优秀毕业论文—天然气三甘醇脱水工艺设计

1、重庆科技学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目 天然气三甘醇脱水工艺设计 吸收塔及重沸器设计、泵的选型 院 （系） 石油与天然气工程学院 专业班级 油气储运工程 2007 级 学生姓名 王 加 伟 学号 2007440225 指导教师 梁 平 职称 教 授 评阅教师 游 赟 职称 讲 师 2011 年 6 月 8 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300 字左右） 、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论 7）参考文献 8）致谢

2、9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等） ，文科 类论文正文字数不少于 1.2 万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人 代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家 技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用 a4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）

3、软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3）其它 学生毕业设计（论文）原创性声明学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师梁平的指导下 进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人 的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人 独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位 或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（

4、论文）作者（签字）： 王加伟 2011 年 6 月 8 日 重庆科技学院本科生毕业设计 摘要 i 摘 要 天然气中的水对于天然气的输送和使用都是有害的，因此，在经济条件允许的情 况下，尽可能的脱去天然气中的水，不论对于天然气输送还是使用都非常的有必要。 天然气中的水通常以气态和液态两种形式存在，在少数情况下也会呈固态。 天然气净化的一个重要环节就是脱除液态水和气态水，从而防止固态水在输送过 程中的产生。液态水只需要通过简单的气液分离就能将其与天然气分离开，气态水用 这种方法则不能被脱除。脱除天然气中气态水的方法目前主要有吸收法、吸附法、冷 凝法以及超音速法，这一篇文章应用的是吸收法脱水中的三甘

5、醇脱水。文章根据三甘 醇脱水的原理，依据三甘醇脱水工艺流程，结合已知的天然气日处理量和其它相关物 理化学参数，经过严密理论计算、严格执行行业现行相关规范,设计出了吸收塔、重沸 器，并根据工艺要求选择出了甘醇循环泵。 关键词：三甘醇脱水 吸收塔 重沸器 甘醇循环泵 重庆科技学院本科生毕业设计 abstract ii abstract the water in the natural gas for transmission and use are harmful, therefore, in economic conditions allow as far as possible remove

6、the water in the nature gas is necessary for gas transmission and use. the water in natural gas usually of gas and liquid form existence, in a few instances will also is solid. one of the important process natural gas purification is removing liquid water and gas water, thus preventing solid water p

7、roduced during pneumatic conveying. liquid water only through simple gas-liquid separation can separate it with natural gas, but gas water using this method cannot be removal. the methods removals of water vapor in nature gas have absorption, adhesion, condensation and supersonic, this article is th

8、e application absorption method of teg dehydration. article based on the principle of teg dehydration, and the classic teg dehydration process, then combined daily processing capacity with other relevant physical chemistry parameters of the known natural gas, after a rigorous theoretical calculation

9、 and strict implementation of the current industry-related standards, designed the absorption tower, rebuilder, according to process requirements selected the teg circulation pump. keywords: teg dehydration; absorption tower; reboiler; teg circulation pump 重庆科技学院本科生毕业设计 目录 iii 目 录 摘摘 要要 .i i abstrac

10、tabstract .iiii 1 1 绪绪 论论.1 1 1.1 本课题的目的.1 1.2 天然气三甘醇脱水国内外现状.1 1.3 设计参数.3 1.4 遵循的规范、标准.4 2 2 吸收塔设计吸收塔设计.5 5 2.1 吸收塔选型.5 2.2 吸收塔工艺计算.6 2.3 吸收塔设计结果.24 3 3 重沸器设计重沸器设计.2626 3.1 重沸器选材.26 3.2 重沸器设计.26 3.3 重沸器设计结果.29 4 4 三甘醇泵的选型三甘醇泵的选型 .3030 4.1 影响选泵的因素.30 4.2 选泵结果.30 5 5 结结 论论.3232 参考文献参考文献 .3333 致致 谢谢 .3

11、434 附附 录录 .3535 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 1 1 绪 论 1.1 本课题的目的 在学习完本科油气储运工程专业课程之后，我对油气储运工程专业以后要从事的 工作得以窥见一斑，也对油气储运工程有了一定的认识。油气储运工程研究方向众多， 本课题要研究的只是天然气净化中的脱水环节。目前天然气的脱水方法主要有冷凝法、 吸收法、吸附法以及超音速法。本课题采用的是使用较为广泛的三甘醇吸收法脱水。 天然气三甘醇脱水的主要设备有吸收部分的过滤分离器、吸收塔，再生部分的闪蒸分 离器、三甘醇过滤器、甘醇换热器、精馏柱、再生塔、重沸器以及甘醇循环泵。 为了对天然气三甘醇脱水有一个更加系统、全面的

