Установка первичной переработки нефти (АВТ) мощностью 3,2 млн.т/год Еланской нефти

Находим расход количество теплоты передаваемое от ВЦО К-5 к нефти:

Вт, где

G – массовый расход ВЦО К-5, с – теплоемкость ВЦО К-5.

Находим среднюю разность температур.

°С; °С.

, следовательно   °С

Находим ориентировочную максимальную величину площади поверхности теплообмена:

м² 

Выберем теплообменник со следующими характеристиками [7, табл. 2.3]:

Диаметр кожуха – 600 мм,

Диаметр труб - 20×2 мм,

Число ходов – 2,

Общее число труб – 370 труб,

Поверхность теплообмена – 93 м²,

Длина труб – 4м,

Площадь сечения потока в вырезе перегородок – 0,037 м²,

Площадь сечения потока между перегородками – 0,038 м²,

Площадь сечения одного хода по трубам – 0,037 м².

Нефть направим в трубы, как более  грязный теплоноситель, а ВЦО К-5 в межтрубное пространство.

Расход теплоносителей:

G_н=392160•0,5=196080 кг/ч — расход нефти через теплообменник по одному потоку, теплоноситель 2;

G=78432 кг/ч — расход ВЦО К-5 , теплоноситель 1.

Средние температуры теплоносителей:

  

 

Физические свойства теплоносителей:

• относительные плотности нефти;

определим кинематические вязкости:

 и   — для нефти, тогда можно составить систему уравнений из формулы       и определить A и B.

отсюда  .

 и   — для фр. 360–400˚С , тогда можно составить систему уравнений из формулы   и определить A и B.

отсюда  .

Принимаем кожухотрубчатый теплообменник  в соответствии с ГОСТ 15120–79 [13]. Заносим  необходимые данные в таблицу 9.1.

 

таблица  8.1 — исходные данные для расчёта коэффициента теплопередачи

Наименование параметра	размерность	значение
средняя температура нефти в трубном пространстве	˚К	402
плотность потока нефти в трубном пространстве при 288˚К	кг/м3	816
плотность потока нефти в трубном пространстве при 402˚К	кг/м3	742
вязкость потока нефти в трубном пространстве при 402˚К	м2/с	0,0000123
средняя температура ВЦО К-5 в межтрубном пространстве	˚К	403
плотность потока ВЦО К-5 в трубном пространстве при 288˚К	кг/м3	805
плотность потока ВЦО К-5 в межтрубном пространстве при 403˚К	кг/м3	710
вязкость потока фр. 360–400˚С в межтрубном пространстве при 403˚К	м2/с	0,00000065
внутренний диаметр труб	м	0,016
Наружный диаметр труб	м	0,020
толщину стенки труб	м	0,002
количество труб на поток	шт.	93
площадь проходного сечения в вырезе перегородки	м2	0,037
площадь проходного сечения между перегородками	м2	0,038
коэффициент теплопроводности материала труб	вт/м•к	46,5
расход нефти в трубном пространстве	кг/ч	196080
расход. ВЦО К-5 в межтрубном пространстве	кг/ч	78432

 

 

Результаты расчёта теплообменника по программе “Ktepper” представлены в таблице 9.2.

 

таблица  8.2 — Результаты расчёта теплообменника

Наименование параметра	размерность	значение
Скорость потока в  трубном пространстве	м/с	2.0
Скорость потока в  межтрубном пространстве	м/с	0,4
Коэффициент теплоотдачи  в трубном пространстве	Вт/м2•К	2089,95
Коэффициент теплоотдачи  в межтрубном пространстве	Вт/м2•К	99,36
Коэффициент теплопередачи	Вт/м2•К	124,9

 

Требуемая площадь поверхности теплообмена  рассчитаем по уравнению:

Выбранный теплообменник при длине  труб 4 м имеет поверхность теплообмена F=93 м².

Тогда запас поверхности теплообмена  составляет:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Расчет полезной  тепловой нагрузки печи атмосферного  блока.

В качестве объекта расчета принимают  печь атмосферного блока для нагрева  и частичного испарения «горячей струи» (отбензиненной нефти) колонны  К-1, нагрева и частичного испарения  отбензиненной нефти, подаваемой в  колонну К-2 и для перегрева  водяного пара.

В расчете теплоты, необходимой  для нагрева и частичного испарения  «горячей струи» (отбензиненной нефти) колонны К-1  используется доля отгона «горячей струи»:

Номер компонента	Компонент (фракция	Массовая доля компонента в нефти	Количество  компонента в нефти, кг/ч	Мас. доля компонента в отбензиненной нефти
1	85-105	0,04462	17498,18	0,0527
2	105-140	0,05955	23353,13	0,0703
3	140-180	0,08419	33015,95	0,0994
4	180-210	0,05281	20709,97	0,0624
5	210-310	0,17205	67471,13	0,2032
6	310-360	0,09035	35431,66	0,1067
7	360-400	0,05252	20596,24	0,0620
8	400-450	0,07443	29188,47	0,0879
9	450-500	0,07676	30102,20	0,0907
10	>500	0,13929	54623,97	0,1645
Итого:		0,84657	331990,90	1,0000

1)  Количество теплоты  Q_гс.(кВт), затрачиваемой на нагрев и частичное испарение «горячей струи», определяется по формуле:

Q_гс.= G_гc·(е·Нt₂^п+(1-е)·Нt₂^ж- Нt₁^ж) ,

где G_гс – расход сырья, кг/с;

е – массовая доля отгона «горячей струи»  на выходе из печи.

Нt₁^ж, Нt₂^ж, Нt₂^п – энтальпии жидкой и паровой фаз отбензиненной нефти при температурах на входе (t₁) и выходе (t₂) из печи, кДж/кг.

 

Принимаем температуру  ввода «горячей струи» в К-1 равной 360°С, расход «горячей струи» равным 392160·0,3 =117648 кг/ч =32,68кг/с (30% на нефть).

Иcxoдныe дaнныe:

Pacxoд нeфти  или фpaкции G= 117648 Kг/чac

Дaвлeниe пpи oднoкpaктнoм  иcпapeнии  P= 350 KПa

Teмпepaтуpa oднoкpaтнoгo  иcпapeния  T= 360 °C

 

Peзультaты pacчeтa:

Maccoвaя дoля oтгoнa  пapoв e1=0,50873

Moльнaя дoля oтгoнa  пapoв e= 0,66671

Moлeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 199.88

Moлeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 294.62

Moлeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 152.52

- энтальпия паровой фазы отбензиненной  нефти на выходе из печи  при температуре 360°С:

 кДж/кг 

        - энтальпия  жидкой фазы отбензиненной нефти на выходе из печи при температуре 360°С:

 кДж/кг    

Принимаем температуру куба колонны  К-1 равной 240°С.

- энтальпия жидкой фазы отбензиненной  нефти на входе в печь при температуре 240°С:

 кДж/кг    

 32,68·(0,50873 ·1134,24+(1-0,50873)·876,56-548,98)=14989,32 кВт

 

2) Количество теплоты  Q_он.(кВт), затрачиваемой на нагрев и частичное испарение отбензиненной нефти, подаваемой в колонну К-2 определяется по формуле:

Q_он.=G_он·(е·Нt₂^п+(1-е)·Нt₂^ж- Нt₁^ж),

где G_он – расход отбензиненной нефти, подаваемой в колонну К-2, кг/с;

е – массовая доля отгона отбензиненной нефти, на выходе из печи

Нt₁^ж, Нt₂^ж, Нt₂^п – энтальпии жидкой и паровой фаз отбензиненной нефти при температурах на входе (t₁) и выходе (t₂) из печи, кДж/кг.

Иcxoдныe дaнныe:

Pacxoд нeфти  или фpaкции G= 331990,90 Kг/чac

Дaвлeниe пpи oднoкpaктнoм  иcпapeнии  P= 180 KПa

Teмпepaтуpa oднoкpaтнoгo  иcпapeния  T= 350 ˚C

 

Peзультaты pacчeтa:

Maccoвaя дoля oтгoнa  пapoв e1= 0,58772

Moльнaя дoля oтгoнa  пapoв e= 0,73617

Moлeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 199.88

Moлeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 312.35

Moлeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 159.58

 

-энтальпия паровой фазы отбензиненной нефти на выходе из печи при 350°С:

 

кДж/кг

-энтальпия жидкой фазы отбензиненной  нефти на выходе из печи  при температуре 350°С:

 кДж/кг    

-энтальпия жидкой фазы отбензиненной  нефти на входе в печь при  температуре 240°С:

 кДж/кг   

G_он=331990,9 кг/ч =92,22 кг/с.

92,22·(0,58772·1102,94+(1-0,58772)·800,30 -504,04)=43724,06 кВт.

3) Количество теплоты  Q_пар.(кВт), затрачиваемой на перегрев водяного пара:

Q_пар=G_пар·(Нt₂^{пер.пар} – Нt₁^{нас.пар}) ,

где Нt₂^{пер.пар} – энтальпия перегретого водяного пара(400°С; 10ат),=3266,943 кДж/кг.

  Нt₁^{нас.пар} – энтальпия насыщенного водяного пара(10ат),=2779,227 кДж/кг.[сардан]

Расход пара принимаем 1,5% на остаток( мазут).

G_пар=0,015∙141590,4=2123,86кг/ч =0,59кг/с

Q_пар= 0,59·(3266,943– 2779,227) = 287,75 кВт.

