油气集输课程设计某分子筛吸附脱水工艺设计.docx
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油气集输课程设计某分子筛吸附脱水工艺设计
《油气集输工程》
课程设计报告
设计题目:
_某分子筛吸附脱水工艺设计——工艺流程及平面布置设计
完成日期：
2012-6-19
指导教师评语:
_______________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
成绩（五级记分制）:
________________
指导教师（签字）:
________________
摘要
本设计中原料气压力为3MPa，温度40℃，设计规模为15万方/天，要求脱水到1ppm以下。
根据同组同学分离器设计、吸附塔设计、再生气换热器设计以及管道设计设计并绘制双塔吸附脱水工艺流程图。
其中分离器采用立式重力型分离器，吸附塔采用4A型分子筛，换热器使用套管式塔设备。
依据工艺流程设计，考虑天然气走向及当地风向，参考《GB50350-2005油气集输设计规范》以及当地地势等相关条件，设计出符合《石油与天然气防火规范》、《建筑设计防火规范》、《工业企业噪声控制规范》等有关规定的平面布置图。
关键词：
分子筛吸附塔平面布置工艺流程
目录
1绪论3
2参数设计5
2.1天然气基础资料5
2.2天然气基础物性资料5
2.3设计范围5
2.4设计依据6
3工艺流程设计7
3.1设计要求7
3.2设计步骤7
4选址及平面布置9
4.1选址要求9
4.2平面设计-12-
结论-13-
参考文献-14-
1绪论
2003年我国天然气产量达341亿m3，消费量为301亿m3，消费结构为化工34%、工业燃料29%、城市燃气23%、发电14%。
2003年化工用气量约为102亿m3，主要用于生产化肥。
其中以天然气为原料的合成氨和甲醇生产能力分别占总生产能力的20%和25%。
权威机构分析，天然气将是未来世界一次能源中发展最快的品种，预计2001～2025年全球天然气消费年均增长率为2.2%（而同期原油的增长率为1.9%，煤为1.6%）。
2020年全球天然气消费量将达到4.34万亿m³，比2001年增长近70%，天然气在世界一次能源中的比例将从2001年的23%上升到2020年的25%。
由此可知，提高天然气的质量是刻不容缓的事情。
其中，天然气脱水是提升天然气质量的一个重要环节。
天然气中含水量的降低可以减少管输压力，避免生产水合物堵塞管道，同时也避免与天然气中的酸性气体如二氧化碳、硫化氢等生产酸性液体腐蚀管道。
就目前国内国外的技术而言，总共将天然气脱水法分为三类：
低温脱水法、溶剂吸收脱水法、固体吸附脱水法。
其中，吸附是用多孔性的固体吸附剂处理气体混合物，使其中一种或多种组分吸附于固体表面上，其他的不吸附，从而达到分离操作。
水是一种强极性分子，分子直径（2.76Å～3.2Å）很小。
不同的多孔性固体的孔径是不同的，孔径大于3.2Å的，都可以吸附水。
吸附能力的大小与多种因素有关，主要是固体的表面力。
目前工业上常用的吸附剂有活性氧化铝、硅胶、分子筛和活性炭等。
其中除活性炭外，都可以应用于天然气脱水。
本设计在前人的基础上，就固体吸附脱水法进行研究，在吸附脱水的理论基础上设计出双塔循环分子筛吸附脱水工艺流程，并选址布局。
2参数设计
2.1天然气基础资料
天然气组成
表格2.1
组分
C1
C2
C3
iC4
nC4
iC5
nC5
CO2
N2
H2O
Mol％
71.3
8.39
6.01
1.24
2.21
0.64
0.79
2.53
4.21
2.14
进料温度：
40℃
进料压力：
3MPa
设计规模：
15万方/天
要求脱水到1ppm以下。
2.2天然气基础物性资料
表格2.2
相对分子量
相对密度
拟临界压力
拟临界温度
压缩因子
饱和含水量
22.79kg/mol
0.786966
4.94Mpa
234.4k
0.9
1743mg/m³
密度
压力（3Mpa）
温度（40℃）
压力（101.325kpa）
温度（0℃）
29.2kg/m³
1.05kg/m³
2.3设计范围
根据重庆科技学院油气集输课程设计任务书，设计范围为天然气吸附脱水工艺流程图，并根据当地的天气、地势进行选址，设计平面布置图。
2.4设计依据
《GB50350-2005油气集输设计规范》
《石油与天然气防火规范》
《建筑设计防火规范》
《工业企业噪声控制规范》
3工艺流程设计
3.1设计要求
（1）尽可能采用先进设备，先进生产方法及成熟的科学技术成就，以保证产品质量。
（2）“就地取材”，充分利用当地原料，以便获得最佳的经济效果。
（3）所采用的设备效率高，降低原材料消耗及水电气消耗，以使产品的成本降低。
（4）经济效益高。
（5）充分预计生产的故障，以便及时处理，保证生产的稳定性。
（6）充分考虑天然气进料性质、产品质量及品种，生产能力及今后发展。
（7）设计流程尽可能采用循环法，尾气排放符合国家环境排放标准。
3.2设计步骤
3.2.1设备参数
分离器
吸附塔
换热器
类型
立式
类型
4A型分子筛
类型
套管式
高度（m）
6.58
高度（m）
8.280
高度（m）
3
直径（m）
1.645
直径（m）
0.836
长度（m）
8
宽度（m）
1
数量（个）
2
数量（个）
2
数量（个）
1
压缩机
冷却器
过滤器
数量（个）
1
数量（个）
1
数量（个）
1
表格3-1
3.2.2工艺流程简述
图3-1
如图3-1所示，原料气进入脱水站后，先经进口分离器脱除液态水，分离后的天然气经分离器上方管道由分子筛吸附塔上方进入塔内进行吸附脱水。
经吸附塔脱水后的干燥天然气经过滤器一部分进入外输管网，一部分气体作为再生气，经换热器加热到260℃进入再生塔，携带走再生塔中吸附的水蒸气，并从吸附塔上部经冷却器冷却，部分气态水蒸气液化，经分离器分离后的再生气经压缩汇集至进口分离塔循环分离、脱水。
整个工艺流程中，天然气在进口分离器出口处液态烃及液态水总含量为0.04g/m³，其中液态水含量为0.02g/m³，可以忽略。
天然气在吸附塔入口处水蒸气含量为1.743g/m³，出口理论水蒸气含量为0g/m³，符合干气输送条件。
4选址及平面布置
4.1选址要求
（1）油气集输站场址，应根据已批准的可行性研究报告或油气田地面建设总体规划以及所在地区的城镇规划、兼顾集输管道的走向确定。
（2）站场的面积应满足总平面不知道的雪球，并应节约用地。
凡有荒地可利用的地区应尽量不占用耕地，为满足油气田滚动开发要求，可是当预留扩建用地。
（3）工艺上相互关联的油、气、水处理站宜联合建设，形成多功能的集中处理站。
（4）区域布置根据石油天然气站场、相邻企业和设施的特点及火灾危险性，结合地形与风向等因素，合理布局。
（5）天然气站场宜布置在城镇和居住区全年最小频率风向的上风侧。
（6）天然气站场区域布置防火间距应依照表4-1、表4-2进行布置。
（7）天然气站场布置中应有生产区、办公区、辅助生产区、生活区四大部分。
（8）站场总平面布置应充分利用地形，并结合气象、工程地质、水文地质条件合理，紧凑布置，节约用地。
集中处理站的土地利用系数不应小于60%。
（9）站场总平面布置应与工艺流程相适应，做到场区内外物料流向合理，生产管理和维护方便。
宜根据不同生产功能和特点分别相对集中布置，形成不同的生产区和辅助生产区。
集中处理站的布置也可以打破专业界线，对同类设备进行联合布置。
表格4-1石油站场与邻近建筑物防火距离（m）
序号
1
2
3
4
5
名称
100人以上的居住区、村镇、公共福利设施
100人一下的散居房屋
相邻厂矿企业
铁路
国家铁路线
工业企业铁路线
油品站场、天然气站场
一级
100
75
70
50
40
二级
80
60
60
45
35
三级
60
45
50
40
30
四级
40
35
40
35
25
五级
30
30
30
30
20
液化石油气和天然气凝液站场
一级
120
90
120
60
55
二级
100
75
100
60
50
三级
80
60
80
50
45
四级
60
50
60
50
40
五级
50
45
50
40
35
可能携带可燃液体的火炬
120
120
120
80
80
序
号
建筑物和构筑物名称
油罐（v为单罐容量m3）
高架油罐
油泵房
灌油间
汽车灌油鹤管
铁路油品装卸设施
油品装卸码头
桶装油品库房
隔油池
V>50000
5000≤50000
100≤5000
V≤100
甲、乙
类油品
丙类
油品
甲、乙类油品
丙类油品
甲、乙类油品
丙类油品
甲、乙类油品
丙类油品
甲、乙类油品
丙类油品
甲、乙类油品
丙类油品
150m3及以下
150m3以上
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
5
高架油罐
19
15
11.5
7.5
6
油泵房
甲、乙类油品
19
15
11.5
9
12
12
7
丙类油品
14.5
11.5
9
7.5
10
12
10
8
灌油间
甲、乙类油品
24
19
15
11.5
10
12
12
12
9
丙类油品
19
15
11.5
9
8
12
10
12
10
10
汽车灌
油鹤管
甲、乙类油品
24
19
15
11.5
10
15
15
15
15
11
丙类油品
19
15
11.5
9
8
15
12
15
12
12
铁路油品装卸设施
甲、乙类油品
24
19
15
11.5
15
8
8
15
15
15
15
13
丙类油品
19
15
11.5
9
12
8
8
15
12
15
12
14
油品装卸码头
甲、乙类油品
47
37.5
30
26.5
20
15
15
15
15
15
15
20
20
15
丙类油品
33
26.5
22.5
22.5
15
15
12
15
12
15
12
20
15
16
桶装油品库房
甲、乙类油品
24
19
15
11.5
15
12
12
12
12
15
15
8
8
15
15
12
17
丙类油品
19
15
11.5
9
12
12
10
12
10
15
12
8
8
15
12
12
10
L8
隔油池
150m3及以下
24
19
15
11.5
15
15
10
20
15
20
15
25
20
25
20
15
10
19
150m3以上
28
22.5
19
15
20
20
15
25
20
25
20
30
25
30
25
20
15
20
消防泵房、消防车库
33
26.5
22.5
19
20
12
10
12
10
15
12
15
12
25
20
20
15
20
25
21
露天变配电所变压器
10kV及以下
19
15
15
15
20
15
10
20
10
20
10
20
10
20
10
15
10
15
20
22
10kv以上
29
23
23
23
30
20
15
30
20
30
20
30
20
30
20
20
10
20
30
23
独立变配电间和中心控制宜
19
15
11.5
11.5
15
12
10
15
10
15
10
15
10
15
10
12
10
15
20
24
铁路机车走行线
24
19
19
19
20
15
12
20
15
20
15
20
15
20
15
15
10
15
20
25
有明火及散发火花的建筑物、构筑物及地点
33
26.5
26.5
26.5
30
20
15
30
20
30
20
30
20
40
30
30
20
30
40
26
油罐车库
28
22.5
19
15
20
15
12
15
12
20
15
20
15
20
15
15
10
15
20
27
围墙
14.5
11.5
7.5
6
B
10
5
10
5
15
5
15
5
5
5
10
10
28
其他建筑物、构筑物
24
19
15
11.5
12
12
10
12
10
15
10
15
10
15
12
12
10
15
15
注：
1.序号1、2、3、4的油罐，系指储存甲类和乙A类油品的浮顶油罐或内浮顶油罐、储存丙类油品的立式固定顶油罐、容量大于50m3的卧式油罐。
对于储存乙B类油品的立武固定顶油罐，序号l、2、3、4的距离应增加30％；对于容量等于或小于50m3的卧式油罐，序号4的距离可减少30％。
2.储油区油泵站采用棚式或露天式时，甲、乙、丙A类油品泵棚或露天泵应布置在防火堤外，其与序号1、2、3、4的油罐间距可不受本表限制，与其他序号的建筑物、构筑物间距以油泵外缘按本表油泵房与其他建筑物、构筑物间距确定。