12、了解，综合利用所学知识进行 2000104 m3/d 天然气三甘醇脱水装置工艺设计。通过学习和训练，能入理解三甘醇脱 水的基本理论和技术，掌握三甘醇脱水的设计思路及方法，而本课题的主要目的是通 过对天然气三甘醇脱水系统吸收塔、重沸器的设计以及泵的选型使自己对天然气三甘 醇脱水系统有更进一步的认识，对吸收塔、重沸器及泵的工作原理、尺寸结构、运行 工况有一定的掌握，能够根据三甘醇脱水系统的工况简单分析一些在系统运行中常见 的问题，并给出相应的解决方案。 1.2 天然气三甘醇脱水国内外现状 1.2.1 三甘醇脱水系统 三甘醇作为脱水剂其优点缺点对比如表 1-1 所示； 表 1-1 三甘醇作为脱水剂其

13、优点缺点对比 优点缺点 具有 deg 的优点，理论热分解温度较 deg 高， 获得露点降较大，蒸汽压较 deg 低，蒸发 损失小，投资及操作费用较 deg 低。 投资及操作费用较 cacl2 水溶液法高，当 有液烃存在时，再生过程易起泡，有事需要加 入消泡剂。 三甘醇脱水系统在天然气工业中得到了广泛的应用。但还是存在着一些问题：系 统比较复杂；三甘醇溶液再生过程的能耗比较大；三甘醇溶液会损失和被污染，因此 需要补充和净化；三甘醇与空气接触会发生氧化反应，生成有腐蚀性的有机酸。所以， 三甘醇脱水的投资和运行成本比较高。 目前国内的橇装三甘醇脱水系统多从国外引进。虽然性能很好，但是也存在很多 问题

14、。如一次性投资比较大；各种零配件和消耗品不易购买，而且价格昂贵；计量标 准与我国现行标准不同；测量系统不适合我国的天然气性质等。例如四川大天池天然 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 2 气输送干线引进的橇装三甘醇脱水系统，1999 年 3 月 25 日至 7 月 27 日试运行过程中， 日平均三甘醇消耗量为 1119 kg，而且随着装置运行时间延长，三甘醇消耗逐渐增加。 由于使用的三甘醇需要进口，价格较高，因此三甘醇消耗量成为影响生产成本的重要 因素。 1.2.2 吸收塔 吸收塔是三甘醇脱水装置最主要的设备，通常由底部的进口气涤器（洗涤器） 、中 部的吸收段和顶部的捕露器 3 部分组成。由于液

15、体流量小，同时又不是塔尺寸计算的 一个决定性因素，吸收塔的直径主要由气体流速与空塔速度决定，塔内的塔板数和所 占空间则决定了吸收塔的高度。 吸收塔分为板式塔和填料塔 2 种类型。前者通常采用泡罩(帽)塔板，在确定了进 料气所要求的露点降、吸收塔的温度和压力等参数后，可根据贫三甘醇浓度、三甘醇 循环量和露点降之间的关系，来选择合适的贫三甘醇浓度和吸收塔塔板数。实践证明， 任何泡罩式甘醇吸收塔至少要有 4 块实际塔板数才能有良好的脱水效果，一般采用 412 块。填料塔主要采用瓷质鞍形填料和不锈钢环，一般根据填料效率和填料系数选 择填料的尺寸。 在国外塔的发展方向主要是：“要求在提高处理能力和筒化结

16、构”的前提下，保 持一定的弹性操作和适当的压力降，并尽量提高塔盘的效率。至于新型材料的研究， 则希望找到有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。 目前，我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形塔等，填料种类 除拉西环、鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规整填料也常采用。近 年来，参考国外塔设备技术的发展动向，加强了对筛板塔的研制工作，提出了斜孔塔 和浮动喷射塔等新塔型。对多降液管塔盘、导向筛板、网孔塔盘等，也都作了较多的 研究，并推广应用于生产。其它多种塔形和金属鞍环填料的流体力学性能、传质性能 和几何结构等方面的试验工作，也在进行，有些已取得了一定的成果或用于生产。 1

17、.2.3 重沸器 重沸器的作用是用来提供热量将富三甘醇加热至一定温度，使富三甘醇中所吸收 的水分汽化并从精馏柱顶排放，同时提供回流热负荷及补充散热损失。 按照水力学特性，精馏柱的重沸器一般可以分为一下两类： 池式沸腾设备，如釜式重沸器和内置式重沸器； 高速一次通过式和循环式设备，如热虹吸式重沸器和泵强制输送式重沸器。 在三甘醇脱水系统中重沸器通常为卧式容器，采用釜式结构，一般采用火管直接 加热、水蒸气或热油间接加热、电加热以及废气加热等 4 种加热形式。当采用火管直 接加热方法时，要注意将重沸器安装在平台下风向一个安全的地方当采用水蒸气或热 油作热源时，热流密度由热源温度控制，热源温度的推荐值