Суммарное количество теплоты, затрачиваемое  в печи атмосферного блока:

Q_пол=Q_гс+ Q_он +Q_пар=14989,32 + 43724,06+ 287,75 = 59001,13 кВт.

 

Теплопроизводительность трубчатой  печи (Q_т) определяется по уравнению [18]:

         где Q_пол - полезно затраченная теплота, МВт;

η – КПД печи, равное 0,8  [19]

 

 

10. Охрана окружающей  среды на установке.

  Экологические проблемы на земном шаре приобрели такие масштабы, что для сохранения среды обитания в промышленно развитых странах и регионах затраты на защиту или очистку окружающей среды становятся соизмеримыми с капиталовложениями в новые технологии или больше их.

Законодательством практически всех стран предусматриваются  меры защиты природы, которые применительно к нефтепереработке можно отнести к трем категориям:

меры ограничительно - запретительные;

меры предупредительного характера;

инженерно-технические  мероприятия по уменьшению или прекращению  выбросов вредных веществ в окружающую среду на действующих производствах.

К мерам ограничительно – запретительным относятся, в частности, установление предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ  в воде, воздухе и почве, превышение которых наказуемо по закону.

Меры предупредительного характера по охране окружающей среды обычно состоят в том, что уже на стадии разработки той или иной технологии и проекта по ее реализации предусматриваются меры, предотвращающие вредные выбросы в окружающую среду.

Применительно к установке АВТ относятся  следующие меры:

-уменьшение количества засоленных стоков с блока ЭЛОУ за счет подбора оптимального режима обессоливания и выбора рациональной схемы подачи промывной воды на каждую ступень и по ступени;

-использование  биологически разлагаемых деэмульгаторов, частично остающихся с растворенном состоянии в водном стоке ЭЛОУ;

-герметизация  тех аппаратов и оборудования, в которых возможны утечки  легких углеводородов (в первую  очередь речь идет о герметизации  нефтяных резервуаров и емкостей, куда поступают готовые легкие  нефтепродукты с установки);

-очистка нефти  и получаемых на установках  АВТ дистиллятов от серы  и  азота, с тем чтобы существенно  снизить загрязнение атмосферы  сероводородом и оксидами серы  и азота. Для обычных сернистых  нефтей эта задача сводится  как правило к гидроочистке светлых дистиллятов и вакуумного газойля до остаточного содержания серы максимум 0,2%масс.;

-сокращение  количества сбрасываемой в естественные  водоемы воды, использованной в  технологии в качестве хладогента;

-сокращение  количества щелочных стоков за счет использования новых, экологически более предпочтительных процессов удаления или нейтрализации кислых соединений, в частности гидроочистки. 

Все перечисленные  выше меры предупредительного характера  по защите природы позволяют ограничить или вовсе исключить попадание вредных веществ в окружающую среду и в этом смысле являются и радикальными мерами. Однако несмотря на все эти активные меры, пока не удается создать полностью замкнутые технологии, не взаимодействующие с окружающей средой. Технология переработки нефти в этом смысле не является исключением. Она использует природные компоненты (нефть, воду, воздух) и возвращает в природу компоненты нефти (пластовую воду, соли, газ), а также воду и воздух, не загрязненные в процессе переработки. Поэтому задачей третьей группы мер (инженерно – технических) являются утилизация и обезвреживание этих неизбежных отходов технологии переработки нефти, с тем чтобы нейтрализовать или полностью исключить их вредное влияние на окружающую среду. Ниже рассматриваются различные группы вредных отходов.

Водные  стоки АВТ. Из-за разнообразия водных стоков для их очистки предусматриваются обычно локальные установки, позволяющие удалить из воды специфические для данного стока вредные примеси, а также общезаводские сооружения для очистки стоков канализации. К локальным установкам относятся очистка сульфидсодержащих технологических конденсатов водяного пара и очистка концентрированных сернисто – щелочных стоков.

Общезаводские сооружения для очистки сточных  вод – это многоступенчатый комплекс, включающий механические, физико – химические и биологические стадии очистки, позволяющий довести состав сточной воды до качественных показателей, допускающих сброс такой воды в естественные водоемы.

Газовые потоки. Углеводородные газы, выделяемые из нефти, попадать в выбросы могут только через предохранительные клапаны и неплотности аппаратуры. Для предотвращения их попадания в атмосферу используются в основном меры предупредительного характера, о которых говорилось выше.

Не конденсируемый в эжекторах вакуумной колонны газ, содержащий углеводороды и сероводород, с целью его обезвреживания направляется в топку трубчатой печи для дожига. Однако такое обезвреживание носит нерадикальный характер, т.к. исключает лишь прямое попадание углеводородов и сероводорода в атмосферу, а образующиеся при их сжигании оксиды углерода и серы все равно попадают с дымовыми газами в атмосферу.