Стабилизационная колонна. 1 страница

Ректификационные методы разделения смесей

играют важную роль в переработке нефти и

ее продуктов. Корпус ректификационной

колонны представляет вертикальный цилиндри-

ческий сварной сосуд. На корпусе предусмотре-

ны штуцера: ввода сырья, ввода продуктов,

подачи орошения и ввода паров.

К корпусу колонны снизу приваривается цилиндрическая опорная часть, в которой имеется один лаз и отверстие для вывода трубопровода остатка. Верх и низ корпуса заканчиваются эллиптическим днищем. Внутри колонны к корпусу крепятся ректификационные тарелки (клапанные).

Верхняя колонна представляет собой колонну с диаметром 2600мм и тридцатью тарелками клапанного типа.

Нижняя колонна – колонна с диаметрами 3600мм (низ колонны) и 2600мм (верх колоны) с тарелками клапанного типа.

Газ, пары легких углеводородов и водяные пары поступают на десятую тарелку верхней колонны, часть жидкой фазы (20%) подается на питание на двенадцатую тарелку верхней колонны.Заданная температура верха колонны регулируется автоматически, количеством подаваемого орошения.

Сверху стабилизационной верхней колонны выводится в паровой фазе широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ) и часть водяных паров.

ШФЛУ насосами подается на орошение верхней колонны, а избыточное количество откачивается на бензосклад.

2.3.2 Отстойник горизонтальный ОГ-200

Отстойник горизонтальный ОГ-200 предназначен для разделения нефтяной эмульсии, подогретой до 70 ⁰С, на нефть и пластовую воду.

Представляет собой горизонтальную цилиндрическую емкость с централизованным вводом жидкости. Внутри отстойника для уменьшения турбулентности потока ввод жидкости происходит через распределитель, представляющий собой трубу со щелевыми отверстиями.Кроме того, имеется перегородка в виде сегмента, через верхнюю часть которой жидкость плавно поступает в основную часть отстойника, в которой происходит разделение жидкости на нефть и воду. Нефть отводится через верхний штуцер и поступает в другие аппараты.

Вода с помощью регулятора уровня «вода-нефть» через нижний штуцер сбрасывается в линию деэмульсации на товарный парк. Уровень воды в аппарате поддерживается до 0,5 м.

Сверху на линии отвода жидкости имеются ППК. Для предохранения аппарата от разрушения при повышении давления выше разрешенного рабочего давления.

Для проникновения внутрь аппарата и вентиляции при ремонтных работах сверху имеется люк-лаз.

Для сброса воздуха из аппарата при заполнении его жидкостью имеется воздушник.Уровень воды в отстойнике поддерживается с помощью РУМФ (регулятора уровня межфазного).

Для контроля за давлением среды в аппарате в верхней части корпуса устанавливается манометр.

Технические характеристики работы отстойника:

2.3.3 Теплообменный аппарат ТП-1200

В нефтяной промышленности широко распространены тепловые процессы – нагревание и охлаждение жидкостей и газов и конденсация паров, которые проводятся в теплообменных аппаратах (теплообменниках).

Теплообменные аппараты предназначены для передачи тепла от более нагретой среды менее нагретой. На УКПН применяются следующие виды теплообменников: ТП-

ТП-1400- кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой. Состоит из корпуса, распределительной камеры, крышки распределительной камеры, неподвижной трубной решетки, в которую вставлены и развальцованы трубки малого диаметра, образующие трубный пучок; крышки корпуса.

Подвижная трубная решетка, образующая вместе с крышкой, плавающую головку, может свободно перемещаться в корпусе при температурных деформациях трубок пучка.

Со стороны плавающей головки корпус закрыт эллиптической крышкой.

Теплообменники разборные, что позволяет чистить как трубное, так и межтрубное пространство.

ТП-1200- четырех ходовой, т.е. в распределительной камере имеются две перегородки горизонтальные, что позволяет сделать четыре хода продута по трубкам. В корпусе также имеются поперечные перегородки с вырезами и поворотами по спирали, повышающие скорость потока рабочей среды в межтрубном пространстве, увеличивая коэффициент теплоотдачи.

Теплообменники оборудованы приборами для измерения давления, температуры, имеются патрубки для опорожнения теплообменника.

Для подвода и отвода рабочих сред аппарат снабжен штуцерами. Стабильная нефть поступает в трубное пространство, а сырая – в межтрубное.В корпусе имеется поперечные перегородки с вырезами и поворотами по спирали, повышающие скорость потока рабочей среды в межтрубном пространстве, увеличивая коэффициент теплоотдачи.

