2020-04-20
145
Реферат
Курсовой проект 52с. машинописного текста,, 2 рисунка, 14 таблиц, 8 использованных источников, 1 приложение.
Теплообменный аппарат блока наружной установки газоразделения установки низкотемпературной конденсации.
Цель курсового проекта заключалась в систематизации, закреплении, расширении и углублении практических знаний при изучении дисциплины «Машины и аппараты нефтегазопереработки» и ряда предшествующих общеобразовательных дисциплин, а также применение полученных знаний и навыков для решения конкретных технических задач.
При выполнении курсового проекта были использованы правила, методы выбора и расчета на прочность элементов теплообменных аппаратов.
В результате выполнения работы в первом разделе был изложен общий обзор по технологии, процессу и его аппаратурному оформлению установки низкотемпературной конденсации.
Во втором разделе была описана технологическая схема установки низкотемпературной конденсации.
В третьем разделе были произведены проектировочный и уточненный расчет теплообменного аппарата и окончательный выбор проектируемого типа теплообменного аппарата.
|
|
|
В четвертом разделе были выбраны конструктивные параметры теплообменного аппарата и произведены расчеты на прочность его элементов.
В графической части на первом листе представлена принципиальная технологическая схема установки низкотемпературной конденсации. На втором - общий вид теплообменного аппарата, на третьем и четвертом - основные узлы и детали спроектированного аппарата.
Таким образом, в результате проведенной работы был сконструирован теплообменный аппарат 1200 ТПГ-6,3-М8/25Г-9-Т-4-У-И, определены его основные конструктивные размеры, разработаны рабочие чертежи некоторых деталей.
Содержание
Введение
Литературный обзор
Технологический раздел
2.1 Описание технологической схемы и оборудования
Проектировочный расчет теплообменного аппарата (т/а)
Обоснование и выбор исходных данных для расчета т/а
Определение поверхности нагрева и предварительный выбор типа т/а по каталогу
Уточненный расчет поверхности т/а и окончательный выбор типа т/а
Разработка эскиза теплообменного аппарата
Сводная таблица по результатам расчетов теплообменного аппарата
Вывод
Механический раздел
Расчет на прочность элементов т/а
Выбор конструктивных параметров некоторых элементов теплообменных аппаратов.
Расчет толщины стенки корпуса и трубной решетки.
Подбор штуцера (вход продукта в кожух т/а)
Подбор и обоснование выбора типа фланцевого соединения.
Сводная таблица по результатам расчетов
|
|
|
Вывод
Заключение
Список использованных источников
Приложение А
Введение
Современное нефтеперерабатывающее и нефтехимическое производство со специфическими условиями работы технологического оборудования, характеризуемыми часто высокими рабочими параметрами (температурой и давлением), особенно при агрессивности, токсичности и огне- и взрывоопасности перерабатываемой среды и в основном большой производительности, требует создания аппаратов только высокого качества.
Высокое качество аппаратов характеризуется высокой эффективностью, зависящей от эффективности технологического процесса, осуществляемого в аппарате, и его производительности; долговечностью, экономичностью, надежностью, безопасностью, удобством и простотой обслуживания в эксплуатации, зависящих как от качества конструкции, так и от качества изготовления; формой аппарата, удовлетворяющей требованиям технической эстетики.
Весьма тяжелые условия работы оборудования приводят к преждевременному износу и разрушению основных деталей оборудования, т.е. оборудование обладает недостаточной надежностью и долговечностью. В связи с этим актуальны вопросы, связанные с решением данных проблем.
Повышение надежности и долговечности деталей машин и аппаратов в значительной мере может быть достигнуто грамотным конструированием аппаратов и машин, в частности, с использованием современных методов проведения технических расчетов, правильным выбором конструкционного материала для их изготовления, и т.д.
Основная цель курсового проектирования состоит в систематизации, закреплении, расширении и углублении практических знаний при изучении дисциплины «Машины и аппараты нефтегазопереработки» и ряда предшествующих общеобразовательных дисциплин, а также применение полученных знаний и навыков для решения конкретных технических задач.
В настоящей работе объектом проектирования явился теплообменный аппарат Т-1 технологического блока наружной установки газоразделения, входящего в состав установки низкотемпературной конденсации. Назначение аппарата заключается в охлаждении смеси углеводородных газов, поступающих в качестве сырья, за счет рекуперации холода сухого отбензиненного газа, уходящего с установки.
Литературный обзор
На Губкинском газоперерабатывающем комплексе (ГПК) в 2010 году была запущена новая установка низкотемпературной конденсации, производительность которой составляет 2 млрд.м3/год по углеводородному газу. В результате извлечение целевых фракций из попутного нефтяного газа на предприятии увеличилось до 99%. По этому показателю Губкинский ГПК стал лидером в России, повысив глубину извлечения до лучших мировых аналогов.
Новая установка представляет собой производственный объект «Установка переработки газа - 2. Установка низкотемпературной конденсации и наружное оборудование. Реконструкция на промышленной площадке ОАО «Губкинский ГПК» (УПГ-2)» и предназначена для переработки на современном техническом уровне углеводородного газа, являющегося смесью углеводородных газов: отбензиненного газа с НТК-1и осушенного газа установки компримирования газа-2 (УКГ-2), с целью снижения потерь целевых компонентов с газом, подаваемым в магистральный газопровод, и получения в качестве дополнительного товарного продукта ШФЛУ по ТУ 38.101524-93 (марка Б), направляемой на узел учета ШФЛУ, где происходит ее смешение с ШФЛУ, поступающей с НТК-1 газоперерабатывающего комплекса. Далее ШФЛУ поступает в продуктопровод Губкинский ГПК - Уренгой-Сургутский ЗСК; Губкинский ГПК - Муравленковский ГПК, наливную эстакаду г. Ноябрьска. Сухой отбензиненный газ (СОГ) по ОСТ 51.40-93 с остаточным суммарным содержанием углеводородов С3+В около 2 г/ст. м3 направляется на дожимные компрессора УКГ-1 и УКГ-2 и далее в магистральный газопровод.
|
|
|
Процесс переработки газа исходного состава с максимально возможным при заданных граничных условиях коэффициентом извлечения пропана и более тяжелых углеводородов осуществляется наиболее экономичным методом частичной конденсации исходного газа, его сепарации при высоком давлении, с последующим детандированием паровой части потока во всем располагаемом диапазоне давлений и разделением выделенного конденсата в ректификационной колонне.
В качестве источника холода для компенсации потерь от недорекуперации и в окружающую среду используется эффект адиабатического расширения газа в турбодетандере с отдачей внешней работы, используемой для компримирования обратного потока отбензиненного газа, отводимого из установки, а также дроссель-эффект. Для снятия тепла компримирования газа и отводимых жидких товарных продуктов используется окружающая среда (в аппаратах воздушного охлаждения).
Установка предназначена для получения следующей товарной продукции:
газ отбензиненный (метан-этановая фракция) по ОСТ 51.40-93 с остаточным суммарным содержанием углеводородов С3+В около 2 г/ст. м3;
ШФЛУ по ТУ 38.101524-93 марка Б.
Проектная мощность производственного объекта УПГ-2 по перерабатываемому исходному газу и получаемой продукции приведена в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Проектная мощность
| Приход | Млн. м3в год (при 20°С и 0,1 МПа) | Тыс. тн. в год | Расход | Млн. м3 в год (при 20°С и 0,1 МПа) | Тыс.тн. в год |
| Углеводородный газ Р = 1,57 МПа Т = 40°С Время непрерывной работы 16800 часов(2 года) при условии непрерывной работы дожимного компрессорного агрегата. Норма часов работы в год по проекту 8400, в т.ч. зимний период 5472ч, летний период 2928ч | 2000 | 1523,5 | Сухой отбензиненный газ (СОГ) Плотность 0,711кг/м3 при ст. условиях Р = 1,3МПа Т = 20…35°С ШФЛУ Р = 5,4Мпа Т = 35 ¸ 40°С Потери | 1910,96 79,04 10,0 | 1369,68 146,21 7,61 |
| Итого: | 2000 | 1523,5 | 2000 | 1523,5 |
В примененную в производстве технологию включены следующие процессы:
|
|
|
компримирование;
сепарация;
охлаждение и конденсация;
адиабатическое расширение;
дросселирование;
ректификация.
Производственный объект по своему функциональному назначению и монтажно-компоновочным решениям разделен на следующие основные технологические блоки:
Блок подготовки газа;
Наружная установка газоразделения;
Блок ТДА;
Блок печи;
Компрессорная с ГТА.
Аварийные сбросы при срабатывании предохранительных клапанов, а также сбросы при остановках установки направляются в общезаводскую факельную систему. Для нагрева холодных сбросов и испарения жидкостей предусмотрена обогреваемая дренажная емкость, в которую подается теплоноситель из общезаводской системы.
Основным сырьем для производственного объекта УПГ-2 (НТК-2) являются: осушенный газ с УКГ-2 и часть отбензиненного газа с НТК-1, поступающие на переработку. По своему компонентному составу исходный газ представляет собой смесь углеводородов с азотом с присутствием двуокиси углерода.
Исходный газ предварительно осушают до точки росы не выше минус 70°С с последующей подачей на переработку.
Рабочие параметры исходного сырья на входе в установку:
давление (изб.) 1,6…1,8 МПа
температура 25…40°С
На установке производится дополнительное компримирование исходного газа.