18、为 232，有时也可用 260。不论采用何种热源，重沸器内三甘醇溶液液位应比顶部传热管高 150mm。 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 3 1.2.4 甘醇循环泵 由于天然气系统压力高、三甘醇再生温度高等原因，在三甘醇脱水系统中泵甘醇 循环泵的泄漏较为普遍，这无疑就会增加三甘醇损耗量。cq 系列磁力离心泵和 kimray 三甘醇泵都能够有效地解决泄漏问题，kimray 三甘醇泵还能节能减耗。 cq 系列磁力离心泵泵体逐渐是由主动和从动永磁钢组成的磁性联轴器，外磁钢和 电动机相连为主动件，内磁钢和叶轮相连为被动件，当电动机启动后，通过磁力耦合 驱动叶轮同步工作。泵的结构要点以静密封取代动密封，

19、使泵的过流部件完全处于密 封状态，从而保证介质与外界的隔绝，彻底解决了机械密封不能解决的跑、冒、滴、 漏等弊端。 kimray 三甘醇泵也称甘醇能量转换泵，利用吸收塔出来的高压富甘醇与来自再 生装置的低压贫甘醇进行能量交换，将高压富甘醇变为低压富甘醇离开循环泵，而低 压贫甘醇变为高压贫甘醇进入吸收塔。 三甘醇脱水系统的kimray泵具有以下优点： 不需额外的动力，节能环保，符合当前创建资源节约型社会和创建环境友好型 社会的时代主题。 泵吸入和排出的三甘醇流量一致，因此脱水塔不需要液位显示和控制装置，使 脱水装置的投运和日常操作、维护变得十分便利，提高了脱水装置的可靠性。 泵壳体上没有动密封，有

20、效防止了三甘醇泄漏。 1.3 设计参数 原料气条件： 温度 40 ；压力 9.5mpa；流量 2000104 m3/d（正常） 、2200104 m3/d（最大） 。 原料气组成如表 1-2 所示（mol%） （干基）： 表 1-2 原料天然气组分 组分mol% n20.5815 co20.6911 he0.0069 methane98.0730 ethane0.5314 propane0.0420 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 4 i-butane0.0067 续表 n-butane0.0100 i-pentane0.0036 n-pentane0.0038 n-hexane0.0044

21、 n-heptanes0.0272 n-octane0.0065 n-nonane0.0031 n-decane0.0018 n-c110.0022 n-c120.0027 n-c130.0007 n-c140.0014 total100.00 1.4 遵循的规范、标准 1 sy/t 0515-1997 油气分离器规范 2 sy/t 0076-2008 天然气脱水设计规范 3 sy/t 0602-2005 甘醇型天然气脱水设计规范 4 sy/t0010-1996 气田集气工程设计规范 5 sh 3098-2000 石油化工塔器设计规范 6 jbt 4737-1995 椭圆形封头 7 sy 00

22、31-2004石油工业用加热炉安全规程 8 sy/t 0003-2003 石油天然气工程制图标准 9 gb 151-1999 管壳式换热器 5 jbt 4710-2005 钢制压力容器 13 gbt 9019-2001 压力容器公称直径 14 gb150.2-2010 固定式压力容器 15 gb50011-2010 建筑物抗震设计 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 5 16 sy/t 0504-2006 石油工业用加热炉型式与基本参数 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 5 2 吸收塔设计 2.1 吸收塔选型 根据本课题采用的脱水剂为三甘醇，根据 sy/t00762008 中 5.3.2

23、要求，吸收塔 选择板式塔。板式塔之间的比较式一个十分复杂的问题，要考虑的问题很多，而且每 一种方法都存在一些不足的地方，综合考虑各方面因素后，对板式塔的评价具体可以 从以下几个方面比较： 生产能力； 塔板效率； 操作弹性； 气体通过塔盘的压力降； 造价； 操作是否方便。 表 2-1 各种塔盘比较 塔盘形式蒸气量液量效率操作弹性压力降价格可靠性 泡罩良优良超差良优 筛板塔优优优良优超良 浮阀优优优优良优优 穿流式优超差差优超可 表 2-2 各种板式塔的优缺点及用途 塔盘形式结构优点缺点用途 圆形泡罩复杂 1 弹性好；2 无泄漏 1 费用高；2 板间距大；3 压力降比较多 适用于特定要 求的场合泡

24、 罩 型 s 型泡罩稍简单 简化了泡罩的 形式，因此性 能相似 1 费用高；2 板间距大；3 压力降比较多 适用于特定要 求的场合 多条浮阀简单 浮 阀 型 重盘式浮阀 有简单和稍复 杂的 1 操作弹性好； 2 塔板效率高； 3 处理能力较 没有特别的缺 点 适用于加压及 常压下的气液 传质过程 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 6 续表 t 形浮阀简单大 筛板（溢流式）简单 1 正常负荷下 的效率好； 2 费用最低； 3 压力降小 波纹筛板简单 1 比筛板塔压 力降稍高，但 是具有同样的 优点；2 气液 分不好 1 稳定操作范 围窄；2 要么 扩大孔径，否 则易堵物料； 3 容易发生液

