100×104 m3/d天然气分子筛脱水装置工艺设计说明书
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（略高于安全阀开启压力），设计温度Tc=300℃
根据JB731-2008《锅炉和压力容器用钢板》查得设计温度下材质的许用应力
???t=143MPa
，其密度为7850kg/m3。吸附塔壁有下列公式计算：
??2?????PctPcDi?C1?C2 (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；
t 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。
5?1600?0.8?1?33.49mm， ??2?143?0.9?5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=32.2mm。
反算出吸附塔最大允许工作压力为：
2?????2?32.?214?30.9??5.07MP a P?216???Di??32.??00t3.2.3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。
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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置两层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。在分子筛的底部设置了支持格栅，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1600 mm时，选择封头性质如表3-1所示。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 厚度Δmm 公称直径DN mm 曲面高度h1 mm 直边高度h2 mm 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 10 12 1600 400 40 14 16 18 10 12 14 16 18 2.9761 0.6166 229.63 276.37 323.40 370.70 418.27
裙座：根据《石油化工塔器设计规范》（SH/T 3098-2000），选择圆筒形裙座。其外径与封头外径相等，即1600+2×12=1624 mm，壁厚取为12mm，高为1.5m。封头切线至裙座筒体上端的距离58mm。
吸附器高度：根据《天然气脱水设计规范》（SY 0076-2003），分子筛吸附器为立式容器。根据《塔器设计技术规范》（HG 20652-1998），吸附器高度H包括填料层高度，气体分布器、气体进出口所需高度，塔顶部、底部空间高度以及裙座高度等。吸附塔内部由栅板支撑床层，该栅板有足够的通气面积和支持强度，顶部装有防护网。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20mm的瓷球，厚度均为200
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mm。在分子筛与瓷球之间设置两层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。在分子筛的底部设置了支持格栅，该格栅有足够的通气面积和支持强度。预留塔顶、部底部空间后，初步设定筒体两焊缝间距离（筒体有效高度）为5500 mm。两端采用标准椭圆封头如表2-5所示，封头高度为2×（400+40）=880 mm。吸附器被支承在圆筒形裙式支座上，可估算吸附塔总高H=7880 mm。
进料口：《钢制化工容器结构设计》（HG 20583-1998）规定，进料口(人孔DN500)和卸料口分别置于上封头和筒体上。在卸料口处设置操作平台以方便填料的更换。
进气口设置在设备的顶部，为使进气分布均匀，在进口处设置分布头。
通过以上计算，分子筛吸附塔塔体选型结果如下： 吸附器设计压力：5 MPa 吸附器设计温度：300 ℃ 吸附器床层高度：3200 mm 吸附器内径： 1600 mm 吸附器筒体壁厚：34mm
吸附器筒体材料：16MnR（Q345R）钢板 封头形式：椭圆形封头 封头壁厚：12mm
封头材料:16MnR（Q345R）钢板 裙座高：1500mm 裙座壁厚：12mm
裙座材料：16MnR（Q345R）钢板
3.2.4 应力校核
径向应力：
环向应力：
?2? 符合设计要求。
?1?PDi5?1.634t??120.15MPa??σ?? 2?2?0.034PDi5?1.634t??60.0MPa7??σ?? 4?4?0.03410
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3.2.5 质量估算
根据初步估计计算（附件包括梯子平台预焊件、对焊钢法兰、加厚接管、垂直吊盖对焊法兰人孔、不锈钢丝、丝网、栅板、支持圈、支持板等）
圆筒有效高度的质量计算：
m??V??(S外?S内）?h (3.11)
22??D外??D内???h ? ???4??4?1.6682?1.62 ?7850?3.14?5.5?()?7532kg
4封头质量：2m=552.74kg
附件质量：m=0.25（圆筒质量+封头质量+裙座质量）=2255.4kg 裙座质量：
m??V??(S外?S内）?h （3.11）
22??D外??D内??????h
44??1.6242?1.62)?937.6kg ?7850?3.14?1.5?(4钢材总质量为：m1=11277.7kg
分子筛质量计算： ?Di23.14?1.62m2??SHT?660??3.2?660??3.2?4244.3kg44瓷球重量计算：
床层上下各铺200mm瓷球，瓷球堆密度2500kg/m3
?Di23.1?41.26m4??Sh ?250?0?0.4 ?250?0?0.4 ?2009.6kg443.3 再生计算
3.3.1 再生热负荷计算
用贫干气加热，进吸附器温度260 ℃，
分子筛床层吸附终了后温度t1=35 ℃(即床层温升5 ℃)， 再生加热气出吸附器温度200 ℃，
1床层再生温度是t2??260?200??230℃，
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预先计算在230 ℃时，分子筛比热0.96 kJ/（kg·℃），钢材比热0.5 kJ/(kg.℃)，瓷球比热0.88 kJ/（kg·℃）。
再生气在260℃、1733.72 kPa的热焓：-3776.58 kJ/kg，再生气在115 ℃、1733.72 kPa的热焓：-4167.30 kJ/kg。
再生热负荷计算如下：
再生加热所需的热量为Q，则：
Q?Q1?Q2?Q3?Q4 (3.12) 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，kJ。 所以：
Q1?m1Cp1(t2?t1)?4244.3?0.96?(230?35)?794533kJ
Q2?m2Cp2(t2?t1)?11277.7?0.5?(230?35)?1099575.75kJ Q3?m3?4186.8?278.12?4186.8?1164432.8kJ Q4?m4Cp4(t2?t1)?2009.6?0.88?(230?35)?344847.36kJ 加10%的热损失，
.8kJ Q?1.1(Q1?Q2?Q3?Q4)?1.1??3743727 设再生加热时间t=4.5小时，每小时加热量为：
.8/4.5?831939.5kJ/h q?37437273.3.2 再生气量计算
1再生气出口平均温度(200?35)?117.5℃，压力4500kPa，
2其热焓为-4226 kJ/kg。再生气在260℃、4500kPa的热焓：-3826kJ/kg。 每千克再生气给出热量：
qH?h?260?h117.5??3826???4226??400 kJ/kg
?每小时需再生气量：
.5/400?207.89 kg/h q?831939 换算成标准条件下（20℃，101.325kPa）的体积流量为 2913.7m3/h。 加热气所需面积效核：
再生加热气4500kPa，260℃下的ρg=17.44kg/m3，气体从下往上流则C取0.167，
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c天然气分子筛脱水装置工艺设计
