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1、1 概述 1.1 设计规定 原料气压力为4.5MPa，温度30℃，工艺流程规定脱水后含水量在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. 拟定工艺流程的重要工艺参数； 3. 对脱水系统中重要设备进行工艺计算，并拟定重要设备的结构尺寸和型号。 4. 拟定流程中重要管线的规格（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 再气愤分离器 连接管道 排污放空系统
2、安全阀，调压阀 1.3 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) 贯彻“安全、可靠”的指导思想，紧密结合上、下游工程，以保证中央解决厂安全、稳定地运营。 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) 充足考虑环境保护，节约能源。 1.4 气质工况及解决规模 气体解决规模：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
3、干基） 组分 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 分子筛脱水工艺流程 1.5.1 流程选择 本装置所解决的湿净化气流量为100×104m3/d（20℃、101.325kPa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
4、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）时间分派表 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
5、流程灵活性较高。 表1-3 两塔方案（常规）时间分派表 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可以看出，分子筛两塔脱水装置运营时，始终保持一塔处在吸附状态，另一塔处在再生状态。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、平稳运营，且会导致一定的热损失。但两塔流程简朴，其吸附时间增长，能耗大大减少。两塔流程较三塔流程减少1座吸附塔，大大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减少。同时，由于减少了设备、工艺管线的数量，事实上也相应削减了管线、设备穿孔泄露的风险，
6、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。若以后天然气解决量逐步增大，也许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，导致粉尘过滤器滤网堵塞，装置运营不平稳。则可对分子筛
7、脱水工艺流程进行改造，在原两塔的基础上增长一台同规格的分子筛干燥塔，将“两塔流程”改为“三塔流程”，同时增长配套的自控系统，以完毕扩建。 因此，本设计中采用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度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、冷吹完毕再生过程。再气愤可以用干气或原料气，将气体用热油导热的方式进行加热
8、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，再气愤经旁通入吸附塔，用于冷却再生床层。当床层温度冷却到规定温度时又可开始下一循环的吸附。吸附塔出再气愤经再气愤冷却器冷却，进入再气愤分离器，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。此外，可使床层底部干燥剂得到完全再生，由于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。 1.6 遵循的重要标准、规范
9、 SY/T 0076-2023《天然气脱水设计规范》 HG/T 20570.2-95《安全阀的设立和选用》 SY/T 0524-2023《导热油加热炉系统规范》 GB/T 8163-2023《输送流体用无缝钢管》 GB/T 17395-2023《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》 GB 50251-2023《输气管道工程设计规范》 GB 50350-2023《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 9019-2023《压力容器公称直径》 GB 150-1998《钢制压力容器》 SH3098-2023《石油化工塔器设计规范》
10、JB731-2023《锅炉和压力容器用钢板》 SY/T 0515-2023《油气分离器规范》 HGT21618-1998《丝网除沫器》 2工艺参数及设备选型 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。其重要设备由分子筛吸附器、再气愤加热炉、再气愤冷却器、再气愤分离器。 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：0.96kJ/（kg·℃） 瓷球比热：0.88kJ
11、/（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275℃。 由HYSYS软件计算出的基础数据如下： 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℃下的密度：33.89kg/m3 天然气在4.5MPa、30℃时粘度：0.0125cP 再生加热气进吸附器的压力：4500kPa 再生加热气进吸附器的温度：260℃ 再生加热气出
12、吸附器的温度：200℃ 再气愤在260℃、4500kPa下的密度：17.44kg/m3 再气愤在260℃、4500kPa的热焓：-3826kJ/kg 再气愤在117.5℃、4500kPa的热焓：-4226kJ/kg 再气愤在275℃、4500kPa的热焓：-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的密度：33.88 kg/m3 干气在30℃、4500kPa的热焓：-4448 kJ/kg 干气在130℃、4500kPa的热焓：-4193 kJ/kg 干气在30℃、4500kPa下的低位热值：492
13、10 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 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 2974
14、3.35 29708.55 3096.03 3096.03 3099.03 3041.89 57.14 液体体积流量,m3/h 95.65 95.61 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.
