重慶科技學(xué)院《油氣集輸工程》課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院:__石油與自然?氣工程學(xué)院__專(zhuān)業(yè)班級(jí):油氣儲(chǔ)運(yùn)2013-1同窗姓名:嚴(yán)小林學(xué)號(hào):2015520427設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位）__重慶科技學(xué)院K809_____________設(shè)計(jì)標(biāo)題:___某自然?氣集輸站三甘醇脫水工藝設(shè)計(jì)——物性計(jì)算及汲取塔設(shè)計(jì)____________________________________完成日期：2016年12月8日指點(diǎn)老師評(píng)語(yǔ):___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________成果（五級(jí)記分制）:________________指點(diǎn)老師（簽字）:________________項(xiàng)目TOC\o"1-4"\h\u摘要21總論32自然?氣的基礎(chǔ)材料43自然?氣基本物性計(jì)算63.1自然?氣絕對(duì)分子質(zhì)量的計(jì)算63.2自然?氣密度的確定73.3氣體特性系數(shù)C83.4自然?氣各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)83.5爆炸極限的計(jì)算93.6自然?氣水汽含量計(jì)算114汲取塔的設(shè)計(jì)計(jì)算154.1汲取塔選型154.2汲取塔工藝計(jì)算164.2.1進(jìn)塔貧甘醇濃度的確定164.2.2脫水量及貧三甘醇用量的確定174.2.3汲取塔塔板數(shù)的確定194.2.4汲取塔徑的確定234.2.5泡罩塔板次要結(jié)構(gòu)參數(shù)及選用244.2.6塔盤(pán)方式的選擇254.3汲取塔高度264.4除沫器選擇與計(jì)算264.5汲取塔塔體強(qiáng)度計(jì)算285總結(jié)30……參考文獻(xiàn)31摘要本文根據(jù)課程設(shè)計(jì)義務(wù)書(shū)的要求，進(jìn)行井站場(chǎng)工藝設(shè)計(jì)中的自然?氣物性計(jì)算。根據(jù)《油田油氣技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)》中的設(shè)計(jì)要求，對(duì)單井站場(chǎng)的工藝和安裝進(jìn)行計(jì)算與選定。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需求對(duì)自然?氣各物性進(jìn)行計(jì)算公式的選擇、圖表的查詢(xún)，從而計(jì)算得出自然?氣的絕對(duì)分子質(zhì)量、密度、緊縮因子、各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、爆炸極限、臨界參數(shù)、質(zhì)量比熱容等各項(xiàng)物性參數(shù)。設(shè)計(jì)在給定操作條件和要求的出氣條件下對(duì)汲取塔部分進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。次要包括工藝的選取塔體、封頭、裙座和塔內(nèi)件等的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)塔板、人孔、氣液管等方位布置標(biāo)準(zhǔn)件的型號(hào)選取并對(duì)塔體進(jìn)行必要的校核計(jì)算。經(jīng)過(guò)本設(shè)計(jì)理解泡罩塔在自然?氣脫水運(yùn)用中存在的成績(jī)并對(duì)板式塔的進(jìn)展前景予以展望。關(guān)鍵詞：密度溫度緊縮因子甘醇脫水泡罩汲取塔1總論本次課程設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)完本學(xué)期的自然?氣集輸工程課程當(dāng)前開(kāi)啟的，本人本身曾經(jīng)有了肯定的專(zhuān)業(yè)學(xué)問(wèn)。油氣儲(chǔ)運(yùn)工程爭(zhēng)辯的方向眾多，本次設(shè)計(jì)的課題次要是自然?氣的脫水再生系統(tǒng)。目前自然?氣的脫水方法次要有直接冷卻法、溶劑汲取脫水法、固體吸附脫水法以及膜法脫水。本課題接受的是運(yùn)用最為廣泛的三甘醇汲取法脫水。自然?氣三甘醇脫水的次要設(shè)備有汲取部分的過(guò)濾分別器、汲取塔，再生部分的閃蒸罐、三甘醇過(guò)濾器、精餾柱、重沸器、緩沖罐以及甘醇循環(huán)泵。

為了對(duì)自然?氣三甘醇脫水系統(tǒng)有一個(gè)更為片面的理解，綜合利用所學(xué)學(xué)問(wèn)進(jìn)行自然?氣三甘醇脫水系統(tǒng)安裝的工藝設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，能理解三甘醇脫水的基本理論和技術(shù)，把握三甘醇脫水的設(shè)計(jì)思緒及方法。而本課題的次要目的是經(jīng)過(guò)對(duì)自然?氣三甘醇脫水系統(tǒng)中的汲取塔的設(shè)計(jì)試本人對(duì)三甘醇脫水系統(tǒng)有更進(jìn)一步的生疏，對(duì)汲取塔的工作原理、尺寸結(jié)構(gòu)、運(yùn)轉(zhuǎn)工況有肯定的把握，可以根據(jù)三甘醇脫水系統(tǒng)的工況簡(jiǎn)約分析一些在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中常見(jiàn)的成績(jī)，并給出相應(yīng)的處理方案。2自然?氣的基礎(chǔ)材料自然?氣組成如下表：自然?氣組成組分％（mol）CH498.12C2H60.211C3H80.112i–C4H100.025n–C4H100.021i–C5H120.021n–C5H120.022n–C6H140.016N20.295H20.003O2+Ar0.017CO20.285H2S0.002H2O0.635總計(jì)100原料氣處理量：50x104m3/d原料氣露點(diǎn)：30℃-36℃原料氣壓力：7Mpa要求該自然?氣產(chǎn)品的氣質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《自然?氣》（GB17820-1999）中二類(lèi)氣的技術(shù)目的。其有關(guān)參數(shù)如下：產(chǎn)品氣質(zhì)量：產(chǎn)品氣溫度：≤40產(chǎn)品氣壓力：2.1H2S含量：≤20總硫含量（以硫計(jì)）：≤200CO2含量：≤2%水露點(diǎn)：≤-63自然?氣基本物性計(jì)算3.1自然?氣絕對(duì)分子質(zhì)量的計(jì)算3.1式中M——自然?氣的絕對(duì)分之子質(zhì)量；yi——組分i的摩爾分?jǐn)?shù)；Mi——組分i的絕對(duì)分之子質(zhì)量。根據(jù)表1-1中的數(shù)據(jù)及各組分絕對(duì)分子質(zhì)量；由公式3-116*0.9812+30*0.211％+44*0.112％+58*0.025％+58*0.021％+72*0.021％+72*0.022％+86*0.016％+28*0.295％+2*0.003％+72*0.017％+44*0.285％+34*0.002％+18*0.635％=16.413.2由公式3-2，絕對(duì)密度，自然?氣的擬臨界壓力和溫度按下式計(jì)算；3.33.4式中Ppc——自然?氣擬臨界壓力，Mpa；Tpc——自然?氣擬臨界溫度，K；S——自然?氣絕對(duì)密度。根據(jù)公式3-3，3-4計(jì)算得出：、3.53.6式中Ppr——自然?氣擬對(duì)比壓力，Mpa；Tpr——自然?氣擬對(duì)比溫度，K。經(jīng)計(jì)算Ppr=0.86、TPR=1.58查圖3.1得到緊縮因子Z=0.93圖3.13.2自然?氣密度的確定3.7式中ρ——自然?氣在恣意壓力、溫度下的密度，kg/m3；p——自然?氣的確定壓力，kPa；Z——自然?氣緊縮因子T——自然?氣的確定溫度，K由公式3-7代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得到在T=31℃、P=4Mpa時(shí)，kg/m3。3.3氣體特性系數(shù)C計(jì)算公式為：3.8查材料可得：自然?氣氣體絕熱指數(shù)K=1.30故：氣體特性系數(shù)C為：3.4自然?氣各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由3.1知：自然?氣的摩爾質(zhì)量為16.41根據(jù)自然?氣各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算公式：3.9代入各組分?jǐn)?shù)據(jù)可得：3.5爆炸極限的計(jì)算計(jì)算公式：（理·查特里公式）3.10式中——混合氣體爆炸極限，%；、、——混合氣體中各組分的爆炸極限，%；、、——各組分在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)，%。、（理·查特里以為，簡(jiǎn)單組成的可燃?xì)怏w或蒸氣混合的爆炸極限，可根據(jù)各組分已知的爆炸極限按下式求之。該式適用于各組分間不反應(yīng)、熄滅時(shí)無(wú)催化作用的可燃?xì)怏w混合物。）查數(shù)據(jù)得到各組分爆炸極限見(jiàn)表3.1：表3.1自然?氣各組分爆炸極限組分爆炸下限爆炸下限甲烷()5%15%乙烷()3%15.5%丙烷()2.1%9.5%異丁烷()1.9%8.5%正丁烷()1.9%8.5%異戊烷()1.4%7.8%正戊烷()1.4%7.8%及更重組分()1.1%6.7%（注：本表數(shù)值來(lái)源基本上以《SH3063-1999石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì)規(guī)范》為主，并與《常用化學(xué)危殆品安全手冊(cè)》進(jìn)行了對(duì)比，補(bǔ)充。）將所得數(shù)據(jù)帶入公式，得：爆炸下限為：3-11爆炸下限為：3.11故：自然?氣的爆炸極限為4.63%～15.37%3.6自然?氣水汽含量計(jì)算在31℃、4Mpa、S=0.57濕自然?氣中，由非酸氣自然?氣飽和水含量計(jì)算公式 3.12式中，為非酸性自然?氣飽和水含量，由圖查得的含水量，絕對(duì)密度校正系數(shù)，由圖查得為含鹽量校正系數(shù)，由圖查得查圖3.2得：0.9g/m30.97帶入所查數(shù)據(jù)得：又查圖3.3得：帶入所查數(shù)據(jù)得:=同理在-14℃、2.1Mpa、S=0.57干自然?氣中可得圖3.2圖3.3圖3.44汲取塔的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1汲取塔選型根據(jù)本課題接受的脫水劑為三甘醇，根據(jù)SY/T0076—2008中5.3.2要求，汲取塔選擇板式塔。板式塔之間的比較式一個(gè)格外簡(jiǎn)單的成績(jī)，要考慮的成績(jī)很多，而且每一種方法都存在一些不足的地方，綜合考慮各方面要素后，對(duì)板式塔的評(píng)價(jià)具體可以從以下幾個(gè)方面比較：=1\*GB3①消費(fèi)力量；=2\*GB3②塔板效率；=3\*GB3③操作彈性；=4\*GB3④氣體經(jīng)過(guò)塔盤(pán)的壓力降；=5\*GB3⑤造價(jià)；=6\*GB3⑥操作能否便利。表4.1各種塔盤(pán)比較塔盤(pán)方式蒸氣量液量效率操作彈性壓力降價(jià)格牢靠性泡罩良優(yōu)良超差良優(yōu)篩板塔優(yōu)優(yōu)優(yōu)良優(yōu)超良浮閥優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)良優(yōu)優(yōu)穿流式優(yōu)超差差優(yōu)超可表4.2各種板式塔的優(yōu)缺陷及用途塔盤(pán)方式結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)缺陷用途泡罩型圓形泡罩簡(jiǎn)單1彈性好；2無(wú)走漏1費(fèi)用高；2板間距大；適用于特定要求的場(chǎng)合S型泡罩稍簡(jiǎn)約簡(jiǎn)化了泡罩的方式，因此功能相像1費(fèi)用高；2板間距大；適用于特定要求的場(chǎng)合浮閥型多條浮閥簡(jiǎn)約操作彈性好；2塔板效率高處理力量較大沒(méi)有特殊的缺陷適用于加壓及常壓下的氣液傳質(zhì)過(guò)程重盤(pán)式浮閥簡(jiǎn)約經(jīng)過(guò)以上表4-1和表4-2個(gè)表的比較，結(jié)合課題要求，根據(jù)SY/T0076—2008中的5.3.2要求，綜合考慮各方面的要素后，筆者打算本課題中選擇汲取塔的塔板為圓形泡罩型塔板。4.2汲取塔工藝計(jì)算4.2.1進(jìn)塔貧甘醇濃度的確定進(jìn)塔的貧三甘醇濃度的確定:按式2-7求其均衡露點(diǎn)4.1：出塔汲取干氣的均衡露點(diǎn)，;:出塔汲取干氣的實(shí)踐露點(diǎn)，;：偏向值，普通為8—11，此處取9。由于原料氣的溫度為30-36℃，在進(jìn)入汲取塔之前要進(jìn)行了節(jié)流降壓，選取進(jìn)入汲取塔的原料氣溫度為31℃圖4.1產(chǎn)品氣的露點(diǎn)要求為≤-6℃。由于離開(kāi)汲取塔的氣體的實(shí)踐露點(diǎn)普通比均衡露點(diǎn)高5.5～8.3℃，所以本課題中選擇要到達(dá)的露點(diǎn)為-15℃。查圖4.1后可知要達(dá)到此要求需求的進(jìn)塔貧TEG的濃度至少應(yīng)為98%。4.2.2脫水量及貧三甘醇用量的確定TEG脫水系統(tǒng)單位工夫內(nèi)的脫水量計(jì)算4.2式中G——脫出的水量，kg/h；V——進(jìn)入汲取塔自然?氣的量，m3/h；y——進(jìn)入汲取塔的自然?氣含水量，g/m3；y＇——離開(kāi)汲取塔的自然?氣含水量，g/m3。=2\*GB3②貧甘醇用量計(jì)算4.3式中a——汲取自然?氣中1kg水量所需的貧TEG的量，普通a取0.025～0.06m3；V＇——進(jìn)入汲取塔TEG的量，m3/h；普通a取0.025～0.06m3,取a=0.055=0.88m3/h圖4.24.2.3汲取塔塔板數(shù)的確定利用標(biāo)準(zhǔn)的Kremser-Brown汲取因子法[2]，由相均衡關(guān)系，經(jīng)過(guò)逐板做物料衡算導(dǎo)出如下Kremser-Brown方程：4.4式中WN+1——進(jìn)入汲取塔濕自然?氣中含水汽的量，kg/m3；W1——離開(kāi)汲取塔干自然?氣中含水汽的量，kg/m3；W0——當(dāng)離開(kāi)干氣與進(jìn)塔貧TEG溶液處于均衡時(shí)，干氣中含水汽的量，kg/Mm3；N——汲取塔理論塔板數(shù)；A——汲取因子。4.5式中L——TEG溶液循環(huán)量，mol/h；V——自然?氣流量，mol/h；K——?dú)庀嘀兴cTEG溶液中液相水之間的均衡常數(shù)。4.6式中y——?dú)庀嘀兴哪柗謹(jǐn)?shù)；x——與氣相均衡的TEG溶液中水的摩爾分?jǐn)?shù)。均衡常數(shù)K與TEG溶液濃度有關(guān)。TEG貧液進(jìn)塔后，由上至下流淌，汲取了自然?氣中的水汽，濃度不斷變化，因此K值沿汲取塔也是變化的。TEG-水-自然?氣系統(tǒng)中的液相系為非抱負(fù)液態(tài)體統(tǒng)。猜測(cè)氣液間均衡關(guān)系要求運(yùn)用活性系數(shù)。4.7式中y0——與純相態(tài)水呈均衡形態(tài)的含飽和水汽的氣體中，水汽的摩爾分?jǐn)?shù)，已知操作壓力和溫度，可由圖4.3查出；γ——TEG溶液水的活性系數(shù)，可由圖4.3查出圖4.3水含量常用含水質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，計(jì)算中需求將其換算為摩爾分?jǐn)?shù)濃度，其可按下列公式進(jìn)行換算；4.8式中W——自然?氣中水汽含量，kg/Mm3；y——自然?氣中水汽含量，水的摩爾分?jǐn)?shù)。4.9式中GW——TEG溶液中水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；x——TEG溶液中水的摩爾分?jǐn)?shù)。4.104.11式中W0——操作條件下與純相態(tài)水呈均衡形態(tài)的飽和含量，kg/Mm3；x0——與出塔干氣均衡的TEG溶液中水的摩爾分?jǐn)?shù)。在TEG汲取塔實(shí)踐的操作中，由于塔內(nèi)氣液兩相接觸工夫有限，每塊塔板上都不會(huì)達(dá)到均衡形態(tài)。所以實(shí)踐需求的塔板數(shù)比理論塔板數(shù)要多，實(shí)踐塔板數(shù)與理論塔板數(shù)之間的關(guān)系如下：4.12對(duì)于汲取塔，普通可取效率η為25%～40%。根據(jù)公式4.10，由圖4.3查出在操作條件下入塔濕自然?氣與出塔干自然?氣的含水量分別為；WN+1=0.858g/m3=858kg/Mm3W1=0.09g/m3=9kg/Mm3。根據(jù)公式4.14，求W0，則有：查圖4.4得到，當(dāng)TGE濃度為98%時(shí)，水的活性系數(shù)r=0.52，由于W0=WN+1,所以將WN+1，W1，W0帶入4.10，可得到即4.13根據(jù)公式4.7可得到；可由全塔水的物料均衡求出，即4.14根據(jù)公式4.14，分別計(jì)算出yN+1，y1如下：可算出xN如下：由于后面單位工夫的吸水量及TEG貧液的用量a=0.06m3/kg，則單位體積TEG汲取的水量如下：根據(jù)三甘醇脫水系統(tǒng)中的推舉溫度，進(jìn)入汲取塔的貧三甘醇的溫度比原料氣高3～8℃，本設(shè)計(jì)中取高出8℃，由于原料氣為27℃，查閱相關(guān)材料后得到在35℃時(shí)，濃度為98%的TEG密度為1140kg/m3，則可以算出汲取水后的富液的濃度如下：由此可知GWN=3.5%，則計(jì)算xN如下：xN=0.2321將yN+1，y1，x0，xN帶入公式中可以得到：根據(jù)公式，將K，L/V帶入可得到：A=11.72根據(jù)公式，計(jì)算理論塔板數(shù)如下：若取每塊塔板效率為25%，根據(jù)公式可得到：，取汲取塔塔板數(shù)為7塊4.2.4汲取塔徑的確定三甘醇在操作條件下的密度為氣體在操作條件下自然?氣的密度求?。簁g/m3板間距取0.45m，由公式計(jì)算汲取塔允許氣體流速：4.15：允許空塔氣速，m/s;：甘醇在操作條件下的密度;：氣體在操作條件下的密度;K：閱歷常數(shù)，有板間距為450mm，故取K為0.0366。圖4.3表4.3板間距與K值的關(guān)系板間距，mmK值4500.03665600.04576000.0488進(jìn)料氣在操作條件下的體積流量： 其中，相密度：汲取塔截面積：汲取塔直徑：，因此取內(nèi)徑為1.58m4.2.5泡罩塔板次要結(jié)構(gòu)參數(shù)及選用泡罩直徑由塔內(nèi)徑為1.58m，查表3.3可知泡罩塔的直徑為100mm。表4.4泡罩塔直徑的選擇塔徑/m泡罩直徑/mm1.0以下801.0～31003.0以上150泡罩齒縫的外形和尺寸泡罩齒縫選擇矩形，齒縫寬度范圍是3—15mm，這里取4mm。齒縫高度的選擇查表1—2，由泡罩直徑100mm，因此齒縫高度取25mm。表3.4齒縫高度與泡罩直徑的關(guān)系泡罩直徑/mm齒縫高度/mm8020～3010025～3215035升氣管直徑和高度由泡罩塔與升氣管之間的環(huán)形面積與升氣管面積之比為1.1—1.4，本工程取1.25，泡罩塔直徑為100mm，由下式得：由4.2.6塔盤(pán)方式的選擇液流型式的選擇正確設(shè)計(jì)溢流型塔盤(pán)的液流方式格外的重要，行程長(zhǎng)有利于氣液兩相的接觸，但是會(huì)惹起液面落差大和形成液流短路，影響板效率；但是放射型塔盤(pán)利用氣相推進(jìn)液流向前，液面落差很小。因此，應(yīng)根據(jù)氣液流量及塔盤(pán)特點(diǎn)，選擇液流方式。本課題中選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約的單流型塔盤(pán)。[3]圓泡罩的選型塔板上設(shè)有若干圓形泡罩，泡罩上開(kāi)有肯定數(shù)量的齒縫，泡罩內(nèi)有升氣管，氣體由升氣管進(jìn)入，經(jīng)環(huán)形截面及回轉(zhuǎn)通道由齒縫流出，與塔板上的液層進(jìn)行氣液接觸，從而達(dá)到氣液傳質(zhì)的目的，由于甘醇汲取塔屬于腐蝕性環(huán)境，選擇泡罩材料為Ⅱ類(lèi)（1Cr18Ni9Ti），根據(jù)工藝條件以及塔板效率選出的圓泡罩的規(guī)格如表下：表4.5選出的圓泡罩參數(shù)與尺寸（mm）稱(chēng)號(hào)參數(shù)公稱(chēng)直徑DN100泡罩外徑D1×壁厚S1100×1.5升氣管外徑D2×壁厚S270×3總高度H1103升氣管高度H262泡罩高度H375泡罩頂端至齒縫高度H438齒縫高度H532齒縫寬度b15齒縫數(shù)目n32齒縫節(jié)距f9.82升氣管孔徑d168升氣管凈面積F1，cm227.75回轉(zhuǎn)面積F2，cm243.21環(huán)形面積F3，cm235.39齒縫總面積F4，cm249.47F2/F11.55F3/F11.26泡罩質(zhì)量，kg0.864.3汲取塔高度汲取塔直徑：D=1.58m 汲取塔內(nèi)塔板間距為：0.45m 共7層塔板，高度為：4.05m 進(jìn)口氣洗濯器高度（1D）為：0.7m 貧甘醇進(jìn)口至捕霧器高度（1D）為：0.7m 裙座取1.5m 汲取塔總高度為：H=4.2+0.7+0.7+1.5=7.1m4.4除沫器選擇與計(jì)算除沫器的選擇合適的設(shè)計(jì)氣速是除沫器獲得高效的要素。氣速太低時(shí)，霧滴成飄浮狀，沒(méi)有撞擊網(wǎng)絲，即會(huì)隨著氣流經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)；氣速太高時(shí)，聚集的霧滴不易從絲網(wǎng)上降落，又被氣流重新帶走。根據(jù)SY/T0602-2005中規(guī)定，汲取塔內(nèi)的捕霧器應(yīng)能除去直徑大于5μm的甘醇液滴，因此，筆者打算選用絲網(wǎng)除沫器。設(shè)計(jì)氣速的選取根據(jù)《油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50350-2005），經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)捕霧器的設(shè)計(jì)速度，普通取絲網(wǎng)最大允許速度的75%，氣體經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)最大允許速度可按下式計(jì)算絲網(wǎng)除沫器操作中的極限速度按（m/s）下式計(jì)算：4.17式中ρL——液滴密度，kg/m3；ρG——進(jìn)口氣體密度，kg/m3；K——?dú)庖哼^(guò)濾網(wǎng)常數(shù)，與網(wǎng)型有關(guān)，本課題中選擇網(wǎng)型為HP，K=0.233。絲網(wǎng)除沫器的操作氣速4.18將相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式2-24、2-35，取0.75，得到：uG=0.68m/s絲網(wǎng)除沫器直徑絲網(wǎng)的運(yùn)用面積取決于氣體的處理量，絲網(wǎng)為圓形時(shí)，處理氣體所需求的流道直徑D1按下式計(jì)算：