100×104 m3/d天然气分子筛脱水装置工艺设计说明书
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：
0.5G??C?b?gDp? (3.1)
式中 G——允许的气体质量流速，kg/(m2?s)；
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； ?b——分子筛的堆密度，kg/m3；
?g——气体在操作条件下的密度，kg/m3；
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?b?660kg/m3，分子筛Dp?0.0032m 。 因此，
??16401G?3600??0.29?660?33.89?0.0032.525kg/(m2?h)
0.5吸附塔的截面积：
F?29743.34?16401.525?1.8134m2。
直径：
D?(1.8134/0.785)0.5?1.52m，
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：
287.12/0.08?3589kg
则分子筛的体积为：
V?3589/660?5.44m3
取20%的裕量，
1.2V=1.2×5.44=6.528m3
床层高：
hT?1.2V6.528??3.248m，取3.2m，高径比约3.2/1.6?2。 F2.00963.1.3 吸附传质区长度hz的计算
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由《天然气脱水设计规范》：
?q0.7895? hz?1.41A?0.55060.264?6 (3.2)
v?????g?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，kg/(m2?h)； vg——空塔线速，m/min；
?——进吸附塔气体相对湿度，%。
q = 34.76/2.0096 = 17.30kg/(m2?h)
气体流速:
vg?Q/F?877.74/2.009? 60.121m3s?7.27m8min??17.30.7895h?1.41?0.6??0.796m1 z?0.55060.2646??7.278?100?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》：
xhT?xShT?0.45hZxS (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。
0.08?3.2?0.0901（kg水/kg分子筛） Xs?3.2?0.45?0.7961吸附剂的动态平衡湿容量XS大于吸附剂的有效吸附容量（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》：
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?B?式中 θB——到达转效点时间，h； ρb——分子筛的堆密度，kg/m3；
0.01x?bhT (3.4) q 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，kg/(m2?h)。
ρb=660kg/m3；x=8%；hT=3.2m；q=17.30kg/(m2?h)
0.01?8?660?3.2?9.77h> 8h, ?B?17.3 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》： 计算式如下：
2 (3.5) ?P/L?B?vg?C?gvg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/m3。
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/m3，μ=0.0125mPa·s， 气体流速vg=7.278m/min。
?P?3.2?(4.155?0.0125?7.278?0.00135?33.89?7.2782)?8.96kPa 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要求，无须重新调整空塔气速。
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《安全阀的设置和选用》计算：
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(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确定。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=Gg?29743.34kg/h。
(2) 安全阀的设定压力（或开启压力）
安全阀开始起跳时的进口压力称为安全阀的开启压力或设定压力。它应等于或小于受压设备或管道的设计压力。可按下面方法确定：
当P≤1.8MPa时，P0=P+0.18MPa
当1.8MPa 当P>7.5MPa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 P0?1.1P?1.1?4.5?4.95MPa (3) 超压 在泄放过程中，安全阀入口处的压力超过设定压力的部分。用Pα表示。对于安装在无火压力容器上的安全阀： Pα=0.1P=0.45MPa (4) 泄放压力 安全阀的阀芯升到最大高度后阀入口处的压力。泄放压力等于设定压力加超压。在工艺流程中，最高泄放压力可按下式确定： Pm?P0?P? (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： 6 100×104 m3/d天然气分子筛脱水装置工艺设计说明书 ?2? ?c???k?1??kk?1 (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。 如果背压满足式Pb?Pcr??cP，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： A?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； k?1k?113.16WC0?X?P?KbTZ (3.9) M?2? X——气体特性系数，X?520k???k?1?? P——泄放压力，MPa； ,k为绝热系数； 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： 2.4440.444?2? X?52?01.44?4???2.444? A?安全阀的直径： D??36 013.16?29743.34303?0.9023??826mm2 0.975?360?5.4?117.1254A??4?826?32.4mm 3.14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 7
c天然气分子筛脱水装置工艺设计
