Расчет КТО с линзовым компенсатором на корпусе.

Для уменьшения температурных усилий в теплообменниках жесткого типа на корпусе устанавливают линзовые компенсаторы (рисунок 3.1).

Представляет интерес получить формулы для расчета температурных напряжений данного типа ТОА и сравнить их с формулами, полученными для определения температурных напряжений в ТОА жесткого типа (с неподвижными трубными решетками). Для этого рассмотрим схему деформаций, приведенную на рисунке 3.1. В данном случае температурные деформации корпуса больше, чем деформации трубок.

Рисунок 3.1- Схема к расчету температурных усилий в ТОА с линзовым компенсатором на кожухе

Удлинение одной линзы компенсатора пропорционально силе N_кор, действующей на нее, то есть

Δl_1л = yN_кор , (3.1)

где y -коэффициент пропорциональности, который зависит от конструкции материала компенсатора, и определяется по формуле

, (3.2)

где d – внутренний диаметр линзы, м;

S – толщина стенки линзы компенсатора, м;

Е – модуль упругости материала компенсатора,

D – наружный диаметр линзы, м;

β – отношение внутреннего диаметра линзы d к наружному D;

α₁ – коэффициент, зависящий от величины β (таблица 3.1).

Таблица 1

β	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8
α1	6,03	3,95	2,5	1,6	0,99	0,58	0,31

Пусть корпус и трубки теплообменника выполнены из материала с одинаковым коэффициентом теплового удлинения. Ранее было показано, что в этом случае, если трубки и корпус деформируются отдельно (рисунок 2.1), то

, (3.3)

где – деформации корпуса ( ) и линзы ( ).

С другой стороны суммарная деформация δ будет состоять из деформаций сжатия корпуса и линзового компенсатора + = и удлинения металла трубок , т.е.

. (3.4)

Деформация компенсатора, имеющего z волн (линз), будет равна

. (3.5)

Подставляя в равенство (3.4) значения , выраженные по закону Гука, а также значение по формуле (3.5), получим

(3.6)

Приравняв уравнения (3.6) и (3.6) и, учитывая, что усилия , действующие на трубки, корпус и линзу равны друг другу по абсолютной величине, получим выражение для определения температурных усилий

(3.7)

Из формулы (3.7) следует, что температурные усилия в корпусе и трубках будут уменьшаться при увеличении числа линз компенсатора.

Температурные напряжения в трубках и корпусе определятся по формулам

; (3.8)

. (3.9)

21)Назначение и роль машин и аппаратов. Основные тенденции в развитии аппаратурного оформления процессов нефтегазопереработки

Машины – механизмы или их сочетания предназначенные для осуществления процессов связанных с превращением мех. Энергии в работу по изменению формы, размеров, положения и др. св-ва состояния обрабатываемых предметов.

Аппарат – сосуд, предназначенный для ведения хим. тепловых и других процессов.

Основные тенденции в развитии аппаратного оформления.

При проектировании НПЗ могу использоваться типовые проекты отдельных технологических процессов и комбинированных установок. Место строительства, профиль и мощность, определяется задание на проектирование.Мощность и другие параметры задаются в специализированых проектных организациях(Башгипронефтехим).Проектный институт на первом этапе выполняет технико-экономическое обоснование.Используют для этой цели типовыепроекты и технологические регламенты новых производств,разработанные отраслевыми или акадениями НИИ.

На основании

Технологическое оборудование современного нефтегазоперерабатывающего предприятия представляют собой совокупность аппаратов, машин и вспомогательных устройств, предназначенных для осуществления основного технологического процесса и выполнения других функций, связанных с подготовкой, перемещением и иным воздействием на исходные, промежуточные, вспомогательные и конечные продукты.

Аппараты предназначены для осуществления в них физических, химических или физико-химических процессов - ректификации, аб­сорбции, адсорбции, растворения, теплообмена без изменения агрегат­ного состояния, испарения, конденсации, кристаллизации, химических реакций и т.д. Характер работы аппаратов может быть непрерывный и периодический, при этом химико-технологические процессы в них могут протекать при давлениях от глубокого вакуума до сотен мегапаскалей и температурах от -200 до +900 °С.

