【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 213?0y?式中 y0——與純相態(tài)水呈平衡狀態(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 23 查出；γ——TEG 溶液水的活性系數(shù)，可由圖 24 查出。圖 24TEG水溶液中水的活性系數(shù) 甘醇中水含量常用含水質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，計(jì)算中需要將其換算為摩爾分?jǐn)?shù)濃度，其可按下列公式進(jìn)行換算； 214yW803?式中 W——天然氣中水汽含量，kg/Mm 3；y——天然氣中水汽含量，水的摩爾分?jǐn)?shù)。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 吸收塔設(shè)計(jì)11 ??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)。 21600rx? 217K61245.??式中 W0——操作條件下與純相態(tài)水呈平衡狀態(tài)的飽和含量，kg/Mm 3；x0——與出塔干氣平衡的 TEG 溶液中水的摩爾分?jǐn)?shù)。在 TEG 吸收塔實(shí)際的操作中，由于塔內(nèi)氣液兩相接觸時(shí)間有限，每塊塔板上都不會(huì)達(dá)到平衡狀態(tài)。所以實(shí)際需要的塔板數(shù)比理論塔板數(shù)要多，實(shí)際塔板數(shù)與理論塔板數(shù)之間的關(guān)系如下： 218PN?? 對(duì)于吸收塔，一般可取效率 η 為 25%～40%。根據(jù)公式 210，由圖 23 查出在操作條件下入塔濕天然氣與出塔干天然氣的含水量分別為；WN+1=W1=。根據(jù)公式 214，求 W0，則有： 00rx??x查圖 24 得到，當(dāng) TGE 濃度為 98%時(shí)，水的活性系數(shù) r=，由于 W0= WN+1,所以 30 /??? 將 WN+1， W1， W0 帶入 210，可得到 ??NA即 ??根據(jù)公式 217 可得到； .???K可由全塔水的物料平衡求出，即VL 01xyN??? 220重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 吸收塔設(shè)計(jì)12根據(jù)公式 214，分別計(jì)算出 yN+1，y 1 如下： ??????NNW根據(jù)公式 215，可算出 xN 如下： ?由于前面單位時(shí)間的吸水量及 TEG 貧液的用量 a=，則單位體積 TEG 吸收的水量如下： 3/?根據(jù)三甘醇脫水系統(tǒng)中的推薦溫度，進(jìn)入吸收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)資料后得到在 35℃時(shí)，濃度為 98%的 TEG 密度為 1140kg/m3，則可以算出吸收水后的富液的濃度如下： %????c由此可知 GWN=%，則計(jì)算 xN 如下： ?xN=將 yN+1，y 1，x 0，x N 帶入公式 220 中可以得到： ???VL根據(jù)公式 211，將 K，L/V 帶入可得到：A=根據(jù)公式 219，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 217 可得到： ，?NP作彈性，取吸收塔塔板數(shù)為 8 塊。 吸收塔塔徑的確定由于本課題中給出的最大處理量 2200104m3/d 比較大，如果只用一個(gè)吸收塔，在計(jì)算后得出的吸收塔塔徑勢(shì)必會(huì)很大，這樣就會(huì)給生產(chǎn)廠家?guī)?lái)制造的困難，產(chǎn)品很難達(dá)標(biāo)，即使生產(chǎn)出了合格廠品，在安裝及運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中也會(huì)遇到很多困難，因此，重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 吸收塔設(shè)計(jì)13經(jīng)多方面考慮后，筆者認(rèn)為本課題中選擇 10 套相同的處理裝置是可行的，這樣每一套的負(fù)荷就變小了，相應(yīng)的塔徑也就減小，生產(chǎn)、安裝也就能達(dá)到要求。TEG 吸收塔塔徑計(jì)算，可先算出允許的單位面積最大空塔氣體質(zhì)量流量，在根據(jù)最大空塔氣體質(zhì)量流量計(jì)算塔徑，計(jì)算公式如下： ])/[(]8~[ glCGD???式中 D——TEG 吸收塔直徑，m； G——?dú)庀噘|(zhì)量流量，kg/h；ρl——吸收塔中液相密度，kg/m 3；ρg——吸收塔中氣相密度，kg/m 3；C——常數(shù)，與甘醇吸收塔板間距有關(guān)。 222nQMG017.?式中 Q——基準(zhǔn)狀態(tài)下被處理天然氣的體積流量， m3/d。 2232??tn式中 Q n——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣處理量 m3/d； t——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度，t=20℃。將課題給出的天然氣的最大處理量 Qn 及 t 帶入公式 223 得到每套脫水裝置的處理量為： d/???? 將 Q 及 Mn 帶入公式 222 得到： hkgG/7..36.. 44在 t=35℃是，查得 TEG 密度 ρl=1140kg/m3,將前面已經(jīng)計(jì)算出來(lái) ρg 帶入公式 221中，取 C=550,板間距為 700mm，得到： ]).14/[(][ ?????由于此方法在計(jì)算過(guò)程中比較保守，因此,此計(jì)算結(jié)果要比實(shí)際的結(jié)果要大，經(jīng)整圓后，筆者決定吸收塔直徑 D=1400mm。 塔盤形式的選擇1）液流型式的選擇 正確設(shè)計(jì)溢流型塔盤的液流形式非常的重要，行程長(zhǎng)有利于氣液兩相的接觸，但是會(huì)引起液面落差大和造成液流短路，影響板效率；然而噴射型塔盤利用氣相推動(dòng)液流向前，液面落差很小。因此，應(yīng)根據(jù)氣液流量及塔盤特點(diǎn)，選擇液流形式。本課題中選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單流型塔盤。 [3]重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 吸收塔設(shè)計(jì)142）圓泡罩的選型塔板上設(shè)有若干圓形泡罩，泡罩上開有一定數(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，由于甘醇吸收塔屬于腐蝕性環(huán)境，選擇泡罩材料為Ⅱ類（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 23 選出的圓泡罩參數(shù)與尺寸 （mm）名稱 參數(shù)公稱直徑 DN 100泡罩外徑 D1壁厚 S1 100升氣管外徑 D2壁厚 S2 703總高度 H1 103升氣管高度 H2 62泡罩高度 H3 75泡罩頂端至齒縫高度 H4 38齒縫高度 H5 32齒縫寬度 b1 5齒縫數(shù)目 n 32齒縫節(jié)距 f 升氣管孔徑 d1 68升氣管凈面積 F1，cm 2 回轉(zhuǎn)面積 F2，cm 2 環(huán)形面積 F3，cm 2 齒縫總面積 F4，cm 2 F2/F1 F3/F1 泡罩質(zhì)量，kg 除沫器選擇與計(jì)算1）除沫器的選擇適宜的設(shè)計(jì)氣速是除沫器取得高效的因素。氣速太低時(shí)，霧滴成飄浮狀，沒(méi)有撞擊網(wǎng)絲，即會(huì)隨著氣流通過(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/T06022022 中規(guī)定，吸收塔內(nèi)的捕霧器應(yīng)能除去直徑大于5μm 的甘醇液滴，因此，筆者決定選用絲網(wǎng)除沫器。2）設(shè)計(jì)氣速的選取根據(jù)《油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》 （GB503502022） ，通過(guò)絲網(wǎng)捕霧器的設(shè)計(jì)速度，一般重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 吸收塔設(shè)計(jì)15取絲網(wǎng)最大允許速度的 75%，氣體通過(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： 224GLfKu???式中 ρL——液滴密度，kg/m 3；ρG——進(jìn)口氣體密度，kg/m 3；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 =。絲網(wǎng)除沫器的操作氣速 225fGuu)~5(?將相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式 22235，取 ，得到：uG=2）絲網(wǎng)除沫器直徑絲網(wǎng)的使用面積取決于氣體的處理量，絲網(wǎng)為圓形時(shí)，處理氣體所需要的流道直徑 D1按下式計(jì)算： 226GuQD?41?式中 Q—操作條件下的氣體處理量，經(jīng)計(jì)算后每個(gè)塔操作條件下的處理量為；將相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式 226 中得到：D 1=800mm3)絲網(wǎng)層厚度的確定絲網(wǎng)層的適宜厚度應(yīng)按工藝條件通過(guò)適應(yīng)確定，本課題中采用金屬網(wǎng)絲，金屬絲的直徑范圍為 ～，選取網(wǎng)層厚度經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為 150mm。 吸收塔塔體強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)工藝要求由《固定式壓力容器》 ，塔壁和上、下封頭材料選用16MnR 合金鋼 [4]（σ s=285Mpa，[σ] t=170Mpa） 。