Герметизация узлов теплообменника при сборе производится паронитовой прокладкой. Теплообмен происходит через стенки труб.

2.4 Предлагаемые новые инженерные решения

В данном проекте предложены следующие нововведения:

1. Увеличение производительности нефтестабилизационной колонны по сравнению с базовым проектом на 15 %.

2. Замена: кожухотрубчатых теплообменников с плавающей головкой диаметром 1400 мм в количестве 14 шт., на кожухотрубчатые теплообменники с плавающей головкой диаметром 1200 мм - 8 штук. В результате были достигнуты такие положительные эффекты как экономия металла, снижение себестоимости.

3. Усовершенствование процесса автоматизации ректификационной колонны, установлены новые контрольно-измерительные приборы поз.23,25,27,31. В частности регулирование температуры верха колонны путем подачи орошения. Регулирование осуществляется за счет клапана установленного на линии подачи орошения в колонну. Таким образам в случае повышения температуры, произойдет открытие клапана для увеличения подачи орошения и температура начнет падать. Регулируется также уровень низа верхней колонны и расхода питания в следующую колонну регулировочным клапаном установленным на линии подачи питания нижней колонны.

За счет введения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, замены оборудования на более рациональное, что привело как к снижению себестоимости (экономия составила 2400000 руб. в год), и к увеличению производительности труда рабочих,и уменьшению удельных капитальных вложений.

2.5 Технологический расчет проектируемого оборудования

Из емкости в верхнюю колонну на стабилизацию поступает 30% обезвоженной, обессоленной нефти – 169728,5 кг/час (2147,4 кмоль/ч); в нижнюю колонну поступает 70% – 405100 кг/ч.

Материальный баланс стабилизационной колонны предоставлен в

таблице 2.7

Материальный баланс колонны.

Примем следующие условные обозначения:F-исходная смесь,D-дистиллят,R- кубовый остаток

X_i,Y_i-мольные доли компонентов соответственно в жидкости и паре.

Данные по расчету колонны состав сырья (мольные доли):

пропан - 0,0348, i - бутан - 0,0688, н-бутан - 0,0946, i-пентан - 0,0337,

н-пентан - 0,0321, н-гексан - 0,736.

D=33775,5 кг/ч = 427,3 кмоль/ч.

Решение ведется по источнику [2] стр. 7-13.

Таблица 2.7

1) Мольная масса смеси:

М , где (2.1)

Мi- мольная i-го компонента,

Сi- мольное содержание i- го компонента.

М = 0,0348∙42+0,0688∙58+0,0946∙58+0,0337∙72+0,0321∙72+0,736∙86 = 79,04

2) Уравнение материального баланса колонны:

F=D+R, (2.2)

F∙ci=D∙ yi +R∙ xi, (2.3)

Принимаем:

Подставим исходные значения в уравнение:

2147,4 ∙0,0348 = 427,3 у ,

2147,4 ∙0,0688 = 427,3 у ,

2147,4 ∙0,0946 = 427,3 у ,

2147,4 ∙0,0337 = 427,3 у + (2147,4 - 427,3) x ,

2147,4 ∙0,0321 = 427,3 у + (2147,4 - 427,3)x ,

2147,4 ∙0,736 = (2147,4 - 427,3)x .

Отсюда, имеем в мольных долях:

у = 0,175,

у =0,346,

у =0,475,

x = 0,919.

Решим систему уравнений:

x + x =1- x = 0,081,

62,96 = 427,3 у + 1720,1 x ,

59,97 = 427,3 у + 1720,1 x .

Принимаем: у =0,0036,

x =0,041,

у =0,0399.

Давление в колонне и температуры ее верха и низа.

Рабочее давление – Р_раб = 10 кгс/см² (атм);

Расчетное давление принимаем: Р_расч = 12,5 кгс/см²(атм).

Давление верха колонны: Р_в = Р+0,2 атм =10,2 атм = 1 МПа,

Давление низа колонны: Р_н=Р+0,4 атм=10,4 атм = 1,102 МПа.

Среднее давление в колонне:Р_ср= (Р_в+ Р_н)/2=(1+1,102)/2=1,01 МПа.

Давление насыщенных паров (2,стр. 565, рис. ХIV):

Пропан - Р_н.п.= 550 мм рт. ст. = 73315 Па,

Бутан - Р_н.п.=240 мм рт. ст.= 31992 МПа,

Пентан - Р_н.п.=120 мм рт. ст. = 15996 МПа,

Гексан - Р_н.п.=75 мм тр. ст. = 9997 МПа.

Температура верха колонны: t_в = 95 °С,

Температура низа колонны: t_н = 130° С,

Температура конденсации паров дистиллята: t_конд = 67° С.

Средняя температура в колонне: t_ср= (t_в+ t_н)/2 = (95+130)/2 = 112,5 °C,

Минимальное число ступеней разделения ([2], стр.357):

Коэффициент разделения ([2], стр. 48, рис1.20):

k_пропан = 0,9,

k_{н-бутан} = 0,27,

k_{н-пентан} = 0,08,

k_{н-гексан} = 0,03.

· для верха колонны:

=1, давление в емкости для орошения колонны определяем методом постепенного приближения, при этом подбираем такое значение давления, при котором константы фазового равновесии для температуры 112,5°C, после подстановки их в это уравнение превращают его в тождество.

Для давления 1 МПа, температура будет 360 К.

· для низа колонны:

= 1, температуру низа колонны определяем методом постепенного приближения по данному уравнению - получим Т = 490К.

= 19,2, (2.4)

Предельное:

1) Минимальное флегмовое число:

,21. (2.5)

Отношения:

· (2.6)

· (2.7)

· (2.8)

2) Минимальное паровое число:

, (2.9)

где U = 1,35U_min+0,35 =1,35∙ 5,21+0,35 = 7,4. (2.10)

По корреляционному графику Джиллиленда ([2], стр.412) определим действительное число тарелок, для чего рассчитаем комплексы:

U=7,4,

U_min=4.

N = 31,06 = 32- число действительных тарелок.

Расчет диаметра колонны ведется по (3,стр.110-112,131-135).

Диаметр определяется по уравнению:

D = (V / (0,785 ∙ ω))^1/2, (2.11)

где: V- расход пара, м³/с;

ω – скорость пара, м/с

Расход пара определяется по формуле:

V = (G_D ∙ (R+1) ∙ 22,4 ∙ T ∙ P₀) / (M_D ∙ T₀ ∙ 3600 ∙ P₁), м³/с (2.12)

где: G_D – количество дистиллята, кг/ч;

Т, Т₀ – температура в системе, К (Т₀ = 273⁰ К);

М_D – молекулярная масса дистиллята;

P₁, Р₀ – давление в системе, атм. (Р₀ = 1 атм)

V = (33775,5 ∙ (7,4+1) ∙22,4 ∙ 360 ∙ 1) / (55 ∙ 273 ∙ 3600 ∙ 10) = 4,2 м³/с

Скорость пара рассчитывается по формуле:

ω ^1,85 = , м/с, (2.13)

где G - масса клапана, кг,

S₀ - площадь отверстия под клапаном, м².

ξ- коэффициент сопротивления,(ξ=3).

ρ _y – плотность пара, кг/м³.

М – молекулярная масса.

ρ _п = (М / 22,4) ∙ ((233 ∙ Р) / Т) (2.14)

ρ _п = (55 / 22,4) ∙ ((233 ∙ 10) / 385,5) = 14,9 кг/м³

S₀=3,14∙5²=78,5∙10^-6 м².

ω^1,85= ,

ω = 0,77 м/с.

Действительная скорость пара в рабочем сечении:

ω = 0,77(2,6/2,6) = 0,77 м/с.

Скорость пара в рабочем сечении тарелки:

ω_т = ω∙0,785d²/S_т=0,77∙0,785∙2,6²/3,84=1,06 м/с.

D = (4,2/ (0,785 ∙ 0,77) ^1/2 = 2,6 м.

Принимаем D равным 2,60 м.

По диаметру колонны производится выбор тарелок – принимаем соответствующие параметры: периметр слива П, площадь слива F , площадь

Тарелка ТКП (ОСТ 26-02-1401-77):

Свободное сечение колонны, м² 5,3

Рабочее сечение тарелки, м² 3,84

Периметр слива, м 2,05

Сечение перелива, м² 0,74

Шаг t, мм 100

Относительное свободное сечение тарелки, % 7,71

Число клапанов 326

Число клапанов на поток 14

Масса тарелки, кг 290

Рассчитаем гидравлическое сопротивление в верхней и нижней части колонны.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: