Наименование |
Обозначение на схеме | Кол-во |
Технологические параметры макс/мин |
Материал |
Примеча-ние |
|
давлен. мПа |
темпер ОС |
|||||
1. Ректификационный аппарат | Б-1 | 1 |
0,15- 0,06 |
350/ 140 |
Сталь 10 | Количество камер-от 24 до 40. |
2. Трубчатая печь | П-1 | 1 | 0,3/0,15 | 350 | 12Х18Н10Т | |
3. Рефлюксная емкость | Е-2 | 1 | Атм. | 60 | 12Х18Н10Т | |
4. Эвапоратор | Е-1 | 1 | 0,15 | 350 | Сталь 10 | |
5. Теплообменник сырье/керосин | Т-1 | 1 | 0,62 | 180/10 | Пластинчатый или труба в трубе | |
6. Теплообменник сырье/дизтопиво | Т-2 | 3 | 0,59 | 280/24 | Сталь 10 | Пластинчатый или труба в трубе |
7. Теплообменник сырье/мазут | Т-3 | 4 | 0,50 | 350/89 | Сталь 10 | Пластинчатый или труба в трубе |
8. Конденсатор-холодильник бензина | КХ-1 | 4 | Атм | 140/60 | 12Х18Н10Т | Теплообменник возд. Охлаждения |
9. Холодильник бензина | Х-1 | 1 | Атм | 60/30 | 12Х18Н10Т | Теплообменник возд. Охлаждения |
10. Холодильник мазута | Х-2 | 1 | 0,05 | 130/85 | Сталь10 | Теплообменник возд. Охлаждения |
11. Насосы сырьевой, откачки, холодного орошения |
Н-1, Н-2, Н-4-Н-6 |
5 | - | 60/10 | - | Плунжерные, с регулируемой подачей |
12. Насос откачки мазута | Н-3 | 1 | - | 130/85 | - |
------ Охлажден. проточной части |
Все оборудование, входящее в состав установки Н30 является нестандартным, кроме насосов, вентиляторов, запорной арматуры и КИПиА.
Расчет технологических параметров процесса ректификации
Принятая схема ректификации с одной сложной ректификационной колонной в виде горизонтального ректификационного аппарата, (свидетельство на полезную модель 2001108679/20), отличается простотой и компактностью, что диктуется малогабаритностью установки. Кроме этого, отсутствие крупногабаритных аппаратов, требующих монтажа на месте, позволяет добиться заводской готовности всей установки.
За основу для проектирования ректификационного аппарата приняты результаты исследований математической модели ректификационной колонны и макетирование прямоточной контактной камеры. Результаты этих работ являются собственностью авторов, конфиденциальны и до момента их патентования разглашению не подлежат.
Для расчета элементов ректификации использован метод от тарелки к тарелке, как наиболее точный и учитывающий влияние большинства факторов.
Согласно Общим правилам взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств установка относится к III категории взрывоопасности.
Показатель | Значение |
1. Флегмовое число | 3,78 |
2. Поток холодного орошения | 960кг/ч |
3. Внутреннее флегмовое число на 1-й тарелке | 0,678 |
4. Поток паров: в верхней части аппарата, макс | 417 м3/ч |
в нижней части аппарата | 189 м3/ч |
5. Поток жидкости: в верхней части аппарата, макс | 1,638 м3/ч |
в нижней части аппарата | 0,051 м3/ч |
6. Температура: верхней части аппарата | 116ОС |
нижней части аппарата | 337ОС |
7. Давление: верхней части аппарата | 1,02 МПа |
нижней части аппарата | 1,5 МПа |
8. Плотность паров: в верхней части аппарата, | 3,09 кг/м3 |
в нижней части аппарата | 5,11 кг/м3 |
9. Плотность жидкости: в верхней части аппарата | 730 кг/м3 |
в нижней части аппарата | 806 кг/м3 |
10. Превышение доли отгона сырья над содержанием светлых нефтепродуктов (% на сырье) | 18,7 |
Параметры отборов
Таблица 5.2.
Отбор | Количество, кг/ч | Плотность, кг/м3 | tотбора, ОС |
1. Бензиновый дистиллят | 254 | 730 | 116 |
2. Керосиновая фракция | 118 | 784 | 162 |
3. Фракция дизтоплива | 402 | 839 | 280 |
4. Остаток | 524 | 916 | 350 |
Параметры ректификационного аппарата Таблица 5.3.
Показатели | Значения |
1. Наружный диаметр контактной камеры, мм | 500 |
2. Площадь сечения, м2 | 0,196 |
3. Скорость паров линейная к 1/2 сечения, м/с, макс | 1,22 |
мин | 0,52 |
4. Внутренний диаметр входного патрубка, мм | 100 |
5. Внутренние диаметры выходных патрубков (4 шт), мм | 70 |
6. Максимально допустимое аэродинамическое сопротивление камеры, Па | 920 |
7. Внутренний диаметр сливных патрубков, мм | 48 |
Трубчатая печь служит для нагрева сырья до 300 - 350 ОС. Учитывая особенности технологической схемы и требования Технического задания для проекта принята цилиндрическая печь с верхним расположением конвектора.
Полезная тепловая нагрузка печи - 220 кВт.
Расход топлива - 22 кг в час.
Проектная теплонапряженность труб экрана - 30 кВт/м2.
Змеевик радиантной части печи выполнен в виде однорядной спирали, ось которой расположена вертикально. Это позволяет обеспечить слив сырья из печи в случае прекращения работы установки.
Материал труб змеевика - коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т. Радиантная часть печи снабжена по торцам рефлекторными конусами для более равномерного распределения энергии, передаваемой излучением.
Число ходов сырья в змеевике радиантной камеры - 2.
Способ сжигания топлива - пламенное горение со свободным факелом. Топливом является печное или дизельное топливо.
Для осуществления дозирования, распыления топлива, его розжига, контроля за наличием пламени применена жидкотопливная модулируемая горелка производства фирмы Вейсхаупт, Германия. Автоматика горелочного устройства управляется сигналами микроконтроллера установки Н-30.
В проекте используется подогрев поступающей в трубчатую печь нефти за счет тепла отходящих потоков целевых фракций.
Рекуперация тепла осуществляется в пластинчатых теплообменниках, специально разработанных для этого проекта. Их отличает компактность и высокие значения коэффициентов теплопередачи.
Могут также применяться теплообменники типа труба в трубе.
Принятая схема теплообмена позволяет рекуперировать 41,6% тепла, сообщаемого сырью аппаратурой установки. Фракции керосина и дизельного топлива охлаждаются до температур, позволяющих безопасно обращаться с этими фракциями в обычных условиях, складировать их.
Теплообменники набираются из штампованных пластин с условной площадью 0,161м2. Боковые плиты у теплообменников не предусматриваются, пластины между собой соединяются сваркой, что позволяет использовать такие теплообменники при температурах до 400 ОС и давлении до 1,0 МПа.
Все теплообменники компонуются из унифицированных теплообменных секций, соединенных последовательно.
Параметры унифицированной секции:
1. Количество пластин в секции - 13;
2. Число ходов теплоносителя в пакете пластин - 2;
3. Число пакетов пластин в секции - 3;
4. Площадь теплообмена одной секции, м3 - 1,93
5. Параметры пластины:
Количество гофр - 36;
Размеры зоны теплопередачи - 720х200;
Толщина, мм - 2;
Таблица 5.1.
Показатель |
Теплообменник нефть- керосин |
Теплообменник нефть-дизтопливо |
Теплообменник нефть-мазут |
1. Температура неф-ти начальная, ОС | 10 | 24 | 89 |
2. Температура неф-ти конечная, ОС | 24 | 89 | 197 |
3. Температура охлаждаемого агента начальная, ОС | 160 | 260 | 350 |
4. Температура охлаждаемого агента конечная, ОС | 45 | 55 | 130 |
5. Тепловая нагрузка ,кВт | 9,56 | 50,09 | 96,21 |
5. Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2*К) |
126 | 168 | 199,9 |
6. Площадь поверхности, м2 | 1,93 | 5,8 | 7,74 |
7. Коэффициент за-паса площади поверхности | 1,9 | 1,6 | 1,37 |
8. Число унифицированных секций | 1 | 3 | 4 |
9. Гидравлическое сопротивление по ходу продукта, кГ/см2 | 0,005 | 0,1 | 0,28 |
10. Гидравлическое сопротивление по ходу нефти, кГ/см2 | 0,3 | 0,9 | 1,2 |
Пластинчатые теплообменники могут быть заменены теплообменниками типа труба в трубе, которые имеют большие габариты и меньшую стоимость. Теплообменники типа труба в трубе более предпочтительны при работе установки Н-30 на нефтяном сырье.
Так как теплообменники, нагревающие сырьевой поток, не всегда могут обеспечить охлаждение целевых фракций до необходимых температур, в технологической схеме применяются холодильники.
Применение в качестве холодильников теплообменников воздушного охлаждения (ТВО) обусловлено требованиями автономности и экономичности малогабаритной нефтеперерабатывающей установки.
Для целей проекта принята схема вертикального ТВО нагнетательного типа. В холодильниках продуктов применяется многоходовое движение охлаждаемого агента, трубы ТВО соединены последовательно в горизонтальном положении.
При помощи оптимизации элементов конструкции ТВО на ЭВМ разработана базовая конструкция ТВО, применимая как для холодильников продуктов, так и для конденсаторов-холодильников бензиновых паров.
Параметры базовой конструкции ТВО:
1. Длина труб, м - 0,8;
2. Число труб по высоте - 22;
3. Число труб по ширине - 4;
4. Количество труб - 88;
5. Габариты сердцевины ТВО - 800х800х195;
6. Общая длина труб, м - 70,4.
Материал камер и труб ТВО сталь 10 или 12Х18Н10Т. Трубы имеют накатные ребра из алюминия, толщина ребра - 0,3 мм.
Используя трубы с разными шагами между ребрами можно изготавливать ТВО с различными площадями теплопередающей поверхности.
Для конденсатора-холодильника принята та же конструкция сердцевины, но он сам и трубы расположены горизонтально. Движение продукта - в один ход.
В холодильнике бензина и в конденсаторе-холодильнике применяется увлажнение воздуха в теплое время года при повышении температуры выше 25 ОС. Подача воды насосом из блока подачи воды.
Вода для увлажнения подвергается химической очистке. Минимальное расчетное количество воды для увлажнения воздуха для климатических условий Северного Кавказа (относительная влажность - 40%, максимальная температура самого жаркого месяца - 42 ОС) - 52 кг/час.
Для уменьшения влияния внешних факторов ( осадки, солнечный свет), все теплообменники воздушного охлаждения имеют люки, поднимающиеся вверх.
Параметры ТВО
Таблица 5.2.
Показатель | Холодильник бензина | Холодильник мазута | Конденсатор-холодильник |
1. Температура охлаждаемого агента начальная, ОС | 60 | 130 | 124 |
2. Температура охлаждаемого агента конечная, ОС | 30 | 85 | 60 |
3. Тепловая нагрузка ,кВт | 3,7 | 16,1 | 147 |
4. Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2*К) |
174 | 84 | 341 |
5. Коэффициент оребрения | 25,1 | 7,9 | 18,5 |
6. Площадь поверхности, м2 | 114 | 35,9 | 337,5 |
7. Коэффициент запаса площ. | 2,06 | 1,5 | 1,65 |
8.Число секций | 1 | 1 | 4 |
9. Гидравлическ. сопр. кГ/см2 | 0,2 | 1,9 | 0,007 |
Для перекачивания жидких нефтепродуктов при температуре до 85 ОС используются насосы типа НД.
Для перекачивания нефтепродуктов при температуре до 400 ОС используется модификация этого насоса с охлаждением проточной части.
Производитель насосов предприятие Талнах, г. Тула, Россия.
Общее количество насосов НД на установке - 8.
Вентиляторы установлены в теплообменниках воздушного охлаждения. Для подачи воздуха в ТВО применены вентиляторы осевые 06-300 искрозащищенного исполнения 6,3 и 8.
В холодильниках продукта установлены вентиляторы с электродвигателем типа В71А6, мощность 1,5 кВт, частота вращения - 915 об/мин. Количество - 2 шт.
В конденсаторах-холодильниках установлены вентиляторы с электродвигателем типа В71В4, мощность 1,5 кВт, частота вращения - 1400 об/мин. Количество -2 шт.
Производитель вентиляторов - ОАО Московский вентиляторный завод, г. Москва.
По нормам температура наружных поверхностей аппаратов не должна превышать 60 ОС. Для защиты работников от возможных ожогов и для снижения потерь энергии в окружающую среду применяется теплоизоляция.
В настоящем проекте предложена теплоизоляция из пенобетона и его сочетания в отдельных случаях со стеклянной ватой.
Свойства применяемого материала:
Марка по стандарту СЭВ 1406-78 D400;
Плотность в сухом состоянии, кг/м3 400;
Максимальная рабочая температура, ОС 300;
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К) 0,00107.
Изделия из пенобетона изготавливаются в соответствии с Инструкцией по изготовлению изделий из ячеистого бетона СН-277-80 и ГОСТ 5742-76 Теплоизоляционные изделия.
При температуре поверхности более 300 ОС таких аппаратов, как трубчатая печь и эвапоратор, применяется композиция пенобетона с другими теплоизоляционными материалами.
Для теплоизоляции труб применяются скорлупы из пенобетона, которые легко монтируются и демонтируются. Скорлупы из пенобетона не требуют облицовки металлом и могут быть окрашены.
При теплоизоляции аппаратов пенобетоном в композиции с другим теплоизолирующим материалом применяется технология заливки жидкого состава непосредственно между стенками аппарата и его защитным кожухом.
Назначенная толщина теплоизоляционного слоя:
Трубчатая печь 60 мм+5 мм стеклянная вата;
Трансферная линия 25 мм +5 мм стеклянная вата;
Паропровод от эвапоратора 25 мм+5 мм стеклянная вата;
Паропровод от ректификационного аппарата 25 мм;
Трубопроводы до Ду=20мм и t300 ОС 10 мм+5 мм стеклянная вата;
Трубопроводы до Ду=20мм и t300 ОС 10 мм.
Взаимное расположение аппаратов, узлов и агрегатов выполнено с учетом обеспечения последовательности технологического процесса, исключения встречных потоков, обеспечения минимальной протяженности коммуникаций и удобства обслуживания.
Установка снабжена поддонами для предотвращения утечек нефти и нефтепродуктов в почву.
В зависимости от взаимного расположения сырьевой емкости и установки Н30, питающий насос Н-1 может выноситься за пределы установки на отдельном постаменте для обеспечения заполнения его всасывающей магистрали нефтью.
Для поддержания параметров технологического процесса в пределах нормы на установке Н30 применяется автоматическое регулирование.
Параметры, регулируемые автоматически:
- температура сырья на входе в ректификационный аппарат;
- температура бензинового дистиллята на выходе из конденсатора-холодильника;
- уровень мазута в эвапораторе Е-1;
- уровень бензинового дистиллята и уровень воды в рефлюксной емкости Е-2.
Параметры технологического процесса, регулируемые вручную или автоматически:
- подача сырьевого насоса Н-1;
- подача откачивающих насосов Н-4 и Н-5;
- подача насоса холодного орошения Н-2;
- температура мазута на выходе из холодильника Х-2.