Как уже указывалось выше, из исходного сырья на установке переработки вырабатывается сухой отбензиненный газ и ШФЛУ. Компонентные составы целевых продуктов и их рабочие параметры на выходе из установки приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2- Компонентный состав и параметры целевых продуктов
| Наименование компонентов и параметры | ШФЛУ | Сухой отбензиненный газ (СОГ) | ||||
| летний режим | зимний режим | летний режим | зимний режим | |||
| % масс. | % мол.(об.) | % масс. | % мол.(об.) | % масс. | ||
| CO2 | - | - | 0,34 | 0,875 | 0,34 | 0,865 |
| N2 | - | - | 1,14 | 1,868 | 1,14 | 1,188 |
| CH4 | - | - | 92,78 | 87,052 | 92,81 | 87,161 |
| C2H6 | 2,6 | 2,6 | 5,61 | 9,866 | 5,632 | 9,913 |
| C3H8 | 46,67 | 47,26 | 0,11 | 0,283 | 0,051 | 0,13 |
| i-C4H10 | 14,48 | 14,34 | - | - | 0,001 | 0,004 |
| n-C4H10 | 15,07 | 14,9 | - | - | - | |
| i-C5H12 | 6,96 | 6,88 | - | - | - | |
| n- C5H12 | 5,34 | 5,28 | - | - | - | |
| C6H14 | 8,87 | 8,76 | - | - | - | |
| О2 | - | - | 0,03 | 0,056 | 0,026 | 0,049 |
| Рабс., МПа | 5,5 | 5,5 | 1,4 | 1,4 | ||
| Т, °С | 40 | 35 | 35 | 20 | ||
| G, кг/ч | 17350 | 17570 | 164020 | 163800 | ||
Отбензиненный сухой газ содержит в своем составе более 90%об. метана, остальные компоненты - предельные углеводороды С2-С4 с незначительной примесью двуокиси углерода и азота. Удовлетворяет требованиям ГОСТ 5542-87 и ОСТ 51.40-93. Бесцветный газ. Пожаро- и взрывоопасен. Обладает слабым специфическим запахом, слабо растворим в воде. Относится к веществам 4 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны - 300 мг/м3 (в пересчете на углерод) по ГОСТ 12.1.005.
Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ) содержит в своем составе предельные углеводороды С2-С6. Удовлетворяет требованиям ТУ 38.101524-93 марка Б. Относится к сжиженным углеводородным газам. Легкокипящая и легковоспламеняющаяся жидкость. Пожаро- и взрывоопасна, малотоксична. Относится к веществам 4 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны - 300 мг/м3 (в пересчете на углерод) по ГОСТ 12.1.005.
ШФЛУ используется в качестве сырья газофракционирующих установок с целью получения индивидуальных углеводородов, которые в последующем могут использоваться, в частности, для производства химических продуктов, пластмасс и синтетического каучука.
Наиболее часто как химическое сырье используются следующие компоненты природных газов: метан, этан, пропан и н-бутан; парафины: изобутан и изопентан.
Метан является исходным сырьем в производстве хлор - и фтор-производных, используемых для получения многих полимерных материалов. Этан является одним из лучших видов сырья для производства этилена, а также используется в производстве хлорпроизводных.
Применение этана или его смесей с метаном перспективно в производстве ацетилена. Пропан широко используется для получения этилена, этилена и пропилена, этилена и ацетилена методом пиролиза. н-Бутан является исходным сырьем для производства бутадиена и бутилена.
Изобутан применяется в производстве изобутилена и для хлорирования, сульфирования и др.; изобутилен полимеризуется в синтетический каучук - полиизобутилен, а также используется вместе с изобутаном в производстве изооктана - высокооктановой добавки к моторным топливам.
Изопентан служит добавкой к авиабензинам, так как он является высокооктановым топливом с высокими пусковыми характеристиками.
Кроме того, изопентан используется в производстве изопрена - сырья для получения полиизопренового каучука, амиловых спиртов, хлор - и сульфопроизводных. Все парафины изостроения легко алкилируются.
Процесса переработки углеводородных газов с целью снижения потерь целевых компонентов и получения товарной продукции: широкой фракции углеводородов (ШФЛУ) и отбензиненного углеводородного газа (СОГ) осуществляется методом охлаждения и частичной конденсации исходного компримированного газа, его сепарацией при высоком давлении, последующим детандированием паровой части потока во всем располагаемом диапазоне давлений и разделением в ректификационной колонне.
Внешние источники холода не применяются. В качестве источника холода используется эффект адиабатического расширения газа в турбодетандере.
Характеристика технологического и насосно-компрессорного оборудования приведена в таблицах 1.3 и 1.4.
Таблица 1.3 - Характеристика технологического оборудования
| Наименование оборудования (тип, назначение и т.д.) | Индекс позиции на технологической схеме | Количество, штук | Материал изготовления | Техническая характеристика оборудования | Расчетные параметры | Основные размеры | ||
| температура, 0С | давление, МПа | диаметр, мм | высота, длина, м | |||||
| 1. Теплообменник сырьевого газа | Т-1 | 1 | 12Х18Н10Т | F=2800м2, Q=8,34МВт | Межтрубное пр-во | Д=2200 | Н = 12 | |
| -94…-8 | 1,8 | |||||||
| Трубное пр-во | ||||||||
| 35…-63 | 5,5 | |||||||
| 2. Теплообменник сырьевого газа | Т-2 | 1 | 12Х18Н10Т | F=600м2, Q=2,68МВт | Межтрубное пр-во | Д = 1000 | Н = 11,2 | |
| 35…-63 | 5,5 | |||||||
| Трубное пр-во | ||||||||
| -84…10 | 1,8 | |||||||
| 3. Деметанизатор с клапанными тарелками | К-1 | 1 | 12Х18Н10Т | V=100м3, N = 16т.т. | -100…50 | 1,8 | Д = 2000/3000 | Н = 36 |
| 4. Сепаратор сырьевого газа высокого давления | С-1 | 1 | 12Х18Н10Т | V=17,2м3 | -64…-56; | 5,5 | Д = 1800 | Н = 9,3 |
| 5. Сепаратор приемный | Е-1 | 1 | 09Г2С | V=37м3 | 25…40 | 2,2 | Д = 2400 | Н = 17,1 |
| 6. Емкость дренажная «холодная» с теплообменным устройством (внутренним и наружным) | Е-8 | 1 | 12Х18Н10Т | емкость | Д = 2400 | L = 10,8 | ||
| V=40м3 | -100…100 | 0,6 | ||||||
| теплообменное устройство | ||||||||
| Fвн = 82м2 Fнар = 7,1м2 трубы Д=25х2мм | 140…190 | |||||||
| 7. Свеча | Св-1 | 1 | 12Х18Н10Т | V=3,0м3 | -100…50 | 0,06 | Д = 400/250 | Н =45 |
| 8. Концевой холодильник компрессора | АВО-КЦ/1-5 | 5 | ст 10Г2/АL | F = 5250м2 Дтр=25х2мм Q=2,32МВт | 138…0 | 5,5 | ВхLxH = 3х12х4,5 | |
| 9. Концевой холодильник отбензиненного газа | АВО-2/1-3 | 3 | ст 10Г2/АL | F = 5250м2 Дтр=25х2мм Q=0,83МВт | 60…35 | 2,0 | ВхLxH = 3х12х4,5 | |
| 10. Холодильник ШФЛУ | АВО-3 | 1 | ст 10Г2/АL | F = 1165м2 Дтр=25х2мм Q=0,223МВт | 52…35 | 5,5 | ВхLxH = 3х12х4,5 | |
| 11. Печь трубчатая, кипятильник колонны | П-1 | 1 | труб - 09Г2С, футеровка бетон огнеупорный, бетон жаростойкий. Предусмотреть прибавку на коррозию 2мм | Q=3,7МВт, Fрад =64,9м2 Fконв =114м2 Дтр=152х6мм nрад=26шт nконв=33шт | 35…51 | 2,0 | Д = 3070; Дтрубы = 820 | с трубой Н = 24,6 |
Таблица 1.4 - Характеристика насосно-компрессорного оборудования
| Индекс позиции по технологической схеме | наименование и тип оборудования | Количество, шт | Наименование перерабатываемого продукта | Производительность, | Давление нагнетания, МПа | Тип и мощность привода, число оборотов |
| ТДА-1 | Турбодетандерный агрегат для адиабатического расширения газа EС 4.0 «MAFI-TRENCHCOMPANY» | 1 | детандерная ступень | N = 2935 КВт 25000об/мин | ||
| углеводородный газ | 149717кг/ч | 1,4 | ||||
| компрессорная ступень | ||||||
| сухой отбензиненный газ (СОГ) | 168258кг/ч | 1,4 | ||||
| КЦ-1 | Компрессор центробежный с приводом от ГТА MARS100SCS | 1 | Углеводородный газ | 248м3/мин | 4,66 | SoloNOxMars 100 N = 10000 КВт 2900 об/мин |
| Н-2/1 | Насос кипятильника колонны CNF 125-80-315B | 1 | Сжиженные углеводородные газы | 117,4 м3/ч | 2,5 | N = 47 КВт 2960 об/мин |
| Н-3/1 | Насос ШФЛУ САМV 52/5+5 | 1 | ШФЛУ | 34,3 м3/ч | 6,3 | N = 187 КВт 2950 об/мин |
Технологический раздел
