新疆工业高等专科学校课程设计说明书题目名称：氯气缓冲罐设计系部：化学工程系专业班级：应化09-4（1）班学生姓名：阿布杜卡迪尔. 图尔荪指导教师郭承前完成日期： 2011-12-25 新疆工业高等专科学校课程设计评定意见设计题目：天然气脱水塔设计学生姓名：阿布杜卡迪尔。

图尔荪评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：2012年12月30日甘醇型天然气脱水塔设计摘要：天然气中含有水分，天然气和水合形成天然气水合物，它是半稳定的固态化合物，可以在零度以上形成，它不仅可能导致管线堵塞，也可以造成喷嘴和分离设备的堵塞。

吸收脱水使用吸湿性液体吸收的方法脱出气流中的水蒸气。

三甘醇对天然气有很强的脱水能力，热稳定性好，浓溶液不会凝固，容易再生。

携带损失量小，露点降大。

甘醇吸收塔的优点：①一次投资低，压降少，可节省动力；②可连续运行；③容易扩建；④塔设备容易重新装配；⑤可方便的应用于在某些固体吸附剂易受污染的场合。

本设备属于中压容器，是典型的薄壁圆筒压力容器。

在设计中对脱水塔的工作原理进行了简述，对各部件的选用进行了比较。

对塔体所受的各种应力进行了校核，并对塔体可能承受的风压和地震载荷进行了计算和校核。

对塔的开孔进行了补强设计。

并对塔的一些工艺技术要求进行了说明。

关键词：天然气脱水；三甘醇；三甘醇脱水；脱目录1．1 简体强度计算 (1)2. 1 塔设备所承受的各项载荷计算 (2)3.1 等面积补强的设计法 (2)3.2 适用的开孔范围 (2)3.3 内压容器开孔所需补强面积 (2)3.4 有效补强范围 (3)3.5 补强面积 (3)4 吸收塔的工艺计算 (4)4.1 物料平衡 (4)4.2.2 甘醇循环流量 (4)4.2.2 甘醇循环流量 (4)4.3 吸收塔 (5)4.3.1 直径 (5)4.3.2 高度 (5)5 塔体及裙座的机械设计 (6)5.1 塔体部分 (6)5.1.1 确定设计参数 (6)5.1.2 塔体壁厚计算 (6)5.1.3 校核在压力实验时筒体中的压力 (6)5.2 封头 (7)5.3 塔高确定 (7)6 塔体及裙座的强度计算及校核 (7)6.1 塔体各项载荷计算 (7)6.1.1 质量载荷 (7)6.1.2 风载荷 (8)6.1.3 地震载荷 (9)6.1.4 最大弯矩的计算 (10)6.2 塔体的强度及轴向稳定性验算 (10)6.2.1 圆筒轴向应力计算 (10)6.2.2 圆筒轴向稳定性校核 (10)6.2.3 圆筒拉应力校核 (11)6.3 裙座、基础环、地脚螺栓的设计及验算 (11)6.3.1 座体 (11)6.3.2 基础环 (12)6.3.3 地脚螺栓 (13)6.4 裙座与塔体对接焊缝的验算 (14)7 人孔、接管补强 (14)7.1 人孔补强 (14)7.1.1 开孔所需补强面积 (14)7.1.2 效补强范围 (15)7.1.3 有效补强面积 (15)7.1.4 所需另行补强面积 (16)7.1.5 补强圈设计 (16)7.2 接管补 (16)7.2.1 进料管直径300mm (16)8结论 (18)参考文献 (18)致谢 (19)附录 A (21)附录 B (22)附录 C (23)1.1 筒体强度计算为保证筒体强度，筒体内较大的环向应力不应高于材料的许用应力，即在实际设[]2t pDσδ≤ (3-1) 计工作中，尚须考虑以下因素：(1) 焊缝系数 容器筒体一般由钢板卷焊而成。

由于在焊接加热过程中，对焊缝金属组织产生不利影响，同时在焊缝处往往形成夹渣、气孔、未焊透等缺陷，导致焊缝及其附近金属的强度可能低于钢板本体的强度。

因此，式(3-1)中钢板的许用应力 应该用强度较低的焊缝许用应力代替，办法是把钢板的许用应力乘以焊缝系数ϕ，ϕ<1，于是式(3-1)可写成[]2t pDσϕδ≤ (3-2) (2) 工艺设计中确定的容器内径，在制造过程中测量的也是圆筒的内径，而受力分析中指的却是筒体面直径。

用内径代替式(3-1)中的中面直径更为方便，于是有()[]2t i p D δσϕδ+≤ (3-3) 解出上式中的，得到内压圆筒的计算壁厚。

2[]itpD pδσϕ=- (3-4) (3) 考虑到钢板厚度不均匀及介质对筒壁的腐蚀作用，在确定筒体所需厚度时，还应在计算壁厚的基础上，增加壁厚附加量C 。

综合以上因素，内压圆筒壁厚的计算公式为2[]id t pD C pδσϕ=+- (3-5)对于已有的圆筒，测量壁厚，则其最大许可承压的计算公式为2[]()2[][]()t t n ei n i eC pD C D δϕδδϕδδδ-==+-+ (3-6) 以上诸式中δ—圆筒计算壁厚，mm ； d δ—圆筒设计壁厚，mm ； n δ—圆筒名义壁厚，mm ； e δ—圆筒有效壁厚，mm ； p —容器设计压力，MPa ； i D —圆筒内压，mm ；[]t σ—设计温度t ℃下，筒体材料的许用应力，MPa ； ϕ—焊缝系数； C —壁厚附加量，mm 。

