Принцип работы установки предварительной гидроочистки бензиновых фракций

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Увеличение объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и улучшение качества - основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью в настоящее время. В современных НПЗ доля вторичных процессов постоянно растет, в тоже время растет и глубина переработки нефтепродуктов, продукты требуют облагораживания - в связи с этим гидроочистка выходит на передовое место среди вторичных процессов на нефтеперерабатывающих заводах. В наше время увеличивается количество сернистых и высокосернистых нефтей, поступающих на НПЗ, также увеличивается поступление дизельных фракций с установок вторичных процессов, которые в отличие от прямогонной дизельной фракции содержат большее количество серосодержащих, азотсодержащих, кислородсодержащих соединений, а также олефинов, таким образом очень сильно снижается качество сырья на установках гидроочистки. Содержание серы - самый важный показатель у современных дизельных топлив. Он нормируется для всех классов дизельного топлива и в соответствии с классом может составлять 50 и 10 мг/кг.

Гидроочистка - процесс химического превращения веществ под воздействием водорода при высоком давлении и температуре. Гидроочистка нефтяных фракций направлена на снижение содержания сернистых соединений в товарных нефтепродуктах.

Побочно происходит насыщение непредельных углеводородов, снижение содержания смол, кислородсодержащих соединений, а также гидрокрекинг молекул углеводородов. Гидроочистка является основным вторичным процессом в нефтепереработке, ни один современный нефтеперерабатывающий завод не может обойтись без установки гидроочистки.

Благодаря гидроочистке происходит облагораживание всех фракций, получаемых на НПЗ.

1. Литературный обзор

1.1 Общая характеристика производственного объекта

Назначением установки предварительной гидроочистки Л-24-300/1 и является удаление сернистых, азотистых, кислородсодержащих соединений из бензиновых фракций, а также гидрирование непредельных соединений. Превращение указанных веществ происходит на гидрирующем сероустойчивомалюмоникель, алюмокобальт молибденовых катализаторах типа ГО-30-7, ГО-70, S-12.

Летучие продукты - сероводород, аммиак, вода, хлористый водород, легкие углеводороды удаляются из гидрогенизата путем отпарки в стабилизационной колонне. Металлические примеси отлагаются на катализаторе гидроочистки.

Установка гидроочистки бензинов состоит из:

а) реакторного блока;

б) блока стабилизации.

1.2 Описание процесса предварительной гидроочистки бензиновых фракций

Целью предварительной гидроочистки бензинов является превращение и удаление веществ, дезактивирующих монометаллические и полиметаллические платиновые катализаторы риформинга.

К этим веществам относятся: сернистые, азотистые и кислородсодержащие соединения, а также соединения, содержащие металлы, галогены и непредельные углеводороды.

Превращение указанных веществ происходит на гидрирующем катализаторе. Летучие продукты - сероводород, аммиак, вода, хлористый водород удаляются путем отпарки гидрогенизата. Металлические примеси отлагаются на катализаторе гидроочистки.

В процессах гидроочистки при значительном падении активности катализатора, которая не может быть компенсирована изменением параметров процесса в допустимых пределах, требуется периодическая его регенерация. Признак уменьшения активности катализатора - повышение содержания серы в топливе, прошедшем гидроочистку.

Количество кокса и серы, отложившихся на катализаторе, зависит от вида перерабатываемого сырья, условий ведения процесса. При снижении давления и повышении температуры количество отложений возрастает. С уменьшением объемной скорости подачи сырья и увеличением кратности циркуляции водородосодержащего газа замедляется скорость образовании кокса.

Регенерацию катализатора проводят окислительным выжигом кокса с его поверхности. По виду теплоносителя различают газовоздушный и паровоздушный способы регенерации катализатора. Выбор способа регенерации зависит от состава катализатора: катализаторы, в состав которых входят цеолиты, нельзя подвергать паровоздушной регенерации.

Время, затрачиваемое на окисление кокса, обратно пропорционально удельному расходу теплоносителя (для снятия избыточной теплоты горения). Во избежание чрезмерного увеличения времени горения кокса минимально допустимое удельное количество теплоносителя (на 1 м3 катализатора) не должно быть ниже 250 м3/ч при газовоздушном способе регенерации и 300 м3/ч - при паровоздушном.

Катализаторы, применяемые при гидроочистке топлив, достаточно устойчивы к термообработке и в основном сохраняют состав и структуру. Однако при температуре выше 550С наблюдается возгонка молибдена, что вынуждает вести процесс регенерации ниже указанной температуры.

При резком повышении или снижении температуры ухудшается механическая прочность катализатора.

Удаление SO2 и H2S из дымовых газов при газовоздушной регенерации осуществляется промывкой газов водой или содовым раствором.

При газовоздушной регенерации из парогазовой смеси, выходящей из реактора, H2S не удаляются.

Наиболее перспективным направлением развития производства высокооктановых бензинов представляется производство реформатированного бензина - бензина с измененным составом, обеспечивающим экологические требования. В этом бензине ограничивают количества бензинов риформинга и каталитического крекинга и увеличивают долю алкилатов и изомеризата. Такой бензин в больших количествах уже выпускается в США и Западной Европе.

В мире широко развивается производство бензина с добавкой (до 15 %) этилового спирта (особенно в США, Бразилии), что дополняет производство реформулированных бензинов. В ряде стран производится бензин, где этиловый спирт составляет 85 %, а бензин нефтяного происхождения - только 15 %.

В некоторых странах используется газовое топливо как альтернатива бензинам нефтяного происхождения (до 10 - 15 %).

Бензины каталитического крекинга вакуумного газойля подвергают селективной гидроочистке.

Это позволяет уменьшить содержание серы в бензине каталитического крекинга без заметного снижения его октанового числа.

Процесс селективной гидроочистки бензина осуществляется при пониженном против обычного давлении водорода - до 2,0 - 3,0 МПа (и даже до 1,0 MПa).

Температура процесса подбирается в зависимости от исходного содержания серы в сырье и требуемой степени гидроочистки. Рациональным вариантом селективной гидроочистки считается облагораживание тяжелой части бензина (н.к. от 100 до 140С), так как в ней сосредоточена основная масса сернистых соединений.

Разработан процесс каталитической дистилляции, обеспечивающий практически полное гидрирование сернистых соединений и не затрагивающий основную массу углеводородов, что позволяет сохранить октановое число бензина на постоянном уровне.

С минимальным снижением октанового числа проводится также процесс двухступенчатого облагораживания, позволяющий на первой ступени удалить меркаптановую серу и диолефиновые углеводороды, а на второй ступени - основную массу сернистых соединений.

Возможно также осуществление селективной гидроочистки бензинов термического крекинга и коксования. При этом октановое число продукта снижается в среднем на 5 - 6 пунктов по сравнению с исходным дистиллятом, а содержание серы уменьшается от 0,4 - 0,6 до 0,1 %.

Перспективное направление вовлечения бензинов коксования в сырье риформинта - глубокая их гидроочистка на катализаторах.

Технология совместной гидроочистки вторичных бензинов (10 - 30 %) с прямогонным дизельным топливом (90 - 70 %) - еще один из вариантов вовлечения вторичных бензинов в производство высокооктановых компонентов автомобильных бензинов. При этом гидрогенизат ректифицируют с отбором малосернистых [0,02 - 0,05 %] бензиновых фракций и дизельного топлива. Эти фракции - прекрасное сырье для установок гидроочистки перед риформингом.

Оптимальные условия совместной гидроочистки бензинов термических процессов и дизельного топлива: температура 340 - 360°С, давление 4 МПа, объемная скорость подачи сырья 2 - 5 ч, соотношение водород; сырье 300 м3/м3.

Близкие результаты по степени очистки обеспечиваются и при совместной гидроочистке прямогонных и вторичных бензинов. В этом случае содержание бензина коксования или термического крекинга в смеси с прямогонным дистиллятом не должно превышать 30 - 40 %.

Особый случай - когда гидроочистке подвергают бензиновую фракцию пиролизной смолы» содержащую 60 - 65 % ароматических углеводородов; остальное практически полностью - непредельные углеводороды. Бели бензин пиролиза предназначен для последующего использования в качестве топливного компонента, достаточна одноступенчатая гидроочистка с насыщением только нестабильных диеновых и алкенилароматических углеводородов. Для этого используют палладий-сульфидный катализатор, обладающий высокой активностью, селективностью и стабильностью к сере. Гидроочистку проводят при 2,2 - 2,5 МПа, объемной скорости 1,4 - 2,6 ч. и кратности циркуляции водорода 100 м3 на 1 м3 сырья.

Режим работы отпарной колонны зависит от качества перерабатываемого сырья: для более легких фракций - это температуры 100С (верх) и 200С (низ), а для более тяжелых - это 120С (верх) и 230С (низ).

Основной продукт процесса - стабильный гидрогенизат, используемый в качестве сырья установок каталитического риформинга. При соблюдении всех требований по фракционному составу сырья и температурному режиму гидроочистки выход продукта составляет 99 % . В ином случае он может снизиться до 90 % за счет деструкции углеводородов и образования «головки» стабилизации.

1.3 Аппаратурное оформление блока стабилизации

В зависимости от назначения аппаратам присваивается название: ректификационная (абсорбционная) колонна, экстрактор, испаритель, ребойлер, подогреватель, кристаллизатор и т.д. При этом все аппараты, наряду с наличием у них своих специфических внутренних устройств и оборудования, как правило, состоят из следующих основных элементов и узлов. Цилиндрического корпуса из одной или нескольких обечаек, днища, крышки, штуцеров для присоединения трубной арматуры и трубопроводов, устройств для присоединения средств контроля и измерений, люков-лазов, опор, сварных и фланцевых соединений строповых устройств.

Основным оборудованием процесса являются: колонное оборудование, теплообменное оборудование, насосное оборудование.

Колонное оборудование.

По величине давления колонны ректификации, применяемые на промышленных установках перегонки нефтяного сырья, можно подразделить на следующие типы: атмосферные, работающие при давлении несколько выше атмосферного (от 0,1 до 0,2 МПа), применяемые при перегонке стабилизированных или отбензиненныхнефтей на топливные фракции и мазут. Вакуумные (глубоковакуумные), работающие под вакуумом (или глубоким вакуумом) при остаточном давлении в зоне питания, предназначенные для фракционирования мазута на вакуумный (глубоковакуумный) газойль или узкие масляные фракции и гудрон. Колонны, работающие под повышенным давлением (от 1 до 4 МПа), применяемые при стабилизации или отбензинивания нефти, стабилизации газовых бензинов, бензинов перегонки нефти и вторичных процессов и фракционировании нефтезаводских или попутных нефтяных газов.

В зависимости от числа получаемых продуктов различают простые и сложные ректификационные колонны. Во-первых, при ректификации получают два продукта, например бензин и полумазут. Вторые предназначены для получения трех и более продуктов.

Для проведения процесса ректификации применяют аппараты различных конструкций в основном колонного типа. По типу контактных устройств различают насадочные, тарельчатые и пленочные аппараты. Область применения тех или иных аппаратов определяется свойствами разделяемых смесей, производительностью.

В нефте- и газопереработке применяют главным образом тарельчатые колонные аппараты. По способу организации относительного движения контактирующих потоков жидкости и пара различают контактные устройства с противоточным, прямоточным и перекрестноточным движением фаз. Независимо от схемы движения потоков в пределах отдельного контактного устройства (контактной ступени) в целом по аппарату, как правило, осуществляется противоток пара и жидкости.

В данном отчете рассматривается отпарная колонна, которая рассчитывается аналогично ректификационным колоннам.

Отпарная колонна - цилиндрический вертикальный аппарат, установленный на бетонном фундаменте с плотным слоем катализатора, который может быть дополнен секцией с невысокой концентрацией частиц, которая располагается в верхней части колонны. В этой секции частицы движутся в противотоке с газом, в результате чего повышается эффективность отпарки, которая в плотном слое уменьшена из-за турбулентного перемешивания частиц. Опыт работы с колоннами, в которые включены секции с невысокой концентрацией частиц, ограничен, хотя в настоящее время эти аппараты начинают применяться во все более широких масштабах.