25、 体泄漏 适用于处理量 变动较少且不 析出固体物的 系统 栅板简单 1 处理能力大； 2 压力降小； 3 费用便宜 1 塔板效率地； 2 弹性较小； 3 处理量少时， 效率剧烈下降 适用于粗蒸馏 通过以上表 2-1 和表 2-2 个表的比较，结合课题要求，根据 sy/t00762008 中的 5.3.2 要求，综合考虑各方面的因素后，笔者决定本课题中选择吸收塔的塔板为圆形泡 罩型塔板。 2.2 吸收塔工艺计算 2.2.1 进塔贫甘醇浓度的确定 干天然气的平均分子质量按 2-1 式计算： 2-1 iim ym 式中 m天然气的相对分之子质量； yi组分 i 的摩尔分数； mi组分 i 的相对分之

26、子质量。 根据表 1-3 中的数据及各组分相对分子质量；由公式 2-1，41.16m 2-2 空 天 空 天 m m s 由公式 2-2，相对密度，天然气的拟临界压力和温度按下式计算；7 . 057 . 0 s 2-3sppc24. 0778 . 4 stpc 6 . 176 2 . 92 2-4 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 7 式中 ppc天然气拟临界压力，mpa； tpc天然气拟临界温度，k； s天然气相对密度。 根据公式 2-3，2-4 计算得出：、64 . 4 pc p86.192 pc t 2-5 pcpr ppp/ 2-6 pcpr ttp/ 式中 ppr天然气拟对比压

27、力，mpa； tpr天然气拟对比温度，k。 根据三甘醇脱水系统操作温度推荐值为 27381，由于原料气的温度为 40， 在进入吸收塔之前要进行了节流降压，选取进入吸收塔的原料气温度为 27，27对 应的压力为 9.1mpa，经计算、，查图 2-1 得到压缩因子96 . 1 pr p56 . 1 pr t85 . 0 z 2-7 t pm z314 . 8 天 式中 天然气在任意压力、温度下的密度，kg/m3； p天然气的绝对压力，kpa； z天然气压缩因子 t天然气的绝对温度，k。 由公式 2-7 代入数据计算可得到在 t=27、p=9.1mpa 时，kg/m3。44.70 天 假设产品气的露

28、点要求为-5。由于离开吸收塔的气体的实际露点一般比平衡 露点高 5.58.3，所以本课题中选择要到达的露点为-14。查图 2-2 后可知要达到 此要求需要的进塔贫 teg 的浓度至少应为 98%。1 2.2.2 脱水量及贫三甘醇用量的确定 teg 脱水系统单位时间内的脱水量计算2 2-81000/ )( yyvg 式中 g脱出的水量，kg/h； v进入吸收塔天然气的量，m3/h； y进入吸收塔的天然气含水量，g/m3； y离开吸收塔的天然气含水量，g/m3。 贫甘醇用量计算 2-9agv 式中 a吸收天然气中 1kg 水量所需的贫 teg 的量，一般 a 取 0.0250.06m3； v进入吸

29、收塔天 teg 的量，m3/h； 根据课题给出的条件经查图 2-3 后可知在 27、9.1mpa 湿天然气中的饱和含水量 0.60g/m3，在-14、9.1mpa（忽略塔内压降）产品气中的饱和含水量为 0.035g/m3。 按日处理量的最大值 2200104m3/d、取 a=0.055，根据公式 2-8、2-9 计算得到： 、。hkgg/518hmv/49.28 3 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 8 图 2-1 天然气压缩因子图版 图 2-2 吸收塔操作温度、进料贫 teg 浓度和流出的干天然气平衡水露点的关系 天然气平衡时水露点， 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 9 图 2

30、-3 天然气水露点 2.2.3 吸收塔塔板数的确定 利用标准的 kremser-brown 吸收因子法2，由相平衡关系，通过逐板做物料衡算 导出如下 kremser-brown 方程： 2-10 1 1 1 01 11 n n n n a aa ww ww 式中 wn+1进入吸收塔湿天然气中含水汽的量，kg/mm3； w1离开吸收塔干天然气中含水汽的量，kg/mm3； w0当离开干气与进塔贫 teg 溶液处于平衡时，干气中含水汽的量，kg/mm3； 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 10 n吸收塔理论塔板数； a吸收因子。 2-11 vk l a 式中 lteg 溶液循环量，mol/h；

31、 v天然气流量，mol/h； k气相中水汽与 teg 溶液中液相水之间的平衡常数。 2-12 x y k 式中 y气相中水的摩尔分数； x与气相平衡的 teg 溶液中水的摩尔分数。 平衡常数 k 与 teg 溶液浓度有关。teg 贫液进塔后，由上至下流动，吸收了天然 气中的水汽，浓度不断变化，因而 k 值沿吸收塔也是变化的。teg-水-天然气系统中 的液相系为非理想液态体统。预测气液间平衡关系要求使用活性系数。 2-13 0 yk 式中 y0与纯相态水呈平衡状态的含饱和水汽的气体中，水汽的摩尔分数，已知操 作压力和温度，可由图 2-3 查出； teg 溶液水的活性系数，可由图 2-4 查出。

32、图 2-4teg-水溶液中水的活性系数 甘醇中水含量常用含水质量百分数表示，计算中需要将其换算为摩尔分数浓度， 其可按下列公式进行换算； 2-14yw803000 式中 w天然气中水汽含量，kg/mm3； y天然气中水汽含量，水的摩尔分数。 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 11 2-15 x x gw 3333 . 7 3333 . 8 式中 gwteg 溶液中水的质量百分数； xteg 溶液中水的摩尔分数。 2-16 0 0 0 rxww 2-17rwk 06 10245 . 1 式中 w0操作条件下与纯相态水呈平衡状态的饱和含量，kg/mm3； x0与出塔干气平衡的 teg 溶液中

33、水的摩尔分数。 在 teg 吸收塔实际的操作中，由于塔内气液两相接触时间有限，每块塔板上都不 会达到平衡状态。所以实际需要的塔板数比理论塔板数要多，实际塔板数与理论塔板 数之间的关系如下： 2-18 p n n 对于吸收塔，一般可取效率 为 25%40%。 根据公式 2-10，由图 2-3 查出在操作条件下入塔湿天然气与出塔干天然气的含水 量分别为； wn+1=0.60g/m3=600kg/mm3 w1=0.035g/m3=35kg/mm3。 根据公式 2-14，求 w0，则有： 0 0 0 rxww 07837 . 0 18/1150/98 18/1 0 x 查图 2-4 得到，当 tge

34、浓度为 98%时，水的活性系数 r=0.52，由于 w0= wn+1,所 以 3 0 /45144.2407837 . 0 52 . 0 600mmkgw 将 wn+1，w1，w0带入 2-10，可得到 98167 . 0 1 1 1 n n a aa 即 2-1998167 . 0 01833 . 0 1 aan 根据公式 2-17 可得到； 00039 . 0 52 . 0 60010245 . 1 6 k 可由全塔水的物料平衡求出，即 v l 0 11 xx yy v l n n 2-20 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 12 根据公式 2-14，分别计算出 yn+1，y1如下：

35、 000747 . 0 10245 . 1 1 6 1 nn wy 000044 . 0 10245 . 1 1 6 1 wy 根据公式 2-15，可算出 xn如下： n n w x x g 3333 . 7 3333 . 8 由于前面单位时间的吸水量及 teg 贫液的用量 a=0.06m3/kg，则单位体积 teg 吸收 的水量如下： 3 /182.18 1 mkg a 根据三甘醇脱水系统中的推荐温度，进入吸收塔的贫三甘醇的温度比原料气高 38，本设计中取高出 8，由于原料气为 27，查阅相关资料后得到在 35时， 浓度为 98%的 teg 密度为 1140kg/m3，则可以算出吸收水后的富

36、液的浓度如下： % 5 . 96 182.181140 %981140 c 由此可知 gwn=3.5%，则计算 xn如下： n n x x 3333 . 7 3333 . 8 %5 . 3 xn=0.2321 将 yn+1，y1，x0，xn带入公式 2-20 中可以得到： 00457 . 0 07837 . 0 2321 . 0 000044 . 0 000747 . 0 v l 根据公式 2-11，将 k，l/v 带入可得到： a=11.72 根据公式 2-19，计算理论塔板数如下： 72.585 1 n a 589 . 2 72.11 72.585 1 lg lg n 589 . 1 n

37、若取每块塔板效率为 25%，根据公式 2-17 可得到：，考虑到操3 . 625 . 0 / nnp 作弹性，取吸收塔塔板数为 8 块。 2.2.4 吸收塔塔径的确定 由于本课题中给出的最大处理量 2200104m3/d 比较大，如果只用一个吸收塔，在 计算后得出的吸收塔塔径势必会很大，这样就会给生产厂家带来制造的困难，产品很 难达标，即使生产出了合格厂品，在安装及运输的过程中也会遇到很多困难，因此， 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 13 经多方面考虑后，笔者认为本课题中选择 10 套相同的处理装置是可行的，这样每一套 的负荷就变小了，相应的塔径也就减小，生产、安装也就能达到要求。 t

38、eg 吸收塔塔径计算，可先算出允许的单位面积最大空塔气体质量流量，在根据最 大空塔气体质量流量计算塔径，计算公式如下： 2-21 25 . 0 5 . 0 )/( 8 . 07 . 0 175 . 4 ggl c g d 式中 dteg 吸收塔直径，m； g气相质量流量，kg/h； l吸收塔中液相密度，kg/m3； g吸收塔中气相密度，kg/m3； c常数，与甘醇吸收塔板间距有关。 2-22 n qmg00173 . 0 式中 q基准状态下被处理天然气的体积流量，m3/d。 2-23 273 273 t qq n 式中 qn标准状态下的天然气处理量 m3/d； t标准状态下的温度，t=20。

39、将课题给出的天然气的最大处理量 qn及 t 带入公式 2-23 得到每套脱水装置的处理 量为： dmq/10361 . 2 10 273 293 2200 10 1 364 将 q 及 mn带入公式 2-22 得到： hkgg/107 . 61041.16361 . 2 00173 . 0 44 在 t=35是，查得 teg 密度 l=1140kg/m3,将前面已经计算出来 g带入公式 2-21 中，取 c=550,板间距为 700mm，得到： md572 . 1 44.70)44.701140/( 55075 . 0 107 . 6175 . 4 25 . 0 5 . 0 4 由于此方法在计

40、算过程中比较保守，因此,此计算结果要比实际的结果要大，经整 圆后，笔者决定吸收塔直径 d=1400mm。 2.2.5 塔盘形式的选择 1）液流型式的选择 正确设计溢流型塔盘的液流形式非常的重要，行程长有利于气液两相的接触，但 是会引起液面落差大和造成液流短路，影响板效率；然而喷射型塔盘利用气相推动液 流向前，液面落差很小。因此，应根据气液流量及塔盘特点，选择液流形式。本课题 中选择结构简单的单流型塔盘。3 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 14 2）圆泡罩的选型 塔板上设有若干圆形泡罩，泡罩上开有一定数量的齿缝，泡罩内有升气管，气体 由升气管进入，经环形截面及回转通道由齿缝流出，与塔板上

41、的液层进行气液接触， 从而达到气液传质的目的，由于甘醇吸收塔属于腐蚀性环境，选择泡罩材料为类 （1cr18ni9ti） ，根据工艺条件以及塔板效率选出的圆泡罩的规格如表下： 表 2-3 选出的圆泡罩参数与尺寸 （mm） 名称参数 公称直径 dn 100 泡罩外径 d1壁厚 s1 1001.5 升气管外径 d2壁厚 s2 703 总高度 h1 103 升气管高度 h2 62 泡罩高度 h3 75 泡罩顶端至齿缝高度 h4 38 齿缝高度 h5 32 齿缝宽度 b1 5 齿缝数目 n 32 齿缝节距 f 9.82 升气管孔径 d1 68 升气管净面积 f1，cm2 27.75 回转面积 f2，cm

42、2 43.21 环形面积 f3，cm2 35.39 齿缝总面积 f4，cm2 49.47 f2/f1 1.55 f3/f1 1.26 泡罩质量，kg 0.86 2.2.6 除沫器选择与计算 1）除沫器的选择 适宜的设计气速是除沫器取得高效的因素。气速太低时，雾滴成飘浮状，没有撞 击网丝，即会随着气流通过丝网；气速太高时，聚集的雾滴不易从丝网上降落，又被 气流重新带走。根据 sy/t0602-2005 中规定，吸收塔内的捕雾器应能除去直径大于 5m 的甘醇液滴，因此，笔者决定选用丝网除沫器。 2）设计气速的选取 根据油气集输设计规范 （gb50350-2005） ，通过丝网捕雾器的设计速度，一般

43、 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 15 取丝网最大允许速度的 75%，气体通过丝网最大允许速度可按下式计算丝网除沫器操 作中的极限速度按（m/s）下式计算： 2-24 g gl f ku 式中 l液滴密度，kg/m3； g进口气体密度，kg/m3； k气液过滤网常数，与网型有关，本课题中选择网型为 hp，k=0.233。 丝网除沫器的操作气速 2-25 fg uu)8 . 05 . 0( 将相关的数据带入公式 2-24、2-35，取 0.75，得到： ug=0.68m/s 2）丝网除沫器直径 丝网的使用面积取决于气体的处理量，丝网为圆形时，处理气体所需要的流道直 径 d1按下式计算：

44、2-26 g u q d 4 1 式中 q操作条件下的气体处理量，经计算后每个塔操作条件下的处理量为 0.334m3/s； 将相关的数据带入公式 2-26 中得到：d1=800mm 3)丝网层厚度的确定 丝网层的适宜厚度应按工艺条件通过适应确定，本课题中采用金属网丝，金属丝 的直径范围为 0.0760.4mm，选取网层厚度经验数值为 150mm。 2.2.7 吸收塔塔体强度计算 根据工艺要求由固定式压力容器gb150.2-2010，塔壁和上、下封头材料选用 16mnr 合金钢4（s=285mpa，t=170mpa） 。 1）塔壁厚度 塔壁厚度按下列公式计算： 2-27 2 2 c p pd s

45、 t i c 式中 p设计压力，mpa； di塔内径，mm； t设计温度下塔壁材料的许用应力，mpa； 焊接接头系数，本题中取 =1； 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 16 c2腐蚀余量，本课题中塔壁腐蚀余量取 c2=3mm。 根据设计规范将本课题中给出的操作压力取 1.1 倍后及相关的数据带入公式 2-27 中可以得到吸收塔塔壁的厚度为： mmsc 5 . 453 1 . 91 . 111702 14001 . 91 . 1 取塔壁厚度 sc=46mm 2）封头厚度 考虑到封头与筒体采用双面焊接的焊接方法进行焊接，根据力学有关 知识，为了 不使应力集中破坏设备，决定两端封头采用浅碟形

46、封头，根据相关知识，由于本课题 采用的是标准椭圆形封头，所以其封头厚度按下列公式计算： 2-28 2 5 . 0 2 c p kpd s t i c 式中 p设计压力，mpa； di塔内径，mm； t设计温度下塔壁材料的许用应力，mpa； 焊接接头系数，本题中取 =1； c2腐蚀余量，本课题中封头腐蚀余量取 c2=2mm； k形状系数，本课题中采用标准封头，k=1。 根据设计规范将本课题中给冲出的操作压力取 1.1 倍后及相关的数据带入公式 2- 28 中可以得到吸收塔封头的厚度为： mmsc 8 . 432 1 . 91 . 15 . 011702 114001 . 91 . 1 为了保证良

47、好的性能，取封头厚度与筒体的厚度一致为 sc=46mm。 2.2.8 吸收塔高度的确定 板式塔如图 2-5 所示，其高度主要由主体高度 hz、塔顶部空间高度 ha、底部空间 高度 hb、裙座高度 hs几部分组成。 塔的主体高度 hz可根据塔板数及塔板间距算出，前面求得塔板数为 8，塔板间距 为 700mm,塔的主体高度计算如下： mmhz49007007 塔的顶部空间高度 ha由于要安装除雾器，根据 sy/t0076-2008 中 5.3.2. d)捕雾 器到气体出口的间距不宜小于塔内径的 0.35 倍，顶层塔板到捕雾器的间距不应小于塔 板间距的 1.5 倍。考虑捕雾器的高度为 150mm，由

48、 jb4737-95 查得 dn1400mm 的封头 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 17 高度为 350mm，直边高 50mm，顶部空间高度计算： mmha1290503501505 . 170035 . 0 1400 取塔顶部空间为 ha=1300 塔的底部空间高度 hb主要是由甘醇循环液停留时间确定，本课题中选择甘醇在其 中停留时间为 10min。根据每个塔甘醇的循环量可以计算得塔底部空间高度如下： mm d v hb364 4 . 114 . 3 106 62.3344 22 考虑各方面因素后，笔者决定 hb取 554mm。 塔体常由裙座支撑，裙座的形式分为圆柱形和圆锥形两种，

49、本课题中选择圆柱形 裙座。裙座的高度是由塔底封头切线至出料管中心线的高度 l1和出料管中心线至基础 环的高度 l2两部分组成。l1的最小尺寸是由液体出口管的直径确定的；l2则按工艺条 件确定。本课题中选择裙座高 hs为 1900mm,人孔开在裙座高 1200mm 处，其规格为 500。 所以加上顶部封头高度及厚度之后，塔的总高度为 h 如下： mmh91004650350190055449001300 hshbhzha 图 2-5 板式塔的高度组成 2.2.9 吸收塔强度校核 1)吸收塔质量的计算3 圆筒壁、封头和裙座质量计算： kgm148441081 . 7 1 . 9)4 . 1492.

50、 1 ( 4 322 01 附属件质量的计算： kgmma37111484425 . 0 25 . 0 01 塔内构件质量的计算： 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 18 kgm184615084 . 1 4 2 02 物料质量的计算： kgm16408111012 . 0 4 . 1 4 2 03 水压试验质量的计算： kgmw110781000)9 . 11 . 9(4 . 1 4 2 塔的操作质量的计算： kgmmmmm a 2204137111640184614844 0302010 塔的最大质量的计算： kgmmmmmm aw 3311937111107816401846148

51、44 030201max 塔器最小质量的计算： kgmmmm a 2 . 18924371118462 . 0148442 . 0 0201min 将塔沿高分成 5 段，裙座分为 2 段，筒体均匀分成 3 段，各段质量如表 2-4 所示： 表 2-4 kg 段号 12345 m01+ma 24471426489448944894 m02 00616.3616.3616.3 m03 00546.7546.7546.7 mw 003692.63692.63692.6 m0 24471426605760576057 mmax 244714269202.99202.99202.9 mmin 24471

52、4265017.35017.35017.3 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 19 2400700120024002400 m1 m2 m3 m4 m5 h1 h2 h3 h4 h5 00 图 2-6 吸收塔分段图 2）塔器的基本基本自振周期计算 由于本课题中采用的是等直径，等壁厚的吸收塔，其自振周期按下式进行计算： 2-29 3 3 1 1033.90 i de mh ht 式中 h塔体高度，mm； m塔设备的总质量，kg； 塔体的厚度，mm； di塔体内径，mm。 将前面计算出来的塔设备的总质量 m 及塔体高度带入公式 2-29 后计算得到，塔器 的基本自振周期为： st077 .

53、0 10 1400431092 . 1 910022041 910033.90 3 35 1 3）地震载荷和地震弯矩计算 将吸收塔沿高度分成 5 段，视每段高度之间的质量为作用在该段高度 1/2 处得集 中质量，各段集中质量对该截面引起的地震力地震弯矩列于下表 2-5 中： 表 2-5 塔段号 12345 mi，kg 24471426605760576057 hi，mm 6001550310055007900 hi1.5 0.0151060.0611060.171060.411060.70106 mihi1.5 0.0371090.0871091.031092.481094.241097.84

54、71 09 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 20 mihi3 0.5310125.31012180.410121007.710122986.310124.1810 15 a/b )1018 . 4 ,10847. 7(10884 . 1 / 15 5 1 3 9 5 1 5 . 1 6 i ii i ii hmbhmaba 1k=hk1.5a/b 0.02830.11490.32030.7721.3188 973 . 0 01 . 0 55 . 0 01 . 0 05 . 0 9 . 0 55 . 0 05 . 0 9 . 0 2 519 . 1 01 . 0 7 . 106 . 0

55、01 . 0 05 . 0 1 7 . 106 . 0 05 . 0 1 2 168 . 1 16. 0519 . 1 077 . 0 55 . 0 973 . 0 max21 t tg f1k，n 1141.32700.331973.777064.3131648.2 mkhk 1.4681062.21010618.77710633.31410647.850106103.619 106 续表 vmax104 . 0 16. 065. 065 . 0 maxvmax meq，kg75.165302204175 . 0 75 . 0 0 mmeq fv0-0,n33.1686581 . 9 75.

56、16530104 . 0 max 00 gmf eqvv fvi，n 238.94359.713056.205422.287788.21 fvi-i 16865.3416387.4616027.75 因为 h/d=6.515 且 h20，故不考虑高振型影响，三个截面如图 2-6 所示。 a.0-0 截面地震弯矩mmnhfm k k ke 9 5 1 1 00 10568 . 1 b.i-i 截面地震弯矩mmnhfm k k k ii e 9 5 1 1 10274 . 1 )1200( c. -截面地震弯矩mmnhfm k k ke 9 5 1 1 - 10274 . 1 )1200( 4）风

57、载荷和风弯矩计算 将吸收塔沿高度分成 5 段，计算结果见表 2-6 表 2-6 塔段号 12345 塔段长度，m01.21.21.91.94.34.36.76.79.1 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 21 q0，n/m2 300 k1 1.2 fi 1.00 1.47 0.72 i 0.020.060.140.460.85 i i f k 1 2 1.0211.0641.1481.4871.900 li，mm 1200700240024002400 dei，mm 1486 ndl fqkkp eiiiii 6 021 10 655.4398.41473.91909.22439.4 因

58、为 h/d=6.515 且 h30，故不考虑横风向风振。 a.0-0 截面风弯矩 mmn l llp l lp l pmw 7 2 21 2 1 100 10535. 3) 2 .(.) 2 ( 2 521 b.i-i 截面风弯矩 mmn l llp l lp l pm ii w 7 2 32 3 23 2 2 10749. 2) 2 .(.) 2 ( 2 5 c.-截面风弯矩 mmn l llp l lp l pm 7 5 43 4 3 3 3 - w 10328 . 2 ) 2 () 2 ( 2 54 5）各计算截面的最大弯矩 a.截面 0-0 取其中较大值 0000 00 00 max

59、25 . 0 we w mm m m 由于 mmnmm mmnm we w 9 0000 7 00 10577 . 1 25. 0 10535 . 3 故（地震弯矩控制）mmnm 9 00 max 10577 . 1 b.截面 i-i 由于 mmnmm mmnm ii w ii e ii w 9 7 10281 . 1 25 . 0 10749 . 2 故（地震弯矩控制）mmnm ii 9 max 10281 . 1 c.截面- 重庆科技学院本科生毕业设计 吸收塔设计 22 由于 mmnmm mmnm e 9- w - 7- w 10109 . 1 25 . 0 10328 . 2 故（地震弯

60、矩控制）mmnm 9- max 10109 . 1 6）塔壁应力校核 验算塔壳-截面处操作时和压力试验时的强度和稳定性,结果列于表 2-8 中。表 2-7 计算截面 - 计算截面以上塔的操作质量 kg - 0 m 17181 塔壳有效厚度 mm e 43 计算截面的横截面积 mm2 ei da 189028 计算截面的断面系数 mm3 ei dz 2 4 6.616107 续表 最大弯矩 nmm max m 1.109109 操作压力引起的轴向应力 mpa e icd p 4 1 77.3 重力引起的轴向应力 mpa a fgm v - 0 2 压应力 0.96 拉应力 0.82 弯矩引起的轴