15、89 33.13 33.88 17.44 34.33 33.49 1005.01 压缩因子 0.9023 0.9079 0.9023 0.9968 — 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 0.05
16、20 0.0510 0. 0519 0. 0000 氮气 0.05494 0.5500 0.5500 0.5500 0. 5397 0. 5494 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
17、3.3013 0. 0000 丙烷 0.7292 0.7300 0.7300 0.7300 0. 7164 0. 7292 0.0000 异丁烷 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
18、 正戊烷 0.0519 0.0520 0.0520 0.0520 0. 0510 0. 0519 0. 0000 正己烷 0.2597 0.2600 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分子筛吸附器的选型 分子筛脱水属于吸附法脱水，一般用于水露点规定控制较低的场合，其露点深度可达成-90℃，保证含水量在1ppm以下。分子筛脱水有两塔和三塔流程之
19、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规定严格，成本较高。 运营一段时问后，分子筛出口气体中往往携带分子筛粉尘，可运用多滤芯的粉尘过滤器净化天然气。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营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）
20、 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 装填顺序 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
21、 12 外径（mm） 1624 高度（m） 1 2.4粉尘过滤器的选型 吸附塔单元后，设立粉尘过滤器，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，捕获杂质微粒。在气质恶化或长时问运营后，滤芯的压差会上升得不久，达成一定值时，就必须及时更换滤芯。在设备人口处设立隔离挡板，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
22、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、可靠运营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 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 过滤器选用外径，mm 300 过滤器型号 SBFQ 3
23、00-4.5/5 C 2.5再气愤加热炉的选取 本设计重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,运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。即可以大大减少高温加热系统的操作压力和安全规定，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规定。即可以减少系统和操作的复杂性；省略了水解决系统和设备，提高了系统热效率，减少了设备和管线的维护工作量。即可
24、以减少加热系统的初投资和操作费用；在事故因素引起系统泄漏的情况下，导热油与明火相遇时有也许发生燃烧，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 重要设备有：导热油炉、热油主循环泵、热油辅循环泵、膨胀罐。 整个供热系统重要由导热油炉、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足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，热油达成设定的温度后在主循环泵的驱动下将热能带出，一部分以液相方式直接输至再气愤加热器加
25、热再气愤，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成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互换，梯级运用后，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长量由膨胀罐来吸取，储油罐重要是用来存储系统导热油和接受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2~4m/s。由于油品储运加热系统负荷波动较大，因此规定在导热油供回油管道上设一旁通阀或压控阀组，当外界负荷减少时，导热油的循环量下降，为了保证导热
26、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，以增长进入炉内的导热油流量。 国内目前设计导热油流速一般取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系列导热油的比热，密度及热功率后，导热油型号选择YD—325导热油，由于它的比热更大，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 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
27、—325的技术参数： 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导热油工艺参数表 温度（℃） 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·℃) 1.884 2.0666
28、 2.2395 2.4124 2.5853 2.7583 2.896 热功率（MW） 1.6573 2.6 再气愤分离器的选型 根据100万方分子筛脱水工艺流程图，本装置中具有一个再气愤分离器，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2-7。 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 再气愤分离器 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
29、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 工况下气体的压缩因子 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 分离器直径计算值，m 0.039 捕雾器气流允许速度，m/s 0.43 捕雾器面积计算值，m2 0.059 续表2-7 设备名称 再气愤分离器 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 型号
30、 LE0.6×1.8-4.48/2 有效容积，m3 0.6 2.7安全阀的选型 根据HG/T 20570.2-95《安全阀的设立和选用》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。其重要参数如表2-8： 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 再气愤分离器 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/
31、m3 1005 工况下气体粘度，mPa·s 0.01247 工况下气体的压缩因子 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 启动压力（MPa） 4.95MPa 通道截面积（mm2） 826 公称通径（mm） DN35 公称压力（MPa） 6.4 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 启动压力，MPa 4.95MPa 通道截面积，mm2 826 公称通径
32、mm DN35 公称压力，MPa 6.4 表2-12 安全阀的选型结果 2.8管线的选型 按照《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163-2023），选择系统内用无缝钢管管材为无缝钢管20号。σs 为245MP。则可根据《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》（GB/T 17395-2023）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 再气愤进塔 管线 再气愤出炉 管线 再气愤出塔 管线 再气愤进分离器管线 再气愤出分离器气相 管线 再气愤出分
33、 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 工况下的输量，m3/s 0.2438 0.2491 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
34、 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 选取管线外径，mm 190 190 60 89 89 60 60 8 选取管线壁厚，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
35、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 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
36、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//- 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
37、 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
38、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 通过HYSYS软件，已知解决量为1736.8kmol/h 原料气在4500kPa、30℃的饱和含水量为0.1112%（摩尔分数）。 按所有脱去考虑，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
39、 操作条件（30℃，4.5MPa）下气体质量流量：。 已知分子筛密度，分子筛。 即可根据雷督克斯的半经验公式求得吸附塔直径，半经验公式如下： (3.1) 式中 G——允许的气体质量流速，； 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； ——分子筛的堆密度，kg/； ——气体在操作条件下的密度，kg/； Dp——分子筛的平均直径（球形）或当量直径（条形），m。 已知分子筛密度，分子筛 。 因此， 吸附塔的截面积： 。 直径： ， 取1600mm，则F=
40、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： 则分子筛的体积为： V 取20%的裕量， 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的计算 由《天然气脱水设计规范》： (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——床层截面积的水负荷，； vg——空塔线速，m/min； ——进吸附塔气
41、体相对湿度，%。 q = 34.76/2.0096 = 17.30 气体流速: 可见，无论是床层界面的水负荷或空塔流速都无问题，hT都大于2hz。 3.1.4 吸附剂的有效吸附容量校核 由《天然气脱水设计规范》： (3.3) 式中 X——吸附剂的有效吸附容量，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） 吸附剂的动态平衡湿容量XS
42、大于吸附剂的有效吸附容量（X=8%)，则分子筛床层高度满足规定。 3.1.5 转效点计算 由《天然气脱水设计规范》： (3.4) 式中 θB——到达转效点时间，h； ρb——分子筛的堆密度，kg/； x——选用的分子筛有效吸附容量，%； hT——整个床层长度，m； q——床层截面积的水负荷，。 ρb=660kg/；x=8%；hT=3.2m；q=17.30 > 8h, 符合设计规定。 3.1.6 吸附塔压力降计算 由《天然气脱水设计规范》： 计算式如下：
43、 (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——气体操作状态下的密度，kg/。 分子筛选用3.2mm直径球形，查得则B=4.155，C=0.00135。 温度30℃，压力4500kPa的操作条件下，已知ρg=33.89kg/，μ=0.0125mPa·s， 气体流速vg=7.278m/min。 规范规定吸附时气体通过床层的压降宜小于等于0.035MPa，不宜高于0.055MPa，否则应重新调整空塔气速。此处所算压降满足规范规定，无须重新调
44、整空塔气速。
再生加热和冷却时压降都很小，可不计算。
3.1.7 吸附器安全阀的计算
根据HG/T 20570.2-95《安全阀的设立和选用》计算：
(1) 安全阀的泄放量
安全阀的泄放量应根据具体工艺过程来拟定。本设计安全阀的泄放量均认为单位时间内流过设备的气体质量流量，
即Gg=。
(2) 安全阀的设定压力（或启动压力）
安全阀开始起跳时的进口压力称为安全阀的启动压力或设定压力。它应等于或小于受压设备或管道的设计压力。可按下面方法拟定：
当P≤1.8MPa时，P0=P+0.18MPa
当1.8MPa
45、时，P0=1.05P (3.6)
式中 P——被保护设备或管道操作绝对压力，MPa；
P0——安全阀设定压力，MPa
吸附塔操作压力P=4.5MPa，由于1.8MPa 46、最高泄放压力可按下式拟定：
(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的压力。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的压力；动背压是指安全阀起跳后，由于流体的流动引起的摩擦压力降值。背压一般应小于气体的临界流动压力值，气体临界压缩比可按下式计算：
(3.8)
式中 σc——气体临界 47、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，否则为亚临界流动。
(6) 安全阀通道截面积
气体在临界流动条件下的最小泄放面积：
(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，若没有制造厂的数据，则取C0=0.975；
X——气体特性系数，,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 48、子量。
在4500kPa、30℃工作条件下，查HYSYS软件可得k=1.444，则：
安全阀的直径：
根据《油气田常用阀门手册》选用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 吸附塔的壁厚计算及选型
3.2.1 吸附塔壁厚计算
根据吸附器设计压力及温度，吸附器材质选用16MnR(Q345R)。根据分子筛床层高度初步估计计算圆筒有效高度为5.5m。
设计压力Pc=5MPa（略高于安全阀启动压力），设计温度Tc=300℃
根据JB731-2023《锅炉和压力容器用钢板》查得设计温度下材 49、质的许用应力=143MPa，其密度为7850kg/m3。吸附塔壁有下列公式计算：
(3.10)
式中 δ——吸附塔的壁厚，mm；
Pc——设计压力，MPa；
Di——吸附塔管内径，mm；
——合金钢的最大许用应力，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——吸附塔腐蚀裕量，取1mm。
mm，
向上圆整后取34mm。
3.2.2 分子筛吸附塔的壁厚校核
分子筛吸附塔名义壁厚为34mm，有效壁厚：
δ=34-0.8-1=32 50、2mm。
反算出吸附塔最大允许工作压力为：
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，两端采用标准椭圆封头，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，装填顺序为由下至上，4A条形分子筛装填厚度为2500 mm。在分子筛的上部和下部均装有直径为20 mm的瓷球，厚度分别为200 mm。在分子筛与瓷球之间设立两层10目/寸不锈钢丝网盘。该盘为分体组装式，可以由人孔装入或拆除。在分子筛的底部设立了支持格栅，该格栅有足够的通气面积和支持强度。
吸附器封头：根据《椭圆形封头》（JB/T 4737-95），吸附器内径为
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