工程设计计算书)1.doc

1 天然气脱水系统的计算1.1 吸附计算1.1.1 吸附器直径计算1. 分子筛脱水工艺参数：吸附周期：24小时分子筛有效吸附容量：取10kgH2o/100kg分子筛原料气在25MPa、45校正后的饱和含水量查图得600mg/m3，换算到20，101.325kPa条件下为590.88mg/m3，按全部脱去考虑，需水量：0.37kg/h2. 操作周期24小时，总共脱水：8.88kg。3. 原料气在25MPa、45：Pc=0.97724.491+0.016284.727+0.000054.256+0.000053.54+0.000043.5+7.1490.0053+8.7150.00056+1.70.00107=4.51 MPaTc=0.9772*191+0.01628*305.45+0.00005*368.85+0.00005*407.15+0.00004*425.15+304*0.0053+373.54*0.00056+65*0.00107=193.56 K视对比压力 =5.543视对比温度 1.643 查图得天然气的压缩系数Z=0.88。天然气摩尔质量：M=0.977216+0.006230+0.0000544+0.0000558+0.0000458+0.005344+0.0010728+0.0100934=16.43 g/moL将气体处理量换算到0、101325pa条件下：V=1.5*104*273/293=1.4*104m3/d则操作条件下气体量：气体质量流量原料气在25MPa、45的密度： 操作条件下气体体积流4. 吸附器直径：取决于适宜的空塔流速，适宜的直径比。实践证明采用雷督克斯的半经验公式得到一个空塔流速，然后用转效点积核式可行的，半经验公式如下：式中G允许的气体质量流速，；C系速，气体自上向下流动，取0.250.32；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/；分子筛的平均直径（球形）或当量直径（条形），m。已知，C取0.29, 则：吸附塔的截面积: 直径： 根据标准系列， D取0.3m.1.1.2 吸附器高径比计算分子筛有效吸附容量取10kg（水）/100kg（分子筛）。一个周期内所需分子筛的质量： 0.3724/0.1=88.8kg吸附器需装分子筛的体积： 吸附塔的截面积：F=0.7850.32=0.07065m2气体流速u=0.57m/min床层高：高径比：1.1.3 吸附器安全阀的计算 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：2. 安全阀的泄放压力（定压）安全阀开始起跳时的进口压力称为安全阀的泄放压力或定压。它应等于或小于受压设备或管道的设计压力。可按下面的方法确定：当1.8MPa 0.18MPa 当1.8MPa7.5MPa =1.05 式中 P 被保护设备或管道操作绝对压力，MPa； 安全阀泄放绝对压力，MPa。脱水塔操作压力P=25MPa，由于P7.5MPa，则：3. 聚积压力 安全阀开至最大并达到最大泄放量时的进口压力与泄放压力之间的差值称为聚积压力，用表示。对于安装在无火压力容器上的安全阀：4. 最高泄放压力安全阀达到最大泄放量能力时的进口压力，称为最高泄放压力。在工艺流程中，最高泄放压力可按下式确定：式中 安全阀最高泄放压力，MPa； 安全阀泄放绝对压力，MPa； 安全阀聚积压力，MPa。5.背压（出口压力） 安全阀开启前泄压总管的压力与安全阀开启后介质流动所产生的流动阻力之和。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：式中气体临界压缩比； k 气体绝热指数，可取1.21.4。代入数据得：6. 安全阀通道截面积 安全阀通道截面积按下式计算：式中A 安全阀通道截面积，; G 安全阀的最大泄放量，kg/h； 安全阀达到最大泄放量时的进口绝对压力，MPa； K 流量系数，一般取0.90.97； M 气体摩尔分子量，kg/kmol； 安全阀进口处绝对温度，K；Z 气体压缩系数； C 气体特性系数， 其中，k是气体绝热指数。式中第i组分的气体摩尔分数； 第i组分的气体绝热指数。7.安全阀直径：根据油气田常用阀门手册选用A42Y-40型弹簧封闭全启式安全阀，公称通径DN2，公称压力29MPa。 选用A42Y-40型弹簧封闭全启式安全阀，公称通径DN，公称压力xxxMPa。1.2再生计算 1.2.1 再生热负荷计算用贫干气加热，M=16.4kg/kmol，进吸附塔温度260，分子筛床层吸附终了后温度50，再生加热气出吸附器温度200，床层再生温度是。预先计算在230时，分子筛比热，钢材比热，瓷球比热。吸附器筒体是压力容器，预先估计其包括器内附属设备的质量约重1320kg，床层上下各铺150mm瓷球，瓷球堆密度，共重约46.86kg。再生加热所需的热量为Q，则：式中Q加热分子筛的热量，kJ ；Q加热吸附器本身（钢材）的热量，kJ；Q脱附吸附水的热量，kJQ加热铺垫的瓷球的热量,kJ算出Q后，加10%的热损失，设吸附后床层温度是，50;热再生气进出口平均温度为230, 则： 加10%的热损失，得出的Q: 16.3104kJ 式中、分别是分子筛的质量，吸附器筒体及附件等钢材的质量、吸附水的质量和铺垫的瓷球的质量。4186.8是水的脱附热，、分别为上述各种物质的定压比热。 设再生加热时间3小时，每小时加热量是：16.3104kJ/3=5.43104kJ/h 1.2.2 再生气量计算设是再生加热结束时的气体出口温度，为再生气进吸附器的温度，再生气温降为： 每千克再生气放出热量（kJ）： 总共需再生气量： 1.2.3 冷却气量计冷却吸附塔需移去的热量： 吸附器由加热的平均温度冷却到,即平均温度： 设干气初温是，45，每千克干气移去的热量总共需冷却气量冷却时间是3小时，74.93kg/h，床层温度自230降到45，则冷却热负荷：4.71104KJ/h 1.2.4 气体通过床层的压力降计算GPSA工程手册（1987版）推荐用公式计算。计算式如下：式中压降，kPaL 床层高度，m 气体粘度， 气体流速，m/min 气体操作状态下的密度，kg/分子筛选用3.2mm直径球形，则B=4.155,C=0.00135，45时，查图得=0.01135,相对密度为0.5886, 则：K，MPa=5.39 1.62查图得25MP，45时：=0.246 kPa 1.2.5 转效点（Break point）计算其数学表达式为：式中到达转效点时间，h选用的分子筛有效吸附容量，% 整个床层长度，m q 床层截面积的水负荷，kg/(m2*h)1.2.6 吸附传质区长度（）计算 式中吸附传质区长度，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，； 空塔线速，m/min； 进吸附器气体相对湿度，%。1.3 分子筛吸附塔的壁厚计算根据压力容器手册，选用合金钢，合金钢的最大许用应力。设计压力取，则操作压力吸附塔的壁厚计算公式如下：式中 吸附塔的壁厚，mm；气体的操作压力，MPa；27.5MPa 吸附塔管外径，mm； 合金钢的最大许用应力，MPa；197 焊缝系数，无缝钢管取0.9，焊接钢管取0.8；取0.8 钢板负偏差，取0.8mm； 吸附塔腐蚀裕量，取1mm。代入数据，计算得吸附塔的壁厚：2.18mm2 缓冲罐的工艺计算缓冲罐的作用是减弱压缩机排气的周期性气流脉动，同时稳定压缩天然气管道中的压力。本设计取缓冲罐操作压力2.5MPa，温度25，按能维持10s进气量来确定。2.1 缓冲罐容积计算将P=0.5MPa，T=273+25=298K，代入式和，得：Pc=0.97724.491+0.016284.727+0.000054.256+0.000053.54+0.000043.5+7.1490.0053+8.7150.00056+1.70.00107=4.51 MPaTc=0.9772*191+0.01628*305.45+0.00005*368.85+0.00005*407.15+0.00004*425.15+304*0.0053+373.54*0.00056+65*0.00107=193.56 K视对比压力 视对比温度 根据、值查图得：Z= 0.983 气体流量： 容积 ： 取高径比为2.1，则直径D=0.6m,高H=1.26m2.2 缓冲罐壁厚计算缓冲罐壁选用16MnR低合金钢，低合金钢的最大许用应力。