Расчет и выбор технологического оборудования

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 и выбор технологического оборудования

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.

Параметры процесса ректификации.

Таблица 5.1.

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

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.

Конвектор печи выполнен из оребренных труб с внутренним диаметром 16 мм. Материал оребрения - медь М3.
Трубы в конвективной части уложены в 6 горизонтальных рядов. Число ходов сырья в трубах конвективной части печи -2.
Дымовая труба печи съемная для транспортировки установки автомобильным транспортом.

Теплообменники

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;

Параметры теплообменников

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.

Холодильники продуктов и конденсатор-холодильник

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

Насосы и вентиляторы

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.

Теплоизоляция

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.

Компоновка оборудования

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.