1）塔壁厚度塔壁厚度按下列公式計(jì)算： 2272][2CPDStic?????式中 P——設(shè)計(jì)壓力，Mpa；Di——塔內(nèi)徑，mm；[σ]t——設(shè)計(jì)溫度下塔壁材料的許用應(yīng)力， Mpa；φ——焊接接頭系數(shù)，本題中取 φ=1；重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 吸收塔設(shè)計(jì)16C2——腐蝕余量，本課題中塔壁腐蝕余量取 C2=3mm。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范將本課題中給出的操作壓力取 倍后及相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式 227中可以得到吸收塔塔壁的厚度為： mSc .?????取塔壁厚度 Sc=46mm2）封頭厚度考慮到封頭與筒體采用雙面焊接的焊接方法進(jìn)行焊接，根據(jù)力學(xué)有關(guān) 知識(shí)，為了不使應(yīng)力集中破壞設(shè)備，決定兩端封頭采用淺碟形封頭，根據(jù)相關(guān)知識(shí)，由于本課題采用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以其封頭厚度按下列公式計(jì)算： ][2CPKDStic?????式中 P——設(shè)計(jì)壓力，Mpa；Di——塔內(nèi)徑，mm；[σ]t——設(shè)計(jì)溫度下塔壁材料的許用應(yīng)力， Mpa；φ——焊接接頭系數(shù)，本題中取 φ=1；C2——腐蝕余量，本課題中封頭腐蝕余量取 C2=2mm；K——形狀系數(shù)，本課題中采用標(biāo)準(zhǔn)封頭，K=1。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范將本課題中給沖出的操作壓力取 倍后及相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式 228 中可以得到吸收塔封頭的厚度為： mSc . ??????為了保證良好的性能，取封頭厚度與筒體的厚度一致為 Sc=46mm。 吸收塔高度的確定板式塔如圖 25 所示，其高度主要由主體高度 Hz、塔頂部空間高度 Ha、底部空間高度 Hb、裙座高度 Hs 幾部分組成。塔的主體高度 Hz可根據(jù)塔板數(shù)及塔板間距算出，前面求得塔板數(shù)為 8，塔板間距為 700mm,塔的主體高度計(jì)算如下： mZ4907??塔的頂部空間高度 Ha 由于要安裝除霧器，根據(jù) SY/T00762022 中 . d)捕霧器到氣體出口的間距不宜小于塔內(nèi)徑的 倍，頂層塔板到捕霧器的間距不應(yīng)小于塔板間距的 倍。考慮捕霧器的高度為 150mm，由 JB473795 查得 DN1400mm 的封頭重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 吸收塔設(shè)計(jì)17高度為 350mm，直邊高 50mm，頂部空間高度計(jì)算： mHa ?????取塔頂部空間為 Ha=1300塔的底部空間高度 Hb主要是由甘醇循環(huán)液停留時(shí)間確定，本課題中選擇甘醇在其中停留時(shí)間為 10min。根據(jù)每個(gè)塔甘醇的循環(huán)量可以計(jì)算得塔底部空間高度如下： DVb ????考慮各方面因素后，筆者決定 Hb 取 554mm。 塔體常由裙座支撐，裙座的形式分為圓柱形和圓錐形兩種，本課題中選擇圓柱形裙座。裙座的高度是由塔底封頭切線至出料管中心線的高度 L1 和出料管中心線至基礎(chǔ)環(huán)的高度 L2 兩部分組成。L 1 的最小尺寸是由液體出口管的直徑確定的；L 2 則按工藝條件確定。本課題中選擇裙座高 Hs 為 1900mm,人孔開在裙座高 1200mm 處，其規(guī)格為Φ500。所以加上頂部封頭高度及厚度之后，塔的總高度為 H 如下： m910465301954013????HsbHza圖 25 板式塔的高度組成 吸收塔強(qiáng)度校核1)吸收塔質(zhì)量的計(jì)算 [3]圓筒壁、封頭和裙座質(zhì)量計(jì)算： )( 30 ?????附屬件質(zhì)量的計(jì)算： ?塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量的計(jì)算：重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 吸收塔設(shè)計(jì)18????物料質(zhì)量的計(jì)算： .203 水壓試驗(yàn)質(zhì)量的計(jì)算： kgmw 1078)(??????塔的操作質(zhì)量的計(jì)算： kga 2041364803201 ?? 塔的最大質(zhì)量的計(jì)算： maw 3971801403201ax ????塔器最小質(zhì)量的計(jì)算： kgma ???將塔沿高分成 5 段，裙座分為 2 段，筒體均勻分成 3 段，各段質(zhì)量如表 24 所示：