缓冲罐的壁厚计算公式如下：式中缓冲罐的壁厚，mm；气体的操作压力，MPa；0.5 缓冲罐管外径，mm；(600+Sc) 低合金钢的最大许用应力，MPa；焊缝系数，无缝钢管取0.9，焊接钢管取0.8；取0.8 钢板负偏差，取0.8mm； 缓冲罐腐蚀裕量，取1mm。 缓冲罐的壁厚：Sc=2.8mm2.3 缓冲罐安全阀的计算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：2. 安全阀的泄放压力（定压）安全阀开始起跳时的进口压力称为安全阀的泄放压力或定压。它应等于或小于受压设备或管道的设计压力。可按下面的方法确定：当1.8MPa 0.18MPa 当1.8MPa7.5MPa =1.05 式中 P 被保护设备或管道操作绝对压力，MPa； 安全阀泄放绝对压力，MPa。缓冲罐操作压力P=0.5MPa，则：3. 聚积压力安全阀开至最大并达到最大泄放量时的进口压力与泄放压力之间的差值称为聚积压力，用表示。对于安装在无火压力容器上的安全阀：4. 最高泄放压力安全阀达到最大泄放量能力时的进口压力，称为最高泄放压力。在工艺流程中，最高泄放压力可按下式确定：式中 安全阀最高泄放压力，MPa； 安全阀泄放绝对压力，MPa； 安全阀聚积压力，MPa。5. 背压（出口压力）安全阀开启前泄压总管的压力与安全阀开启后介质流动所产生的流动阻力之和。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：式中 气体临界压缩比； k 气体绝热指数，可取1.21.4。代入数据得：6. 安全阀通道截面积安全阀通道截面积按下式计算：式中A 安全阀通道截面积，; G 安全阀的最大泄放量，kg/h； 安全阀达到最大泄放量时的进口绝对压力，MPa； K 流量系数，一般取0.90.97； M 气体摩尔分子量，kg/kmol； 安全阀进口处绝对温度，K； Z 气体压缩系数； C 气体特性系数， 其中，k是气体绝热指数。式中 第i组分的气体摩尔分数； 第i组分的气体绝热指数。7.安全阀直径：根据油气田常用阀门手册选用A42Y-40型弹簧封闭全启式安全阀，公称通径DNxx，公称压力xxMPa。3 分离器的工艺计算本设计采用立式分离器，设计计算方法如下：3.1分离器直径和高度计算式中水力阻力系数，而：颗粒（液滴）沉降速度，；和分别为操作条件下颗粒和介质的密度，；取1000和18.2操作条件下介质的粘度，或；1.205910-5 颗粒（液滴）直径，。当颗粒直径不大于，且时，n=1，a=24，则: 由理想气体状态方程 有 ： 气体计算速度： 式中V 气体计算速度，； 颗粒（液滴）沉降速度，； 系数，取。则有 气体在操作条件下的流量： 分离器直径D可用下式计算：式中Q 气体在操作条件下的流量，； V 气体计算速度，。3.2 分离器进口管、出口管的计算分离器进口管和出口管的直径和可用下式计算：式中 Q 气体在操作条件下的流量，； 、分别为气体的进口和出口速度，。4 储气井安全阀的工艺计算1. 安全阀的泄放量： 压缩机操作压力P=20MPa，由于P7.5MPa,2. 则有安全阀的泄放压力： 3. 安全阀的聚积压力： 4. 安全阀的最高泄放压力： 5. 背压： 式中气体临界压缩比； k 气体绝热指数，可取1.21.4。气体特性系数： 其中，k是气体绝热指数。 视对比压力 视对比温度 根据、值查图得：Z=0.8 6. 安全阀通道截面积：7.安全阀直径：根据油气田常用阀门手册选用AY42H-250型弹簧封闭全启式安全溢流阀，公称通径DN2，公称压力23MPa。5 输气管线工艺计算5.1 原料天然气管线工艺计算根据天然气工程手册准则：输气管线最大流速，最小流速。设计压力P =0.65MPa，设计温度T =273+20=293K。1. 压缩系数Z的确定：式中：输气管平均压力，MPa。取=P =0.3MPa，则：2. 输气管管径的确定：式中V 输气管气体流速，m/s； 输气管气体流量，m3/d； T 输气管中的气体温度，K； P 输气管中的气体压力，MPa； Z 气体压缩系数； d 输气管管径,mm。进口管线管径：mm出口管线管径：mm3. 输气管管壁厚的确定： 式中输气管管壁厚，mm； P 输气管设计压力，MPa； d 输气管管径,mm； 管子的最低屈服强度，MPa；F 设计因素，取0.6；管子的纵向焊缝系数，对于无缝钢管，=1.00 管子强度的温度减弱系数，当气体温度在123下时，=1； C 腐蚀裕量， 微腐蚀：C=1mm则进口管线：mm ,选用壁厚为2.0mm的无缝钢管。出口管线：mm ,选用壁厚为2.0mm的无缝钢管。进气管线选用DN68的无缝钢管，出气管线选用DN80的无缝钢管。5.2 压缩机进气管线工艺计算根据天然气工程手册准则：输气管线最大流速，最小流速。设计压力P =0.5MPa，设计温度T =293K。1. 压缩系数Z的确定：将P0.5MPa，T=293K，代入下式得：视对比压力：=视对比温度：根据、值查图得：Z=0.982. 输气管管径的确定：压缩机进气管线的管径与分离器的出口管线管径相同，选用DN80的无缝钢管。3. 输气管管壁厚的确定：压缩机进气管线的壁厚与分离器的出口管线壁厚相同，选用壁厚为1.4mm的无缝钢管。5.3 压缩机出气管线工艺计算根据天然气工程手册准则：输气管线最大流速，最小流速。设计压力P =25MPa，设计温度T =273+45=318K。1. 压缩系数Z的确定：将P=25MPa，T=318K，代入下式得：视对比压力：=视对比温度： 根据、值查图得：Z=0.8662. 输气管管径的确定：m=17mm m=6.8mm3. 输气管管壁厚的确定： mm取壁厚为3.5mm的无缝钢管，则外径为29mm,选用DN35mm的无缝钢管。5.4 储气井管道工艺计算根据天然气工程手册准则：输气管线最大流速，最小流速。设计压力P =20MPa，设计温度T =273+40=313K。1. 压缩系数Z的确定：将P=25MPa，T=313K，代入下式得：视对比压力：=视对比温度： 根据、值查图得：Z=0.8252. 输气管管径的确定：m=18mm3. 输气管管壁厚的确定： mm取壁厚为3.5mm的无缝钢管，则外径为31mm,选用DN35mm的无缝钢管。6 输油管道的工艺计算6.1 输送汽油管道1. 管径的确定：式中d 输送汽油管道管径，mm； Q 汽油输送量，m3/s； v 汽油的经济流速，m/s。取卸油管道：v=1.3 m/s,供油管道：v=2.0 m/s,汽油密度：0.75 g/m3。根据汽车加油加气站设计与施工规范（GB501562002），加油流量不大于60L/min,取最大值计算，即Q=60L/min=1 10-3m3/s进油管线：=31.3mm出油管线：=25.2mm2.管壁厚的确定：式中输油管管壁厚，mm； P 输油管操作压力，MPa； d 输油管管径,mm； 管子的最低屈服强度，MPa；管子的纵向焊缝系数，对于无缝钢管，=1.00 K 修正系数，一般取0.40； C 管壁厚度附加值。进油管线：1.1mm出油管线：1.07mm进油管线选用壁厚为3.5mm,DN68mm的无缝钢管,出油管线选用壁厚为3.5mm,DN57mm的无缝钢管。6.2 输送柴油管道1. 管径的确定：式中d 输送柴油管道管径，mm； Q 柴油输送量，m3/s； v 柴油的经济流速，m/s。取卸油管道：v=1.3 m/s, 供油管道：v=2.0 m/s,柴油密度：0.83g/cm3。进油管线：=31.3mm出油管线：=25.2mm2.管壁厚的确定：式中输油管管壁厚，mm；P 输油管操作压力，MPa； d 输油管管径,mm； 管子的最低屈服强度，MPa；管子的纵向焊缝系数，对于无缝钢管，=1.00 K 修正系数，一般取0.40；C 管壁厚度附加值。进油管线：1.1mm出油管线：1.07mm进油管线选用壁厚为3.5mm,DN68mm的无缝钢管,出油管线选用壁厚为3.5mm,DN57mm的无缝钢管。7储油罐容量的工艺计算汽油、柴油储油罐将采用直埋式卧式钢罐。容量可用下式确定：式中V 加油站储油罐储存某种油品的理论容量，m3； q 加油站平均日加油量，L；n 加油站预设的油品储存天数，市区营业性加油站可取34天；m 附加系数，反映油罐容量利用率和设计安全系数，取1.31.5；由上式计算所得的是油罐的理论容量，实际确定单罐容量应该参照设计规范提供的加油站等级划分和常用油罐的规格对应来选择。表14.1不同油品参数90#汽油93#汽油97#汽油0#柴油密度,g/m3 0.750.750.750.83日加油量，L4000400040003610储存天数，d3333