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.

Машины – механизмы или их сочетания, предназначенные для осуществления процессов, связанных с превращением мех.энергии в работу по изменению формы, размеров, положения и др. св-ва состояния обрабатываемых предметов.

Основные тенденции в развитии аппаратурного оформления процессов НГП:

- существенное углубление переработки нефти на основе внедрения малоотходных технологических процессов производства высококачественных экологически чистых моторных топлив их тяжелых нефтяных остатков как наиболее эффективного средства сокращения её расхода;

- дальнейшее повышение и оптимизация качества нефтепродуктов;

- дальнейшее повышение эффективности технологических процессов и НПЗ за счет технического перевооружения производств, совершенствования технологических схем, разработки и внедрения высокоинтенсивных ресурсо- и энергосберегающих технологий, активных и селективных катализаторов;

- опережающее развитие производства сырьевой базы и продукции нефтехимии;

- освоение технологии и увеличение объема переработки газовых конденсатов, природных газов и других альтернативных источников углеводородного сырья и моторных топлив.

22. Характеристика и область применения машин и аппаратов. Стандартное и нестандартное оборудование.

Техн-кие процессы НПЗ принято классифицировать на следующие 2 группы: физические и химические.

1. Физическими (массо-обменными) процессами достигается разделение нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фракции) без химических превращений и удаление (извлечение) из фракций нефти, нефтяных остатков, масляных фракций, газоконденсатов и газов нежелательных компонентов (полициклических ароматических углеводородов, асфальтенов, тугоплавких парафинов), неуглеводородных соединений.

Физические процессы по типу массообмена можно подразделить на следующие типы:

1.1 – гравитационные (ЭЛОУ);

1.2 – ректификационные (АТ, АВТ, ГФУ и др.);

1.3 – экстракционные (деасфальт, селективная очистка, депараф кристаллизацией);

1.4 – адсорбционные (депарафинизация цеолитная, контактная очистка);

1.5 – абсорбционные (АГФУ, очистка от Н2S, СО2).

2. В химических процессах переработка нефтяного сырья осуществляется путем хим превращений с получением новых продуктов, не содержащихся в исходном сырье. Химические процессы, применяемые на современных НПЗ, по способу активации химических реакций подразделяются:

2.1 – термические;

2.2 – каталитические.

Общие для различных производств нефтепереработки процессы в зависимости от основных законов, определяющих их, подразделяют на:

– гидромеханические процессы (перемещение жидкостей и газов, разделение жидких и газовых неоднородных систем, перемешивание жидкостей);

– тепловые процессы (нагревание, охлаждение, выпаривание, конденсация);

– массообменные процессы (они объединены законами массопередачи и включают перегонку, ректификацию, абсорбцию, адсорбцию, экстракцию, кристаллизацию и сушку);

– механические процессы (измельчение, транспорт, сортировка и смешение твердых веществ);

– химические процессы (они объединены законами хим кинетики и включают разнообр химические реакции).

Технологические процессы, при помощи которых осуществляется переработка нефти на НПЗ, условно можно разделить напервичные и вторичные.

К первичнымотносится первичная переработка нефти: обессоливание и обезвоживание, атмосферная и атмосферно-вакуумная перегонка; вторичная перегонка бензинов, дизельных и масляных фракций. Вторичныепроцессы условно можно разделить на следующие группы:

1. Термические процессы

2. Термокаталитические процессы

3. Процессы переработки нефтяных газов

4. Процессы производства масел и парафинов

5. Процессы производства битумов, пластических смазок, присадок, нефтяных кислот, сырья для получения технического углерода.

6. Процессы производства ароматических углеводородов

Технологическое оборудование современного нефтегазоперерабатывающего предприятия представляет собой совокупность аппаратов, машин и вспомогательных устройств, предназначенных для осуществления основного технологического процесса и выполнения других функций, связанных с подготовкой, перемещением и иным воздействием на исходные, промежуточные, вспомогательные и конечные продукты.

