊缝间距离为4500 mm，两端采取标准椭圆封头，被支承在裙式支座上。
分子筛吸附器内盛装分子筛脱水填料，装填次序为由下至上，4A条形分子筛装填厚度为2500 mm。在分子筛上部和下部均装有直径为20 mm瓷球，厚度分别为200 mm。在分子筛和瓷球之间设置两层10目/寸不锈钢丝网盘。该盘为分体组装 50、式，能够由人孔装入或拆除。在分子筛底部设置了支持格栅，该格栅有足够通气面积和支持强度。
吸附器封头：依据《椭圆形封头》（JB/T 4737-95），吸附器内径为1600 mm时，选择封头性质如表3-1所表示。封头材料选为16MnR低合金压力容器用钢，则封头厚度为12mm，封头质量为276.37kg。
表3-1 封头性质
公称直径DN
mm
曲面高度h1
mm
直边高度h2
mm
厚度Δmm
内表面积A2
m2
容积
V
m3
质量
m
kg
碳素钢低合金钢
复合钢板
高合金钢
1600
400
40
10
10
2.9761
0.61
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