2.1 塔设备所承受的各项载荷计算 2.1.1 操作压力当为内压时，在塔壁上引起周向及轴向拉应力；当为外压时，为满足不失稳前提下，则在塔壁上引起周向及轴向压应力。

显然，操作压力对裙座不起作用。

塔体在设计压力p 作用下产生轴向应力σ1=4ipD δ(4-2) 式中p —设计压力，Mpa ；D i —筒体内径，mm ；δ—筒体壁厚（不包括壁厚附加量），mm 。

3.1 等面积补强的设计法3.2 适用的开孔范围圆筒当内径1500mm i D ≤时，开孔最大直径2iD d ≤，且520mm d ≤；当内径1500mmi D >时，开孔最大直径3iD d ≤，且1000mm d ≤。

凸形封头或球壳的开孔最大直径2i Dd ≤。

锥壳（或锥形封头）的最大开孔直径3i Dd ≤，i D 为开孔中心处的锥壳内直径。

3.3 内压容器开孔所需补强面积内压容器的圆筒、球壳、锥壳、椭圆形封头及碟形封头开孔后所需的补强面积为22(1)mm et r A d f δδδ=+- (5-1)式中d —开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍壁厚，mm ；δ—壳体开孔处的计算厚度，对于锥壳是以开孔中心处锥壳内之间能够来计算；mm ；et δ—接管有效厚度，mm ；r f —强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值，当该比值大于1.0时，取r f =1.0；对于安放式接管，取r f =1.0。

3.4 有效补强范围筒体或封头开孔时，其补强区域的有效范围按图中矩形WXYZ 范围确定。

有效宽度B 按下式计算，取二者中较大值222n nt dB d δδ⎫=⎬++⎭(5-2)有效高度按下式计算，分别取较小值。

外侧高度 nt d δ⎫⎪⎬⎪⎭接管实际外伸高度=h 1 (5-3)内侧高度 nt d δ⎫⎪⎬⎪⎭接管实际内伸高度=h 2 (5-5)3.5 补强面积在有效范围内，可作为补强的截面积按下式计算A e =A 1+A 2+A 3 (5-6)其中A e —补强面积，mm 2；A 1—壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余有效面积，2mm ；A 1=(B-d)( δe -δ)-2δet (δe -δ)(1- f r ) (5-7)A 2—接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，2mm ；A 2=2h 1(δet -δt )f r +2h 2(δet -C 2)f r (5-8)δt —接管计算厚度，mm ；C 2—腐蚀裕量，mm ； A 3—焊缝金属截面积，mm 2。

另加的补强面积A 4=A-（A 1+A 2+A 3） (5-9)式中A 4—有效补强范围内另加的补强面积，2mm 。

当采用补强圈进行局部补强时，补强圈的外径和内径，可根据接管的公称直径，按下表选取。

补强圈的厚度δr 可粗略按下式计算δr =4AD d (5-10)式中 d 、D —分别为补强圈的内、外径。

表3-1 补强圈尺寸接管公称直径 7080100 125 150 175 200 225 250 300 350 400 450 500接管外径 7689108 133 159 194 219 245 273 325 377 426 480 530补强圈内径 8093112 137 163 198 223 249 277 329 381 430 484 534补强圈外径140 160 200 250 300 360 400 440 480 550 620 680 760 840 当采用标准补强圈时，可按JB/T4736或HG21506选用。

4 吸收塔的工艺计算4.1 物料平衡4.2.1 脱水量由图查得: 进料气水含量=835g 水/1000m 3（GPA ）=835kg 水/106m 3（GPA ）；干气水含量 =102g 水/1000m 3（GPA ）=102 kg 水/106m 3（GPA ）；进料气脱水量 8.06124102835.02=-⨯=）（ （kg/h ）。

4.2.2 甘醇循环流量进料气带入的水量 =2.0×835/24=69.58（kg/h ）；三甘醇循环流量按脱除进料气带入的全部水量计算。

此法虽然保守，但却比较安全。

三甘醇循环流量 =16.7×69.58=1161.99（L/h ）=1.162（m 3/h ）； 贫甘醇浓度为99%（w ），在吸收温度下的密度为1.108kg/L 。

故其质量循环流量 =1162.99×1.108=1287.48（kg/h ）。

4.3 吸收塔4.3.1 直径三甘醇在操作条件下的密度=1108（kg/m 3）； 气体在操作条件下的密度84.4033273314.89.017105.53=+⨯⨯⨯⨯==）（ZRT PM gρ（kg/m 3） (6-1)板间距取0.6m ，k =0.0488。

吸收塔允许空塔气速2495.084.4084.4011080488.0]/[5.05.0=-⨯=-=）（）（l g l g k v ρρρ（m/s ） (6-2)进料气在操作条件下的体积流量6.7351515.5)6.15273(9.0332731013.0100.26=⨯+⨯+⨯⨯⨯=）（（m 3/d ）=0.4068（m 3/s ）； 吸收塔截面积 =0.4068/0.2495=1.6305（m 3）； 吸收塔直径4421.13605.14=⨯=π（m ），取内径为1.50m 。

4.3.2 高度吸收塔直径D =1.50m ；吸收塔内板间距为0.6m ，共8层塔板，高度=4.80m ； 进口气涤器高度（1D ）=1.50（m ）；贫甘醇进口至塔顶捕雾器高度（1D ）=1.50（m ）； 吸收塔总高度=4.80+1.50+1.50=7.80（m ）。