Аппараты предназначены для осуществления в них физических, химических или физико-химических процессов. Машины – механизмы или их сочетания, предназначенные для осуществления процессов, связанных с превращением мех.энергии в работу по изменению формы, размеров, положения и др. свойства состояния обрабатываемых предметов.

Классификация нефтезаводского оборудования

а) В зависимости от назначения и принципа действия: - машины ; - сосуды и аппараты

б) по области применения и масштабам производства:- универсальные; -специальные - для узкоспециализированных производств;-специализированные

в)по роли в осуществлении процесса: -основное; -вспомогательное

г)по способу организации процесса: -непрерывного действия; -полу-непрерывного; -периодического

д)от формы: -цилиндрические; -сферические; -конические; -коробчатые

Стандартное оборудование- это взаимозаменяемое оборудование. Для него характерна низкая стоимость.

Нестандартное оборудование – проектируется индивидуально. Для него характерна высокая стоимость

23. Колонные массообменные аппараты для процессов ректификации и абсорбции. Определение диаметра и высоты аппарата. Классификация, конструктивное исполнение и область применения массообменных аппаратов

Для обеспечения контактирования потоков пара (газа) и жидкости в процессах ректификации и абсорбции применяются аппараты различных конструкций, среди которых наибольшее распространение получили вертикальные аппараты колонного типа. Аппараты этого типа могут быть классифицированы в зависимости от рабочего давления, технологического назначения и типа контактных устройств. В зависимости от применяемого давления колонные аппараты подразделяются на атмосферные, вакуумные и колонны, работающие под давлением.

По технологическому назначению колонные аппараты подразделяются на колонны атмосферных и атмосферно-вакуумных установок разделения нефти и мазута, колонны установок вторичной перегонки бензинов, каталитического крекинга, установок газоразделения, установок регенерации растворителей при депарафинизации масел и др.

По типу внутренних контактных устройств различают тарельчатые, насадочные и пленочные колонные аппараты. Области применения контактных устройств определяются свойствами разделяемых смесей, рабочим давлением в аппарате, нагрузками по пару (газу) и жидкости и т. п. В тарельчатых аппаратах контакт между фазами происходит при прохождении пара (газа) сквозь слой жидкости, находящейся на контактном устройстве (тарелке). В насадочных колоннах контакт между газом (паром) и жидкостью осуществляется на поверхности специальных насадочных тел, а также в свободном пространстве между ними.

Каждый массообменный аппарат носит наименование конкретного, целенаправленного массообменного процесса.

Ректификационная колона – это аппарат, в котором происходит процесс ректификации, т.е. массообмен между жидкой и паровой фазами для чёткого разделения компонентов. Ректификационные колонны в зависимости от технологического назначения называются: колонна предварительного испарения; основная атмосферная колонна; вакуумная колонна; стабилизационная колонна; колонны вторичной перегонки бензинов; отпарные колонны.

Адсорбер- аппарат, в котором протекает процесс адсорбции, т.е. массообмен между твердой и жидкой фазами для извлечении из смеси нужных компонентов.

Определим высоту колонного аппарата по формуле ,

nт – количество тарелок, Hт – расстояние между тарелками

Высота сепарационной и кубовых зон аппарата зависит от назначения колонны и ее диаметра.

Определение диаметра колонного аппарата

Диаметр колонны определяется из выражения

Определим скорость пара в рабочем сечении,

Колонные вертикальные аппараты могут устанавливаться на лапах, стойках и так называемых юбочных опорах – цилиндрических или конических, Колонные аппараты с соотношением высоты к диаметру H/D>5, размещаемые на открытой площадке, устанавливают на так называемых «юбочных» (цилиндрических и конических) опорах. Высота цилиндрических опор h₃ должна быть не менее 600 мм и выбирается по условиям эксплуатации аппарата. Материал деталей опор выбирается в соответствии с техническими требованиями ОСТ 26-291-79 При этом предел текучести материала должен быть не менее 210 МПа при температуре 20⁰С. В опорной обечайке должны быть предусмотрены не менее двух отверстий диаметром не более 100 мм (расположенных в верхней части) для вентиляции внутренней полости и один лаз (диаметром 560 мм при D₃>800 мм и диаметром 80 мм при D₃ 800 мм), предназначенный для доступа людей в аппарат.

Роль и место колонных аппаратоввтехнологическом процессе. Содержание паспорта на аппарат.

Роль и место колонных аппаратов в технологическом процессе

В технологическом процессе колонные аппараты играют весьма важную роль. В них производятся такие процессы как ректификация, адсорбция, абсорбция, экстракция и др.существуют следующие виды колон в зависимости от виполняемой роли в технологическом процессе:

- Ректификационная колона – это аппарат, в котором происходит процесс ректификации, т.е. массообмен между жидкой и паравой фазамидля чёткого разделения компонентов.

- Адсорбер-аппарат в котором протекает процесс адсорбции, т.е. массообмен между твердой и жидкой фазами для извлечении из смеси нужных компонентов. .

- Абсорбер-аппарат в котором протекает процесс абсорбции, т.е. массообмен между жидкой и твердой фазами для извлечении из смеси нужных компонентов.

- Экстрактор – аппарат, в котором осуществляется процесс экстракции, т.е. массообмен между двумя жидкими фазами для удаления нежелательных компонентов из смеси.

Технологическое оборудование современного нефтегазоперерабатывающего предприятия представляют собой совокупность аппаратов, машин и вспомогательных устройств, предназначенных для осуществления основного технологического процесса и выполнения других функций, связанных с подготовкой, перемещением и иным воздействием на исходные, промежуточные, вспомогательные и конечные продукты.

Аппараты предназначены для осуществления в них физических, химических или физико-химических процессов - ректификации, аб­сорбции, адсорбции, растворения, теплообмена без изменения агрегат­ного состояния, испарения, конденсации, кристаллизации, химических реакций и т.д. Характер работы аппаратов может быть непрерывный и периодический, при этом химико-технологические процессы в них могут протекать при давлениях от глубокого вакуума до сотен мегапаскалей и температурах от -200 до +900 °С.

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.

Машины – механизмы или их сочетания, предназначенные для осуществления процессов, связанных с превращением мех.энергии в работу по изменению формы, размеров, положения и др. св-ва состояния обрабатываемых предметов.

Основные тенденции в развитии аппаратурного оформления процессов НГП:

- существенное углубление переработки нефти на основе внедрения малоотходных технологических процессов производства высококачественных экологически чистых моторных топлив их тяжелых нефтяных остатков как наиболее эффективного средства сокращения её расхода;

- дальнейшее повышение и оптимизация качества нефтепродуктов;

- дальнейшее повышение эффективности технологических процессов и НПЗ за счет технического перевооружения производств, совершенствования технологических схем, разработки и внедрения высокоинтенсивных ресурсо- и энергосберегающих технологий, активных и селективных катализаторов;

- опережающее развитие производства сырьевой базы и продукции нефтехимии;

- освоение технологии и увеличение объема переработки газовых конденсатов, природных газов и других альтернативных источников углеводородного сырья и моторных топлив.

Развитие отрасли будет реализовываться на основе укрупнения единичных мощностей, энерготехнологического комбинирования процессов и комплексной автоматизации с применением ЭВМ с обеспечением требуемой экологической безопасности производств. Эти направления являются основной линией технологической политики нефтепрерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Все аппараты, подведомственный Госгортенадзору, должны иметь паспорт установленной формы на 32 страницах, в котором приводятся: регистрационный номер; разрешение на его изготовление, удостоверение о качестве изготовления, сведения об основных частях аппарата, данные о штуцерах, фланцах, крышках и крепежных деталей, об основной трубной арматуре, контрольно-измирительных приборах и приборах безопасности, о проведенных гидравлических и пневматических испытаниях; сведения о местонахождение аппарата; указывается лицо, ответственное за исправное состояние и за безопасное его действие, и другие данные об установке аппарата (коррозионной среде, противокоррозионном покрытии, тепловой изоляции, футеровке, схеме включения аппарата); сведения о замене и ремонте основных элементов аппарата; результаты периодического переосвидетельствования и регистрация аппарата.

25. Внутренние устройства колонных аппаратов. Типы тарелок, их классификация и требования к ним. Конструктивное исполнение крепления внутренних устройств. Отбойные устройства.

По типу применяемых контактных устройств наибольшее распространение получили тарельчатые, а также насадочные ректификационные колонны.В ректификационных колоннах применяются сотни различных конструкций контактных устройств, существенно различающихся по своим характеристикам и технико-экономическим показателям.

Тарельчатые контактные устройства ректификационных и абсорбционных аппаратов классифицируют:

– по числу потоков;
– по типам и конструкции контактных элементов;
– по характеру взаимодействия фаз в зоне контакта;
– по организации перелива жидкости и др.

По числу потоков (сливов) тарелки выполняют одно-, двух- и многопоточные (рис. 2.3). Применяют также многосливные тарелки с равномерно распределенными по площади сливами и тарелки с каскадным расположением полотна.

Многопоточные и многосливные тарелки используют в колоннах большого диаметра и при значительных расходах жидкости. Такие тарелки обеспечивают более равномерный уровень жидкости и распределение паров по площади контактных устройств.

В зависимости от направления движения паровой и жидкой фазы, в зоне контакта выделяют тарелки прямоточные, противоточные и с перекрестным током.

По организации перелива жидкости тарелки разделяют на переливные и беспереливные (провального типа).

По типу контактных элементов тарелки разделяются на:

– колпачковые (с капсульными и туннельными колпачками);
– с S-образными элементами;
– ситчатые с отбойными элементами;
– ситчато-клапанные;
– клапанные (одно- и двухпоточные);
– клапанные баластные;
– решетчатые;
– жалюзийно-клапанные;
– струйно-направленные (чешуйчатые).

по способу организации относительного движения потоков контактирующих фаз

– на противоточные, прямоточные, перекрестноточные и перекрестнопрямоточные;

— по регулируемости сечения контактирующих фаз –с нерегулируемым и регулируемым сечениями.

Насадочные контактные устройства принято подразделять на следующие два типа:нерегулярные и регулярные.

Противоточные тарелки характеризуются высокой производительностью по жидкости, простотой конструкции и малой металлоемкостью. Основной их недостаток – низкая эффективность и узкийдиапазон устойчивой работы, неравномерное распределение потоков посечению колонны, что существенно ограничивает их применение.Прямоточные тарелки отличаются повышенной производительностью, но умеренной эффективностью разделения, повышенным гидравлическим сопротивлением и трудоемкостью изготовления, они предпочтительны для применения в процессах разделения под давлением.К перекрестноточным типам тарелок, получившим в современной технологии переработки нефти и газа преимущественное применение, относятся:1) тарелки с нерегулируемым сечением контактирующих фаз следующих конструкций: ситчатые, ситчатые с отбойниками, колпачковыес круглыми, прямоугольными, шестигранными, S-образными, желобчатыми колпачкаи;2) тарелки с регулируемым сечением следующих конструкций: клапанные с капсульными, дисковыми, пластинчатыми, дисковыми эжекционными клапанами; клапанные с балластом; комбинированные колпачково-клапанные (например, S-образные и ситчатые с клапаном) и др.

Перекрестноточные тарелки характеризуются в целом (за исключением ситчатых) наибольшей разделительной способностью, поскольку время пребывания жидкости на них наибольшее по сравнениюс другими типами тарелок. К недостаткам колпачковых тарелок следуетотнести низкую удельную производительность, относительно высокоегидравлическое сопротивление, большую металлоемкость, сложностьи высокую стоимость изготовления.Ситчатые тарелки с отбойниками имеют относительно низкое гидравлическое сопротивление, повышенную производительность, но более узкий рабочий диапазон по сравнению с колпачковыми тарелками.Применяются преимущественно в вакуумных колоннах

Перекрестно-прямоточные тарелки отличаются от перекрестноточных тем, что в них энергия газа (пара) используется для организациинаправленного движения жидкости по тарелке, тем самым устраняется поперечная неравномерность и обратное перемешивание жидкостина тарелке и в результате повышается производительность колонны.Однако эффективность контакта в них несколько меньше, чем в перекрестноточных тарелках.Среди клапанных тарелок нового поколения можно отметить дисковые эжекционные (перекрестноточные) и пластинчатые перекрестно-прямоточные тарелки, внедрение которых на ряде НПЗ страныпозволило улучшить технико-экономические показатели установокперегонки нефти

В аппаратах диаметром 1200 мм и более используют тарелки разборной конструкции. Тарелки собирают из отдельных полотен, ширина которых позволяет заносить их в колонну через люки. Полотна размещают на опорных балках. Для соединения полотен используют прижимные планки, струбцины, клиновые соединения. Вертикальная полка уголка и ребро, полученное отгибом одной из кромок полотна, увеличивают жесткость полотна тарелок. Герметичность соединений обеспечивают установкой прокладок. Существуют различные конструкции крепления полотна тарелки к корпусу. Полотно приваривают сплошным сварным швом к опорному уголку или применяют разборные соединения на прокладках или с набивкой в виде сальника. Упорные кольца предназначены для герметизации тарелок. В зазоре между тарелкой и корпусом колонны установлены прокладки из асбестового шнура, закрепленные нажимным кольцом, скобами и шпильками, приваренными к тарелке.

Другая конструкция заключается в том, что отдельная секция тарелки крепится к опорной раме струбцинами, винтами и прижимными планками . Герметичность обеспечивается прокладками.

Отбойные устройства предназначены для сепарации капель жидкости из потока пара (газа); устанавливается вверху абсорбционных колонн и в различных сечениях ректификационных колонн. Отбойные устройства, устанавливаемые вверху колонны, должны обладать высокой эффективностью сепарации и надежно работать в широком диапазоне изменения нагрузок по пару.

У некоторых ректификационных колоннах при вводе сырья в питательную секцию поток пара уносит частицы жидкости с нелетучими соединениями: смолами, золой и т.д. При наличии уноса жидкости с тарелки на тарелку нелетучие соединения будут увлекаться потоком пара и транспортироваться им вверх колонны. В итоге не летучие соединения могут попасть в дистиллят и ухудшить его качество (цвет, коксуемость, содержание золы, металлов и др.). Подобное явление наиболее часто встречается в вакуумных колоннах для перегонки мазута, особенно при работе на форсированных режимах; в некоторых случаях унос жидкости в питательной секции колонны ограничивает производительность колонны.

Отбойные устройства, устанавливаемые и питательной секции колонны, должны обеспечивать достаточно высокую эффективность сепарации, легко подвергаться чистке и ремонту.

В случае, когда колонна должна работать с большими величинами межтарельчатого уноса жидкости, равными оптимальному значению или превышающими его, можно применять межтарельчатые отбойные устройства, позволяющие создать более экономичную конструкцию колонны.

Иногда применение отбойных устройств между тарелками обусловлено спецификой работы или конструкцией колонны. Например, отбойные устройства под каждой тарелкой применяются при необходимости иметь небольшую высоту колонны (при установке колонн в помещении), в колоннах разделения воздуха, где высота колонны лимитируется поверхностью теплообмена.

К отбойным устройствам, устанавливаемым под каждой тарелкой, предъявляются следующие требования: простота конструкции, малый вес, низкая стоимость, легкость монтажа и обслуживания, малое гидравлическое сопротивление и, наконец, достаточная, но не высокая эффективность сепарации при заданных режимах работы.

Для сепарации капель жидкости из потока пара (газа) в аппаратах нефтяной и химической технологии применяют в основном отбойники ударного типа.