Отпарная колонна предназначена для отпаривания бензиновых фракций из дистиллята легкого каталитического газойля, поступающего из главной ректификационной колонны, водяным паром. Устройство тарельчатой колонны показано на рисунке 1.



Рисунок 1 - Устройство тарельчатой колонны: 1 - штуцер вывода паров по шлемовым трубам; 2 - штуцер верхнего орошения; 3 - люки; 4 - штуцера отбора боковых погонов; 5 - отбойники; 6 - гидравлический затвор; 7 - штуцера ввода сырья; 8 - улита; 9 - тарелкa; 10 - корпус; 11 - трубчатый маточник для подачи водяного пара; 12 - опора; 13 - штуцер для вывода нижнего остатка

В данной работе рассматривается отпарная колонна К -101. Характеристика отпарной колоны К - 101 представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика отпарной колонны К - 101

Наименование оборудования (тип, наименование аппарата, назначение и т.д.)	Номер позиции по схеме, индекс	Количество штук	Материал	Техническая характеристика
Отпарная колонна	К-101	1	Ст3	Диаметр - 1800 мм. Высота - 24989 мм. Объем- 55 мі. Количество тарелок-30 штук. Тип тарелок - S - образные. Расчетное давление - 0,9 МПа. Расчетная температура верха - 145 °С. Расчетная температура низа - 230 °С. Среда - бензин, углеводородные газы

В качестве материала для отпарной колонны была использована Ст3.

Конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества Ст3 применяют для изготовления несущих и ненесущих элементов для сварных и несварных конструкций, а также деталей, работающих при положительных температурах. Листовой и фасонный прокат 5 категории (до 10 мм) - для несущих элементов сварных конструкций предназначенных для эксплуатации в диапазоне от минус 40 до плюс 425 °С при переменных нагрузках.

Сталь содержит: углерода - 0,14 - 0,22 %, кремния - 0,05 - 0,17 %, марганца - 0,4 - 0,65 %, никеля, меди, хрома - до 0,3 %, мышьяка до 0,08 %, серы и фосфора - до 0,05 и 0,04 % соответственно.

Сталь Cт3 не склонна к отпускной хрупкости, нефлокеночувствительна свариваемость без ограничений.

Качество конструкционной стали определяется коррозионной стойкостью, механическими свойствами и свариваемостью. По своим механическим характеристикам стали делят на группы: сталь обычной, повышенной и высокой прочности.

Основные свойства стали непосредственно зависят от химического элементов, входящих в состав сплава и технологических особенностей производства.

Основой структуры стали является феррит. Он является малопрочным и пластичным, цементит напротив, хрупок и тверд, а перлит обладает промежуточными свойствами. Свойства феррита не позволяют применять его в строительных конструкциях в чистом виде. Для повышения прочности феррита сталь насыщают углеродом (стали обычной прочности, малоуглеродистые), легируют добавками хрома, никеля, кремния, марганца и других элементов (низколегированные стали с высоким коэффициентом прочности) и легируют с дополнительным термическим упрочнением (высокопрочные стали).

К вредным примесям относятся фосфор и сера. Фосфор образует раствор с ферритом, таким образом, снижает пластичность металла при высоких температурах и повышает хрупкость при низких. Образование сернистого железа при избытке серы приводит к красноломкости металла. В составе стали Ст3 допускается не более 0,05 % серы и 0,04 % фосфора.

При температурах, недостаточных для образования ферритной структуры возможно выделение углерода и его скопления между зернами и возле дефектов кристаллической решетки. Такие изменения в структуре стали понижают сопротивление хрупкому разрушению, повышают предел текучести и временного сопротивления. Это явление называют старением, в связи с длительностью процесса структурных изменений. Старение ускоряется при наличии колебаний температуры и механических воздействиях. Насыщенные газами и загрязненные стали подвержены старению в наибольшей степени.

Конструкционные стали производят мартеновским и конвертерным способами. Качество и механические свойства сталей кислородно-конвертерного и мартеновского производства практически не отличаются, но кислородно-конвертерный способ проще и дешевле.

По степени раскисления различают спокойные, полуспокойные и кипящие стали. Кипящие стали - нераскисленные. При разливке в изложницы они кипят и насыщаются газами. Для повышения качества малоуглеродистых сталей используют раскислители - добавки кремния (0,12 - 0,3 %) или алюминия (до 0,1 %). Раскислители связывают свободный кислород, а образующиеся при этом алюминаты и силикаты увеличивают количество очагов кристаллизации, способствуя образованию мелкозернистой структуры. Раскисленные стали называют спокойными, т.к. они не кипят при разливке. Спокойные стали более однородны, менее хрупкие, лучше свариваются и хорошо противостоят динамическим нагрузкам. Их применяют при изготовлении ответственных конструкций. Ограничивает применение спокойной стали высокая стоимость и по технико-экономическим соображениям наиболее распространенным конструкционным материалом является полуспокойная сталь. Для раскисления полуспокойной стали используется меньшее количество раскислителя, преимущественно кремния. По качеству и цене полуспокойные стали занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными.

Из группы малоуглеродистых сталей обычной для строительных конструкций применяют сталь марок Ст3 и Ст3Гпс. Сталь Ст3 производится спокойной, полуспокойной и кипящей.

В зависимости от эксплуатационных требований и вида конструкций, сталь должна отвечать требованиям. Углеродистая сталь подразделяется на 6 категорий. При поставке стали марок ВСт3Гпс и ВСт3 всех категорий требуется гарантированный химический состав, относительное удлинение, предел текучести, временное сопротивление, изгиб в холодном состоянии.

Требования ударной вязкости различаются по категориям.

При маркировке стали вначале ставят обозначение группы поставки, далее марки, степени раскисления и категории.

В отпарной колонне К - 101 в качестве массобменных устройств применяются S - образные тарелки.

Конструкция тарелки состоит из отдельных элементов, каждый из которых образует одновременно полость для жидкости и паров. В вертикальной стенке части S - образного элемента, играющей роль колпачка, имеются трапециевидные прорези. В начале тарелки установлен паровой элемент, у слива с тарелки - жидкостной элемент. При большом числе элементов вдоль потока жидкости в середине участка предусматривают разъемный S - образный элемент, что позволяет начинать разборку тарелки также и в средней части. Конструкция S - образной тарелки приведена на 2 рисунке.

Рисунок 2 - Конструкция S - образной тарелки

Особенностью этой тарелки является течение жидкости не вдоль колпачков, как у тарелок с желобчатыми и туннельными колпачками, а поперек. Слой жидкости движется единым потоком по тарелке в направлении к сливу, проходя над S-образными элементами и переливаясь через них. Пары проходят через прорези S-образных элементов, барботируют через жидкость и при этом способствуют ее движению по тарелке. Паровая часть S - образного элемента 1 (рисунок 3) с торцов перекрыта заглушками 2, чтобы не допустить выхода паров через торцы. По длине элемента для повышения устойчивости формы приваривают поперечные перегородки . S - образные элементы крепят болтами к кольцу, приваренному к корпусу колонны, а у тарелок больших диаметров к опорным балкам.

Рисунок 3 - Паровая часть S - образного элемента

Профиль сечения S - образного элемента имеет повышенную жесткость по сравнению с элементами желобчатой тарелки, что позволяет выполнить S - образные элементы с небольшой толщиной стенки.

У тарелки из S - образных элементов более полно используется сечение колонны, чем у тарелки желобчатого типа, и она обладает более высокой производительностью. Простота конструкции тарелки позволяет быстро собрать и разобрать ее. В зарубежной практике такая тарелка получила название тарелка типа «Юнифлакс».

Стандартом предусмотрены тарелки из S - образных элементов диаметром: однопоточные 1000 - 4000 мм, двухпоточные 1600 - 8000 мм, четырехпоточные 4000 - 5000 мм. При диаметре до 4000 мм тарелки имеют безбалочную конструкцию. При больших диаметрах в конструкции предусматривают центральную двутавровую балку высотой, равной расстоянию между тарелками; на верхнюю и нижнюю полки этой балки опирают элементы двух соседних тарелок.

Заготовку для S - образных элементов получают прокаткой на металлургическом заводе.

Теплообменное оборудование.

В большинстве процессов нефтегазопереработки используется нагрев исходного сырья, а также применяемых при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные в результате того или иного технологического процесса целевые продукты или полуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспорт.

На современном нефтеперерабатывающем заводе, где осуществляется глубокая переработка нефти, на изготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30 % общего расхода металла на все технологические установки. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы этих аппаратов, а также освоению, методов их расчета необходимо уделять особое внимание.

Теплообменники жесткой конструкции - конструктивная особенность этих теплообменников заключается в том, что пучок труб, собранный из двух трубных решетках, вместе с ними жестко закреплен в корпусе теплообменника. Это обеспечивает простоту конструкции и малый вес ее на единицу площади теплообмена по сравнению с другими теплообменниками. Однако основной недостаток теплообменников жесткой конструкции - плохая восприимчивость к температурным напряжениям - ограничивает их применение На рисунке 4 приведена конструкция кожухотрубчатого теплообменника жесткой конструкции с поверхностью нагрева 180 м3.



Рисунок 4 - Кожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции: 1 - распределительная камера; 2 - корпус; 3 - днище; 4 - трубная решетка; 5 - теплообменные трубы; 6 - перегородки трубного пучка

Теплообменик одноходовой по корпусу; для интенсификации теплообмена устанавливают несколько трубных перегородок, регулирующих поток жидкости или газа. Эти же перегородки придают пучку труб большую устойчивость, обеспечивая прямолинейность теплообменных труб, что очень важно для эксплуатации. По числу ходов в теплообменных трубках эти теплообменники могут быть одно-, двух-, четырех- и многоходовыми. Число труб по ходам обычно одинаковое. Усилия, возникающие в и трубах жесткого теплообменника под действием температурных деформаций, зависят от разности температур стенок труб и корпуса, материала, из которого они изготовлены, а также от их поперечных сечений. Все жесткие теплообменники имеют малую длину, чтобы разность абсолютных удлинений не превышала допускаемых величин. Поскольку температурные напряжения велики, теплообменники жесткой конструкции без компенсации применяют только в тех случаях, когда разность между температурами стенок корпуса и труб не превышает 40°С. Когда эта разность более 40°С, корпус аппарата снабжают линзовыми компенсаторами, которые воспринимают температурные деформации. Как правило линзовые компенсаторы устанавливают на корпусах малых диаметров, работающих при невысоких давлениях, иначе линзы должны быть толстостенными, что уменьшает их компенсирующую способность. Компенсирующая способность корпуса определяется числом и размерами компенсаторов на нем.

При эксплуатации важно следить за тем, чтобы разность температур теплообменивающихся потоков не превышала допустимой. Следует иметь в виду, что механическая чистка стенок корпуса и наружных поверхностей труб от загрязнений практически невозможна, поэтому межтрубный поток в теплообменнике не должен содержать примесей. Замена вышедших из строя труб - весьма кропотливая операция, поэтому их обычно заглушают с двух сторон металлическими пробками.

Способ крепления труб в трубных решетках должен обеспечить прочность и плотность соединения с учетом работы в условиях больших температурных колебаний. Наибольшее распространение получило крепление труб в гнездах трубной решетки развальцовкой, т. е. раздачей конца трубы внутри гнезда до плотного соприкосновения с ним и появления в стенках гнезда упругих деформаций, достаточных для прочного удержания трубы.

Кожухотрубчатые теплообменники - наиболее распространенная конструкция теплообменной аппаратуры. Стальные кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготовляют следующих типов: ТН - с неподвижными трубными решетками; ТК - с температурным компенсатором на кожухе; ТП - с плавающей головкой; ТУ - с U-образными трубами; ТПК - с плавающей головкой и компенсатором на ней.

В зависимости от назначения кожухотрубчатые аппараты могут быть
теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями; их изготовляют одно- и многоходовыми.

Теплообменный аппарат с плавающей головкой типа ТП представлен на рисунке 5.



Рисунок 5 - Теплообменный аппарат с плавающей головкой типа ТП

нефтяной гидроочистка отпарной теплообменный

Такие аппараты имеют цилиндрический кожух, в котором расположен трубный пучок, трубные решетки, с обоих концов теплообменный аппарат закрыт крышками.

Теплообменники этой группы стандартизованы по условным давлениям от 1,6 до 6,4 МПа, по диаметрам корпуса от 325 до 1400 мм и поверхностям нагрева от 10 до 1200 м2 с длиной труб от 3 до 9 метров. Масса их достигает 35 тонн. Теплообменники применяют при температурах до 450С.

В теплообменных аппаратах подобного типа трубные пучки сравнительно легко могут быть удалены из корпуса, что облегчает их ремонт, чистку или замену.

Наиболее важный узел теплообменников с плавающей головкой - соединение плавающей трубной решетки с крышкой. Это соединение должно обеспечивать возможность легкого извлечения пучка из кожуха, аппарата, а также минимальный зазор между кожухом и пучком труб.

Размещение плавающей головки внутри крышки, диаметр которой больше диаметра кожуха, позволяет уменьшить зазор, но при этом усложняется демонтаж аппарата, так как плавающую головку нельзя извлечь из кожуха теплообменника.

Конструкции крепления плавающей головки с трубной решеткой, позволяющие легко извлекать трубный пучок из кожуха при минимальном зазоре между трубным пучком и кожухом.

Кожухотрубчатые аппараты с U - образными теплообменными трубами применяют в тех случаях, когда трубы не загрязняются в процессе работы или когда образующуюся на их стенках грязь можно легко смыть водой либо растворить в керосине. Эти теплообменники отличаются простотой конструкции и надежностью при эксплуатации. Отсутствие в них узла плавающей головки и крышки корпуса значительно уменьшает опасность течей. Температурная компенсация свободного конца трубного пучка обеспечивается креплением к неподвижной трубной решетке обоих концов каждой трубы, согнутой в форме буквы U.

Основные конструктивные размеры этих теплообменников такие же, как и теплообменников с плавающей головкой, но общая длина их несколько меньше. При одинаковых диаметрах корпуса и труб число U - образных труб в рассматриваемых аппаратах больше, чем в теплообменниках с плавающей головкой. Нужное число ходов по трубному пространству обеспечивается перегородками в распределительной камере и соответствующей схемой сборки труб в трубной решетке.

Теплообменники с U - образными трубами можно устанавливать вертикально и горизонтально. В последнем случае смена пучка труб несколько сложнее, особенно при затаскивании его в корпус. Поэтому при диаметрах аппаратов более 800 мм пучки снабжают опорной платформой с катками, перекатывающимися по внутренней поверхности корпуса. В теплообменниках меньшего диаметра пучки по концам снабжены поперечными опорными перегородками.

Корпус аппарата должен быть снабжен спускным штуцером. Для удобства затаскивания новых пучков через штуцер в днище корпуса пропускают трос, которым зацепляют проушину тяги, прикрепленной к трубной решетке.

Теплообменники с U - образными трубками типа ТУ имеют одну трубную решетку, в которую завальцованы оба конца U - образных трубок, что обеспечивает свободное удлинение трубок при изменении их температуры. Недостатком таких аппаратов является трудность чистки внутренней поверхности труб, вследствие которой они используются преимущественно для чистых продуктов.

Такие аппараты состоят из кожуха и трубного пучка, имеющего одну трубную решетку и U - образные трубы. Трубная решетка вместе с распределительной камерой крепится к кожуху аппарата на фланце.

Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м2в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочих сред от минус 30 до плюс 180 °С для теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве холодильников, подогревателей и конденсаторов.

Теплообменник с U - образными трубами приведен на рисунке 6.

Рисунок 6 - Теплообменник с U - образными трубами: 1- U - образные трубы; 2 - кожух; 3 - трубная решетка; 4 - распределительная камера; 5 - перегородка

В аппаратах типа ТУ обеспечивается свободное температурное удлинение труб: каждая труба может расширяться независимо от кожуха и соседних труб.

Разность температур стенок труб по ходам в этих аппаратах не должна превышать 100С. В противном случае могут возникнуть опасные температурные напряжения в трубной решетке вследствие температурного скачка на линии стыка двух ее частей. Преимуществом конструкции аппарата типа ТУ является возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако следует отметить, что наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки. Поскольку механическая очистка внутренней поверхности труб в аппаратах типа ТУ практически невозможна, в трубное пространство таких аппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуют механической очистки. Внутреннюю поверхность труб в этих аппаратах очищают водой, водяным паром, горячими нефтепродуктами или химическими реагентами. Иногда используют гидромеханический способ (подача в трубное пространство потока жидкости, содержащей абразивный материал, твердые шары и другие).

В трубное пространство холодильника подают воду или другую не опасную среду. Холодильник с диаметром кожуха от 325 до 1200 мм приведен на рисунке 7.



Рисунок 7 - Холодильник с диаметром кожуха от 325 до 1200 мм

В последнее время в нефтеперерабатывающей промышленности начинают широко применять аппараты воздушного охлаждения. Это объясняется ограниченностью водных ресурсов в связи со строительством крупных заводов и необходимостью уменьшения количества сточных вод, которые загрязняют водоемы и для очистки которых требуются сложные гидротехнические сооружения. Опыт показывает, что использование воздушных конденсаторов взамен других известных аппаратов экономически оправдано.

Аппараты воздушного охлаждения удобны в эксплуатации, очистка и ремонт их не требуют больших трудовых затрат. Загрязнение наружной поверхности теплообмена хладоагентом (воздухом) практически отсутствует даже в условиях обдувки их запыленным воздухом и при значительной степени теплообменных труб. Отсутствует и коррозия наружной поверхности, свойственная всем конденсаторам и холодильникам, что позволяет довольно легко выбирать материал труб для воздушных конденсаторов. Поэтому становится возможным применение требуемых ингибиторов (аммиачной воды и др.), снижающих коррозию не только самих конденсаторов, но и технологически связанных с ними аппаратов.