Постоянно измеряются:
- температура сырья начальная;
- температура сырья на выходе из теплообменников Т-1, Т-2, Т-3;
- температура продуктов на выходе из теплообменников Т-1, Т-2, Т-3;
- температура бензинового дистиллята в рефлюксной емкости Е-2, на входе и выходе холодильника Х-1;
-температура дымовых газов на выходе из печи П-1;
- температура в каждой камере ректификационного аппарата Б-1;
- температура подаваемого в ректификационный аппарат Б-1 холодного орошения;
- давление на выходе питающего насоса Н-1;
- давление в эвапораторе Е-1;
- давление в первой камере ректификационного аппарата Б-1;
- уровень жидкости в каждой камере ректификационного аппарата Б-1.
Все выкидные трубопроводы насосов оборудованы электроконтактными манометрами для защиты насосов от перегрузки.
На основных аппаратах установки Н-30 установлены манометры типа Сапфир-22М для аварийного отключения всей аппаратуры при нарастании давления выше допустимого предела.
Автоматическое регулирование температуры сырья на выходе из печи осуществляется микроконтроллером типа КР-300+ путем установления обратной связи между температурой сырья и количеством подаваемого в печь топлива.
Все электродвигатели, используемые на установке Н30, асинхронные с короткозамкнутым ротором и регулировка частоты вращения вала осуществляется при помощи тиристорного преобразователя частоты типа SIMOVERT GSE 1245, производитель SIEMENS, Германия.
Аналогичным образом происходит автоматическое регулирование конденсатора-холодильника КХ-1, в котором установлена обратная связь между температурой бензинового дистиллята и частотой вращения крыльчатки вентилятора, определяющей количество подаваемого воздуха.
Регулирование уровня жидкости в аппаратах Е-1 и Е-2 производится уровнемерами типа ИСУ-100 при воздействии на подачу откачивающих насосов Н-3 и Н-6.
Подача насосов Н-4 и Н-5 регулируется вручную и должна соответствовать расчетному значению.
Уровень воды в рефлюксной емкости Е-2 регулируется уровнемером воды.
Все оборудование работает в автоматическом режиме. Работа основного микроконтроллера дублируется.
Программирование микроконтроллера осуществляется оператором с помощью персонального компьютера.
Все измеряемые и регулируемые параметры работы установки выводятся в цифровом виде на пульт оператора для контроля.
Снабжение сырьем
При размещении установки на нефтяном или газовом промысле поступление сырья может быть организовано из емкостей промысла после первичной подготовки сырья к переработке. Если поступающее сырье не требует предварительной подготовки, его забор может осуществляться прямо из скважины.
Кроме этого может быть предусмотрен вариант поступления сырья из амбаров и т.д.
При размещении установки вдали от промыслов необходимо организовать подвоз сырья железной дорогой или автомобильным транспортом. При этом нужно отвести емкости под сырье в объеме, соответствующем периодичности подвоза сырья, не менее чем месячную потребность.
Электроснабжение
Для снабжения установки электроэнергией от внешнего источника прокладывается электрические кабели до распределительного щита или трансформаторной подстанции. Напряжение для силовых электроприемников -380 В, для освещения - 220В.
Категория электроснабжения по ПУЭ II.
Основными потребителями электроэнергии являются электродвигатели технологических насосов, вентиляторов и осветительные приборы.
Для электроснабжения потребителей предусматривается силовой распределительный пункт шкафного исполнения с автоматическими выключателями. Управление электродвигателями технологического оборудования осуществляется с поста управления, на котором устанавливаются магнитные пускатели и кнопочные посты.
Установленная мощность составляет - 22,7 кВт, среднегодовой расход энергии - 175 тыс. кВт.
При необходимости установка комплектуется дизель-генератором, как резервным источником питания.
Охрана окружающей среды
Процесс переработки углеводородного сырья на установке Н30 и процесс производства бензина путем компаундирования его компонентов в блоке БК10 являются малоотходными.
Технологический процесс УПН предусматривает производство автомобильных бензинов, дизельного и котельного топлива. Загрязняющим веществом от основного производства и очистных сооружений являются пары легких фракций нефтепродуктов, которые представляют собой сумму углеводородов.
Основными источниками выбросов веществ, вызывающих загрязнения окружающей среды комплекса являются: