Расчет аппарата колонного типа

Введение

 

Предприятия нефтегазопереработки определяют уровень научнотех-

нического развития промышленности, поскольку на них производится большое  количество разнообразных продуктов, а также они обеспечивают сырьем многие производства различных веществ.

К числу особенностей данных предприятий можно отнести многотоннажность, высокие капитало- и энергоемкость, многообразие аппа-

ратурного офрмления. При  этом значительная часть сосудов  и аппаратов работает в очень  сложных условиях: под большим  внутренним давлением или при  глубоком вакууме, под воздействием высоких температур и высокой  агрессивности перерабатываемой среды.

В этих условиях черезвычайно возрастают требования к надежности оборудования, а специалисту приходится решать сложные вопросы, связанные  с проектированием и эксплуатацией  технологических процессов и  аппаратов.

Надежность работы оборудования во многом определяется качеством его  проектирования, которое зависит  от умения систематизировать и оценивать  исходные данные, грамотно выбрать  и рассчитать данное оборудование.

Эти вопросы рассматриваются  при изучении дисциплины «Конструирование и расчет машин и аппаратов  отрасли».

Конечная цель дисциплины «Конструирование и расчет машин  и аппаратов отрасли» заключается  в приобретении студентами теоретических  знаний и навыков инженерных вопросов, в освоении методов и основных этапов конструирования оборудования нефтегазопереработки, необходимых  для осуществления самостоятельной  профессиональной деятельности.

 

 

 

1. Цели и задачи курсового проектирования

 

Цель дисциплины «Конструирование и расчет машин и аппаратов

отрасли» заключается  в формировании у будущих специалистов теоретических знаний в области  конструирования и расчета нефтезаводского  оборудования, обучении студентов применению полученных знаний и навыков для  решения сложных задач, связанных  с их будущей профессиональной деятельностью.

Задачами курсового проектирования являютя :

- закрепление и систематизация полученных теоретических знаний и практических навыков по общепрофессиональным и специальным дисциплинам;

- формирование у студентов  умения применять теоретические  знания при решении практических  задач, связанных с расчетом  и конструированием оборудования;

- формирование навыков  применения справочной и нормативной  литературы;

- развитие творческой  инициативы, самостоятельности, организован-

ности.

Целью данного курсового проектирования является:

- изучить принцип действия колонного аппарата;

- изучение основ конструирования сварных аппаратов: выбора типа корпуса, типа днищ и опорной обечайки, принципов выбора и размещения люков и обслуживающих площадок, тарелок и других элементов колонных аппаратов;

- проверка прочности корпуса  колонного аппарата, работающего  под 

вакуумом; 

- проверка прочности корпуса  колонного аппарата и опорной  обечайки под совместном воздействием наружного давления, осевой сжимающей силы и изгибающего момента, возникающего от ветровых нагрузок и сейсмического воздействия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Безопасность и экологичность проекта

 

Основное назначение установки (блока) вакуумной перегонки мазута топливного профиля - получение вакуумного газойля широкого фракционного состава.

Сырьем установки является мазут, поступаемый из атмосферной  колонны.

Продуктами установки являются:

- газы разложения;

- легкий вакуумный газойль  (соляр);

- тяжелый вакуумный газойль;

- гудрон.

Мазут является малоопасным  продуктом и по степени воздействия  на организм человека относится к  четвертому классу опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007.Представляет собой горючую жидкость с температурой самовоспламенения 350 °С.

Газойль по степени воздействия  на организм человека относится к  третьему классу опасности. Имеет температуру  вспышке выше 61°С.

Гудрон относится к  четвертому классу опасности.

Показатели опасных свойств  веществ, применяемых в колонном аппарате, приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Показатели опасных свойств веществ, применяемых в колонном аппарате

Вещество	Горючесть, воспломеняемость	ПДК мг/м3	Класс опасности
ЛВГ	ЛВЖ		3
Мазут			4
Гудрон			4

Показатели опасных свойств  веществ, применяемых в колонном аппарате, необходимы для определения  коэффициента прочности сварного шва  и группы аппарата.

 

3 Конструирование колонного аппарата

 

Цель раздела: сконструировать  колонну вакуумной перегонки  мазута.

Задачи решаемые при выполнении данного раздела:

- назначение, схема обвязки  и принцип действия колонного  аппарата;

- конструирование и выбор основных элементов колонного аппарата;

- построение расчетной  модели аппарата колонного типа  с использованием программы «ПАССАТ»;

- разработка эскизного  проекта.

 

3.1 Назначение, схема обвязки  и принцип действия колонного  аппарата

 

Основные  характеристики установки и колонного аппарата приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Основные  характеристики установки и колонного аппарата

Параметр	Значение
Название установки	ЭЛОУ-АВТ-6
Название аппарата	Вакуумная колонна
Назначение аппарата	Вакуумная перегонка мазута
Сырье, поступающее в колонну	Мазут
Продукт, получаемый в колонне	ЛВГ,ТВГ,масленная фракция,гудрон

Схема обвязки вакуумной  колонны представлена на рисунке  3.1.

Мазут, отбираемый с низа атмосферной колонны блока AT, прокачи-вается параллельными потоками через печь 2 в вакуумную колонну 1.   Смесь нефтяных и водяных паров, газы разложения (и воздух, засасываемый через неплотности) с верха вакуумной колонны поступают в вакуумсоздающую систему. Верхним боковым погоном вакуумной колонны отбирают фракцию легкого вакуумного газойля (соляр). Часть его после охлаждения в теплообменниках возвращается на верх колонны   в качестве верхнего циркуляционного орошения.

Вторым боковым погоном  отбирают широкую газойлевую (масляную) фракцию. Часть ее после охлаждения используется как среднее циркуляционное орошение вакуумной колонны. Балансовое количество целевого продукта вакуумного газойля после теплообменников  и холодильников выводится с установки и направляется на дальнейшую переработку.

С нижней тарелки концентрационной части колонны выводиться затемненная  фракция, часть которой используется как нижнее циркуляционное орошение, после теплообменников выводиться с установки.

С низа вакуумной колонны  отбирается гудрон и после охлаждения в теплообменнике возвращается в  низ колонны в качестве квенчинга.

1-мазут; 2-разлогающиеся газы; 3-газойль; 4-верхнее циркуляционное  орошение; 5 маслянная фракция; 6-среднее  циркуляционное орошение; 7-вывод  затемненной фракции; 8-нижнее циркуляционное  орошение; 9-гудрон.

Рисунок 3.1 – Схема обвязки колонного аппарата

3.2 Конструирование и выбор  основных элементов колонного  аппарата

 

Основные элементы и параметры  колонного аппарата приведены в таблицах 3.2, 3.3.

Таблица 3.2- Основные элементы и параметры колонного аппарата

Параметр	Значение
Корпус
Тип корпуса		Цельносварной
Базовый диаметр		Внутренний
Тип днища верхнего		полусферическое
Тип днища нижнего		Полусферическое
Высота кубовой зоны, мм		hкуб=3000
Высота сепарационной  зоны, мм		hсеп=2200
Тип массообменных устройств		Тарелки: S-образные
Общее количество тарелок		27
Число групп тарелок, шт		3
Число тарелок в группах, шт		В двух группах по 10 тарелок
		В одной по 7 тарелок
Расстояние между тарелками  в группах ,мм		500
Количество люков, шт		4
Диаметр люка, мм		600
Количество обслуживающих  площадок, шт		4
Расстояние от поверхности  земли до обслуживающих площадок,мм		x1=25650 x2=21200 x3=15700 x4=9000
Опорная обечайка
Тип опоры		Юбочная: цилиндрическая
Высота опорной обечайки, мм		hоп=6800
Тип лаза		Две полуокружности и цилиндрическая часть
Радиус лаза, мм		Rлаза=350
Расстояние от поверхности  до оси лаза, мм		Hлаза=1100

Таблица 3.3 – Таблица люков, штуцеров, лазов

Обозначение	Наименование	Количество	Проход условный Dу, мм	Давление условное, Ру		Вылет, мм
				МПа	кгс/см
А1	Ввод сырья	1	200	0,6	6	300
Б1	Ввод верхнего циркуляционного  орошения	1	200	0,6	6	300
В1	Ввод среднего циркуляционного  орошения	1	200	0,6	6	300
Г1	Ввод нижнего циркуляционного  орошения	1	200	0,6	6	300
Д1	Вывод разлогающего газа	1	300	0,6	6	300
Е1	Вывод легкого вакуумного газойля	1	200	0,6	6	300
Ж1	Вывод масленной фракции	1	200	0,6	6	300
З1	Вывод затемненной фракции	1	200	0,6	6	300
И1	Вывод гудрона	1	300	0,6	6	300
К1	Для предохранительного клапана	1	100	0,6	6	300
Л1-4	Люк	4	600	0,6	6	300
М1,2	Для манометра	2	50	0,6	6	300
Н1	Для термопары	1	50	0,6	6	300
П1	Отдушина	1	50	0,6	6	300
Р1	Ввод горячей струи  пара	1	200	0,6	6	300
Т1	Лаз	1	R 350

В колонне вакуумной перегонке  мазута установки ЭЛОУ-АВТ-6 используются S-образные тарелки. В настоящее время в нефтеперерабатывающих колоннах используют тарелки с S-образными элементами 1 (рисунок 3.2), установленными перпендикулярно направлению движения жидкости на тарелке. Для того, чтобы закрыть каналы с торцов и увеличить жесткость тарелки, между S-образными элементами устанавливают пластины 2.

А-общий вид; б-схема.

Рисунок 3.2- Тарелка с S- образными элементами

В зависимости от диаметра аппарата такие тарелки бывают одно- и многосливными. Характерная особенность  этих тарелок состоит в том, что  пар выходит из контактных элементов  в направлении движения жидкости. Это способствует уменьшению разностей  уровней жидкости на тарелке у  сливной и переливной перегородок.

  В курсовом проекте используются двухсливные S-образные тарелки.

 

3.3 Построение расчетной  модели аппарата колонного типа  с использованием программы «ПАССАТ»

 

Программа «ПАССАТ» (Прочностной  Анализ Состояния Сосудов, Аппаратов, Теплообменников) предназначена для  расчета прочности и устойчивости сосудов, аппаратов и их элементов  с целью оценки несущей способности  в рабочих условиях, а также  в условиях испытаний и монтажа.

 Программа состоит  из ядра – базового модуля  «ПАССАТ», который осуществляет  расчет прочности и устойчивости  горизонтальных и вертикальных  сосудов и аппаратов по отечественным  нормативным документам.

 Расчет на прочность  и устойчивость аппаратов колонного  типа с учетом ветровых нагрузок  и сейсмических воздействий осуществляется  с помощью модуля «ПАССАТ-Колонны».

 Дополнительной функцией  является расчет штуцера в  обечайки и выпуклые днища,  а также соединений арматурных  фланцев от воздействия давления  и внешних нагрузок по зарубежным  документам (модуль «ПАССАТ-Штуцер»).

 Пассат рекомендуется для использования при проектировании и проведении поверочных расчетов объектов в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой, нефтяной и других отраслях промышленности.

Расчетная модель аппарата колонного типа с использованием программы «ПАССАТ» представлена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Расчетная модель колонного типа

 

3.4 Разработка эскизного  проекта

 

Эскиз колонного аппарата представлен на рисунке 3.4