Эксплуатация воздушных конденсаторов, в которых не применяется вода в качестве хладоагента, исключает опасность аварий в результате внезапного прекращения подачи ее на установку. В случае отключения электроэнергии эти аппараты обеспечивают съем 25 - 30 % тепла за счет естественной конвекции воздуха, что уменьшает вероятность возникновения пожара на время, необходимое для аварийного выключения установки.

В северных районах страны применение воздушных конденсаторов позволяет надежно и экономично охлаждать все технологические не потоки, выходящие с установки. В южных районах охлаждение низкокипящих потоков целесообразно проводить в два этапа: воздухом до 60 °С далее водой в погружных или кожухотруб-чатых конденсаторах. В зарубежной практике известны случаи, когда эксплуатация аппаратов воздушного охлаждения оправдана при градиенте температур между охлаждаемой средой и воздухом 10~15 °С.

Применяемые в настоящее время конденсаторы и холодильники принципиально отличаются друг от друга расположением трубных секций конструкцией воздухоподаюших устройств. Трубные секции могут быть расположены горизонтально, вертикально, наклонно, в форме шатра зигзагообразно. В последних четырех случаях аппараты занимают меньшую площадь.

На рисунке 8 показан аппарат воздушного охлаждения с горизонтальным расположением секций.



Рисунок 8 - Аппарат воздушного охлаждения с горизонтальным расположением секций: 1 - секция аппарата; 2 - дефлектор; 3 - диффузор; 4 - металлоконструкция; 5 - электродвигатель; 6 - колесо вентилятора; 7 - увлажнитель воздуха; 8 - коллектор вентилятора; 9 - предохранительная сетка; 10 - угловой редуктор

Проходя внутри трубок, продукт охлаждается воздухом, который прогоняется вентилятором через межтрубное пространство каждой секции.

Вентилятор смонтирован с аппаратом на самостоятельной раме. Он состоит из двигателя углового редуктора и восьмилопастного колеса. Характеристику работы вентилятора можно менять путем изменения угла установки алюминиевых лопастей колеса в пределах 10 - 25. Применение двухскоростных электродвигателей также позволяет варьировать режим работы конденсатора в широких пределах. В тех случаях, когда температура воздуха настолько низка, что возникает опасность переохлаждения конденсированной жидкости, вентилятор прокачивает воздух сверху; для этого предусмотрена возможность реверсирования электродвигателя вентилятора. При необходимости интенсивность конденсации и охлаждения можно регулировать изменением воздушного потока с помощью жалюзи, устанавливаемых чад трубными секциями.

Для снижения температуры охлаждающего воздуха через форсунки оросительного устройства подают распыленную воду. В летнее время температуру воздуха в диффузоре снижают таким способом на 2 - 10 °С.

На крупных установках несколько аппаратов соединяют в один блок, в результате Число опорных стоек уменьшается, так как средние стойки в данном случае являются Общими для двух соседних конденсаторов.

Аппараты воздушного охлаждения рассчитаны на давление 6, 10, 16. 25, 40 и 64 МН/мя. Рабочие давления устанавливают с учетом температуры и свойств охлаждаемой среды на основан на паспортных данных конденсаторов.

Вентилятор смонтирован соосно с аппаратом на самостоятельной раме. Он состоит из: двигателя, углового редуктора и восьмилонастного колеса. Характеристику работы вентилятора можно менять путем изменения угла установки алюминиевых лопастей колеса в пределах 10 - 25°. Применение двухскоростных электродвигателей также позволяет варьировать режим работы конденсатора в широких пределах. В тех случаях, когда температура воздуха настолько низка, что возникает опасность переохлаждения конденсированной жидкости, вентилятор прокачивает воздух сверху; для этого предусмотрена возможность реверсировании электродвигателя вентилятора. При необходимости интенсивность конденсации и охлаждения можно регулировать изменением воздушного потока с помощью жалюзи, устанавливаемых над трубными секциями.

Регулирование режима работы конденсаторов воздушного охлаждения можно легко автоматизировать. Это не только экономически выгодно, но и создает благоприятные условия для безопасного ведения процесса на технологической установке. Обслуживание конденсатора заключается в основном в уходе за приводным механизмом вентилятора. Для предохранения от повреждения лопастей, поверхностей оребренных труб секций и для зашиты эксплуатационного персонала в нижней части воздушного коллектора устанавливают предохранительную плетеную сетку, да целостностью которой нужно постоянно следить.

Чистка внутренних поверхностей труб секций производится довольно редко; в случае необходимости прибегают к промывке водой или химической чистке. Наружные поверхности труб очищают от отложений продувкой сильной струей компрессорного воздуха или промывкой водой с мелким песком.

В данном отчете рассматривается теплообменное оборудование типа подогреватель с паровым пространством. Подогреватели с паровым пространством находят широкое применение на технологических установках. В общем случае подогреватель представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат со сферическими или эллиптическими днищами, в котором размещают от одного до трех теплообменных трубчатых пучков - таких же, какие устанавливают в кожухотрубчатых теплообменниках со свободно компенсацией пучка. В корпус подают нефтепродукт, который нагревается паром, пропускаемым через трубный пучок (пучки). Согласно существующим нормалям корпуса подогревателей рассчитаны на давления 0,8; 1,6 и 2,5 МПа, а трубные пучки - на давления 1,6; 2,5 и 4,0 МПа. Корпуса изготовляют со следующими значениями внутренних диаметров: 1400, 1600, 2000, 2400 и 3000 мм. Выпускают подогреватели с пучком, имеющим плавающую головку (111I), и с пучком из U - образных труб (ПУ), что в отдельных случаях упрощает эксплуатацию подогревателей и уменьшает возможность пропуска пара. Подогреватели используют для нагрева жидкости в тех случаях, когда применение трубчатых печей нецелесообразно и когда необходимо иметь некоторую свободную поверхность нагреваемой жидкости для испарения из нее отдельных фракций. Для увеличения зеркала испарения корпуса подогревателей изготовляют с эксцентрическим коническим днищем. Это позволяет опускать трубный пучок предельно низко.