丙B类油品露天泵可布置在丙B类油品罐组的防火堤内。
3.灌油间与高架油罐邻近的一侧如无门窗和孔洞时，两者之间的距离可不受限制。
4.密闭式隔油池与建筑物、构筑物的距离可减少50％；油罐组内的隔油池与油罐的距离可不受限制。
5.四、五级石油库内各建筑物、构筑物之间的防火距离，除序号1、2、3外，可减少25％。
6.序号l、2、3、4储存甲、乙类油品的油罐至河（海）岸边的距离：
当单罐容量等于或小于1000m3时，不应小于20m；当单罐容量大于1000m3时，不应小于30m。
储存丙类油品的油罐至河（海）岸边的距离：
当单罐容量等于或小于500m3时，不应小于12m；当单罐容量大于500m3时，不应小于15m。
其他各序号的建筑物和构筑物（序号27号除外）至河（海）岸边的距离不应小于10m。
7.仅用于卸车作业的甲、乙类油品铁路油品装卸线，本表距离可减少25％。
8.与油品泵房相毗邻的变配电间至石油库内各建筑物、构筑物的防火距离与油品泵房相同。
9.上述折减不得叠加。
表4-2石油库内建筑物、构筑物之间的防火距离（m）
4.2平面设计
根据选址要求及天然气消防安全等相关规定，绘制平面布置图4-1所示。
图4-1
如图4-1所示，本站场总面积为125mX175m=21875㎡，共分为四个区域。
分别是位于站场中心的生产区（占地约为总面积的65%），设备区（即辅助生产区），办公区（包括办公室、会议室及活动室），职工宿舍区（即生活区）。
其中生产区与办公区、设备区的防火距离为35m至40m，与员工宿舍的防火距离约为75m。
场站设西门、北门两个门，西门主要为参观大门，北门为员工出入后门。
两门均设置在上风口。
西门外设停车场，员工宿舍区内设篮球场。
站场内绿化面积占总面积的10%，呈环形靠墙而建。
5结论
本次小组设计任务为天然气分子筛吸附脱水工艺设计，本人具体负责工艺流程及平面布置设计。
在本次设计过程中，本人查阅了大量资料。
从熟悉CAD操作到绘制出工艺流程图和平面布置图。
其中，在工艺流程设计中，经查阅资料，采用双塔交替脱水工艺，并在吸附脱水前设置气液分离器，先用重力式脱除液态水再用分子筛吸附塔脱除气态水。
本次设计结果，经计算，符合脱水到1ppm以下的设计要求。
在平面布置图中，根据设计规模15万方/天设计出五级站场，并查阅相关资料设计防火距离。
在平面布置图中，总共包括四个区域，既可以满足生产需要，也可以满足员工生活需要。
两周的课程设计结束了，在设计过程中，与同学分工设计，相互合作完成了小组任务。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，通过这次课程设计，本人不仅熟练了CAD、CAXA等软件的操作，更巩固了专业知识，在多方面都得到了提高。
通过这次的设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次吸附塔工艺设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了油气集输课程设计等课程所学的内容，掌握天然气吸附脱水工艺流程设计的方法和步骤，清楚了怎样确定工艺方案，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在此感谢赵学芬老师，这次工艺流程设计及平面布置中的每个步骤都离不开您的细心指导。
同时感谢帮助过我的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。
参考文献
[1]梁平王天祥.天然气集输技术[M].北京：
石油工业出版社，2008.5
[2]蒋洪刘武.原油集输工程[M].北京：
石油供应出版社，2006.1
[3]GB50350-2005油气集输设计规范.北京：
中国计划出版社，2005.9
[4]石油化工消防安全距离规范
[5]石油天然气站场区域布置防火间规范
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