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:
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?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
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c天然气分子筛脱水装置工艺设计
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