Подогреватель с паровым пространством и плавающей головкой приведен на рисунке 9.



Рисунок 9 - Подогреватель с паровым пространством и плавающей головкой: 1 - корпус подогревателя; 2 - трубный пучок; 3 - распределительный барабан; 4 - отбойный козырек над штуцером подачи жидкости; 5 - платформа; 6 - опорная балка под платформу для трубного пучка; 7 - сливной фартук; 8 - монтажный штуцер для каната при втаскивании трубного пучка

В работе рассматривается подогреватель отпарной колонны позиции Т - 101.

Характеристика подогревателя отпарной колонны позиции Т - 101 представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристика подогревателя отпарной колонны позиции Т - 101

Наименование оборудования (тип, наименование аппарата, назначение и т.д.)	Номер позиции по схеме, индекс	Количество штук	Материал	Техническая характеристика
Подогреватель отпарной колонны	Т-101	1	ВМСт3сп Х18Н10Т	Поверхность-50 мІ. Количество труб-208 штук. Диаметр труб-29 мм. Длина труб-3000 мм. Расчетное давление корпуса - 0,9 МПа. Расчетное давление трубного пространства - 4,9 МПа. Расчетная температура корпуса-230 °С. Расчетная температура трубного пространства - 420 °С. Среда: корпус-бензин, пучок- бензин, водород

Подогреватель изготовлен из сталей ВМст3сп и Х18Н10Т.

Сталь Х18Н10Т содержит такие химические элементы как: кремний не более 0,8 % , медь - 0,3 %, марганец - 2 %, никель - от 9 до 11 %, титан 0,6 %, фосфор - 0,035 %, хром - 17 % и сера - 0,02 %.

Сталь Х18Н10Т - нержавеющая, жаростойкая, жаропрочная, аустенитного класса, обладает высокой хладостойкостью, немагнитностью и удовлетворительной сопротивляемостью межкристаллитной коррозии, химически устойчива ко всем кислотам, кроме уксусной, муравьиной, молочной и щавелевой - применяется для изготовления узлов и деталей вакуумных установок, в которых создается давление не ниже р =1·10 - 12 мм рт. ст., работающих при температурах от минус 260 до плюс 1000 °С. Эта сталь чаще всего используется для изготовления корпусов высоковакуумных насосов и установок, термобарокамер, экранов, держателей и корпусов приборов. Поверхности деталей, изготовленных из стали Х18Н10Т, обычно подвергаются электрополировке.

Сталь Х18Н10Т имеет высокую свариваемость различными методами электросварки (особенно аргоно - дуговой), а также паяется твердыми и мягкими припоями, хорошо обрабатывается резанием (при применении твердосплавного инструмента) и обладает высокой пластичностью при холодной деформации. Интервал горячей деформации 900 - 1150 °С.

Насосное оборудование.

Нормальная работа ректификационных колонн и требуемое качество продуктов перегонки обеспечиваются путем регулирования теплового режима - отводом тепла в концентрационной и подводом тепла в отгонной секции колонн, а также нагревом сырья до оптимальной температуры. В промышленных процессах перегонки нефти применяют следующие способы регулирования температурного режима по высоте колонны.

Насос - это машина, предназначенная для преобразования механической энергии привода в гидравлическую энергию потока перекачиваемой жидкой среды с целью ее перемещения.

По виду рабочей камеры и сообщения ее с входом и выходом насоса различают объемные и динамические насосы. Жидкая среда объемных насосов перемещается в результате периодического изменения занимаемого ею объема камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса. Жидкая среда динамических насосов перемещается под силовым воздействием на нее в камере насоса, которая постоянно сообщается с его входом и выходом.

К динамическим насосам относятся следующие основные типы: центробежные, осевые (пропеллерные), вихревые, струйные; к объемным - поршневые и ротационные.

В лопастных насосах, к которым относятся центробежные и осевые, жидкость перемещается от центра рабочего колеса к его периферии под действием центробежных сил, возникающих при силовом воздействии лопаток рабочего колеса на перекачиваемую жидкость.

Центробежные насосы принято классифицировать также по следующим признакам:

- в зависимости от температуры перекачиваемой среды: на холодные - для температур до 220 0С (насосы типов Н, НК, НД) и горячие - для температур от 220 до 400 0С (насосы типов НГ НГК, НГД);

- по назначению: для перекачки нефти и нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов, а также кислот и щелочей;

- в зависимости от величины создаваемого давления различают центробежные насосы низконапорные (одноступенчатые), средненапорные (одно- и многоступенчатые) и высоконапорные (многоступенчатые).

Большинство насосов работающих на нефтеперерабатывающих заводах комплектуется с приводом на общей фундаментной плите. Валы насоса и привода соединяют муфтой. Валы насосов уплотняют, как обычными, сальниками с мягкой набивкой, так и торцовыми уплотнениями (особенно при перекачке сжиженных газов). При этом сальники нефтяных насосов снабжают системами масляного уплотнения и водяного охлаждения, что повышает надежность работы насоса и его герметичность.

На рисунке 10 изображен разрез насоса типа НК с рабочим колесом одностороннего входа.

Рисунок 10 - Разрез насоса типа НК с рабочим колесом одностороннего входа: 1 - вал; 2 - кронштейн подшипников; 3 - узел уплотнения вала; 4 - крышка; 5 - рабочее колесо; 6 - корпус насоса с патрубками; 7 - кольца уплотняющие; 8 - гайка рабочего колеса

По величине подачи можно выделить насосы малой (до 100 м3/ч), средней (от 100 до 1000 м3/ч) и большой (свыше 1000 м3/ч) подачи.

На рисунке 11 показана схема работы центробежного насоса и его основные элементы.



Рисунок 11 - Схема работы центробежного насоса и его основные элементы: 1 - рабочее колесо, 2 - отвод, 3 - подвод, 4 - концевое уплотнение

Принцип работы центробежного насоса состоит в следующем. Жидкость из подводящего трубопровода или непосредственно из резервуара по подводу 3 поступает к рабочему колесу 1, которое вращается приводом насоса. Попадая во вращающиеся каналы рабочего колеса, жидкость получает приращение энергии, в результате чего возрастают ее давление и скорость. Попадая в отвод, жидкость отводится от рабочего колеса, и в расширяющихся каналах (диффузоре) поток замедляется, в результате чего давление жидкости повышается. Из диффузора жидкость подается в напорный трубопровод и поступает в систему. Вал насоса на выходе из корпуса уплотнен концевым уплотнением 4. Характеристика центробежных насосов ЦН - 107 и ЦН - 108 дана в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристика центробежных насосов ЦН - 107 и ЦН-108

Наименование оборудования (тип, наименование аппарата, назначение и т.д.)	Номер позиции по схеме, индекс	Количество штук	Материал	Техническая характеристика
Насос орошения отпарной колонны	ЦН - 107. ЦН - 108	2	Сталь 20	Марка НК-65-35/70. Производительность - 34 мі/час. Напор - 70 м. Число оборотов-2950 об/мин. Расчетное давление -16 кгс/смІ. Среда-головка бензина. Расчетная температура - 200 °С. Электродвигатель: Марка-ВАО-52-2У2. Мощность - 13 квт. Число оборотов - 2920 об/мин. Напряжение - 380 В. Исполнение - В3Т4

Насос выполнен из материала сталь 20. В состав сплава входят: углерод (C) - 0,17 - 0,24 %, кремний (Si) - 0,17 - 0,37%, марганец (Mn) - 0,35 - 0,65 %;содержание меди (Cu) и никеля (Ni) допускается не более 0,25 %, мышьяка (As) - не более 0,08 %, серы (S) - не более 0,4 %, фосфора (Р) - 0,035 %.

Структура стали 20 представляет собой смесь перлита и феррита. Термическая обработка стали 20 позволяет получать структуру реечного (пакетного) мартенсита. При таких структурных преобразованиях прочность возрастает, и пластичность уменьшается. После термического упрочнения прокат из стали 20 можно использовать для изготовления метизной продукции (класс прочности 8.8).

Температура начала ковки стали 20 составляет 1280°С, окончания - 750 °С, охлаждение поковки - воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной способности. Свариваемость стали 20 не ограничена, исключая детали, подвергавшиеся химико-термической обработке. Рекомендованы способы сварки АДС, КТС, РДС, под газовой защитой и флюсом.

Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей (пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни), цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350 °С), тонких деталей, работающих на истирание. Сталь 20 без термической обработки или после нормализации используется для производства крюков кранов, вкладышей подшипников и прочих деталей для эксплуатации под давлением в температурном диапазоне от минус 40 до плюс 450 °С.

Сталь 20 после химико-термической обработки идет на производство деталей, которым требуется высокая поверхностная прочность (червяки, червячные пары, шестерни). Широко применяют сталь 20 для производства трубопроводной арматуры, труб, предназначенных для паропроводов с критическими и сверхкритическими параметрами пара, бесшовных труб высокого давления, сварных профилей прямоугольного и квадратного сечения и т.д.

Ёмкости для хранения нефти и газа.

Для хранения нефти, газа и нефтепродуктов на нефтеперерабатывающих заводах применяется большое число емкостей, сосредотачиваемых в резервуарных парках.

В зависимости от назначения хранимого продукта отличают сырьевые, промежуточные и товарные резервуарные парки. Сырьевые и товарные парки сооружают обособленно, вдали от технологических установок, промышленных и бытовых зданий. Парк резервуаров промежуточных продуктов размещают вблизи тех установок, в которых эти продукты используются.

В большинстве случаев сырая нефть хранится в крупных подземных или полуподземных железобетонных резервуарах с внутренней металлической облицовкой и без нее. В таких же резервуарах хранят готовые светлые нефтепродукты. Основные преимущества подземных железобетонных резервуаров состоят в экономии металла, в уменьшении потерь сырья вследствие испарения легких фракций от действия солнечных лучей, а также в противопожарных и маскировочных свойствах.

Металлические емкости, как правило, расположены над землей, что обеспечивает простоту их эксплуатации.

Число и объем устанавливаемых емкостей определяют с учетом суточной производительности завода по сырью и по каждому продукту, числа одновременно хранимых нефтепродуктов, а также норм продолжительности хранения сырья и нефтепродуктов. Потребный объем сырьевых резервуаров устанавливают из расчета 5 - 7 - суточного запаса сырья; для резервуаров промежуточных продуктов предусматривается 16 - 48 - часовой запас; емкость резервуаров товарного парка должна обеспечить 15 - 20 - суточное хранение готовой продукции.

Дли экономии производственных площадей, материала, трудовых затрат при монтаже и эксплуатации проектируют возможно меньшее число емкостей за счет увеличения объема каждой емкости. Размеры выбранных емкостей должны быть согласованы с соответствующими нормалями, в которых указаны полный и полезный объемы, внутренний диаметр, максимальные рабочие давления и температура, максимальная высота налива и другие данные.

Конструкция емкостей определяется множеством факторов, однако основными являются химические и физические свойства, а также давление и температура находящихся в них жидкостей и газов.

Сжиженные газы (пропан, бутан и др.) и легкие фракции бензина хранят в горизонтальных или вертикальных цилиндрических пустотелых аппаратах, устанавливаемых на фундаментах или постаментах. В таких же емкостях, часто называемых монжусами, хранят химически активные вещества; в этом случае внутренние поверхности аппарата покрывают антикоррозионной облицовкой. Аппараты для хранения сжиженных газов и легких фракций бензина представлены на рисунке 12.

Рисунок 12 - Аппараты для хранения сжиженных газов и легких фракций бензина: а - вертикальный; б-горизонтальный; 1 - корпус; 2 - опора; 3 - люк; 4 - штуцера

...