Стабилизационная колонна установки гидроочистки вакуумного газойля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РГУ НЕФТИ И ГАЗА (НИУ) ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА

Факультет Инженерной механики Кафедра Оборудования нефтегазопереработки Направление «Технологические машины и оборудование»




Оценка	«К защите»
________________	Заведующий кафедрой
_____________(Лукьянов В.А.)

«____»____________2018 г.	«____»_____________2018 г.
__________________
(подпись секретаря ГЭК)


ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

на тему «Стабилизационная колонна установки гидроочистки вакуумного газойля»



Руководитель работы	Студент гр. МА-14-07


доцент, к.т.н.,Лукьянов В.А.

Жарков Максим Константинович
(должность, степень, фамилия, инициалы)
(фамилия, имя, отчество)
________________________________
____________________________________

(подпись)
(подпись)



____________________________________



(дата)

























Москва 2018

Министерство образования и науки Российской Федерации Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Факультет Инженерной механики

Кафедра Оборудования нефтегазопереработки Направление Технологические машины и оборудование Группа МА-14-07


ЗАДАНИЕ

на выпускную квалификационную работу

Студент ___________Жарков Максим Константинович_________________

(фамилия, имя, отчество)

Тема выпускной работы:

_____Стабилизационная колонна установки гидроочистки вакуумного газойля ____





Время выполнения работы с 01.02.2018 по 25.05.2018

Руководитель дипломной работы Лукьянов В.А., доцент, к.т.н.,

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина________________________

(фамилия, инициалы, должность, степень, место работы)



Тема выпускной работы и руководитель утверждены приказом № 263-у от « 01» марта 2018г.



Консультант по разделу ___________________________________________

(фамилия, инициалы, должность, степень, место работы)

Консультант по разделу ___________________________________________

(фамилия, инициалы, должность, степень, место работы)

Место выполнения работы Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина_____________________________

Заведующий


кафедрой проф. Лукьянов В.А.



_______



«___» ____________ 2018 г.

Задание принял к исполнению	_______	«___»____________	2018 г.

1. Содержание задания

Спроектировать	стабилизационную	колонну	установки	гидроочистки

вакуумного газойля

Произвести технологический расчёт

Произвести расчёт диаметров штуцеров для ввода и вывода потоков

Произвести механический расчёт

Разработать конструкцию аппарата



2. Исходные данные к работе

Состав среды, (% мас.): вакуумный газойль – 100.

Расход потоков: вода – 359969 кг/ч.

Давление

верха: Р = 107,873 кПа

низа: P = 176,52 кПа

Температура верха: 140 С0
Температура низа: 392 C0

3. Перечень графического материала Чертёж общего вида аппарата – 5 листов А1
Чертёж трапециевидно-клапанной тарелки – 1 лист формата А1




Рекомендуемая исходная литература

• Вихман Г.Л., Круглов С.А., Основы конструирования аппаратов и машин нефтегазоперерабатывающих заводов. Учебник для студентов вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1978 г. – 328 с.

• Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А., «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии». Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр»,
2000. – 677 с.

• Владимиров А.И., Щелкунов В.А., Круглов С.А. Основные процессы и аппараты нефтегазопереработки. - М.: ООО "Недра-Бизнесцентр",

2002. - 227 с.

• ГОСТ Р 51273-99. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий (с изменениями

N 1). – Введ. с 01.01.2000.

• АТК 24.200.04.-90. Опоры цилиндрические и конические вертикальных аппаратов. Типы и основные размеры. – Введ. с 01.01.1991.

• ГОСТ 6533-78. Днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов, аппаратов и котлов. Основные размеры (с изменениями N 1,2).–

Введ. с 01.01.1980.

• ГОСТ Р 52857.4-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на

прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений. – Введ. с 01.04.2008.

• ГОСТ Р 52630-2012. Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия. – Введ. с 01.04.2013. 67

• ГОСТ Р 52857.1-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования. – Введ. с 01.04.2008.






Подпись руководителя выпускной работы ___________________________

КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК РАБОТЫ ПО РАЗДЕЛАМ ВЫПУСКНОЙ РАБОТЫ БАКАЛАВРОВ
№
Перечень
Срок
Отметки о

п/п
разделов работы
выполнения
выполнении






1.
Сбор исходных данных
февраль







2.
Анализ данных, уточнения темы
февраль - март



и объёмов работ













3.
Выполнение технологического
март



расчёта













4.
Расчёт диаметров штуцеров для
март



ввода и вывода потоков













5.
Выполнение механического
апрель



расчёта













6.
Оформление чертежей
май







7.
Оформление пояснительной
май



записки













8.
Подготовка выпускной работы
май



бакалавра













9.
Защита
июнь









Составлен «___» ____________________ 2018 г.



_________________________	_________________________

(Подпись руководителя)	(Подпись студента)

Аннотация

     Жарков М.К. Расчет стабилизационной колонны установки гидроочистки вакуумного газойля, выпускная квалификационная работа, 2018 - 74 с., 1 табл.,

30 рис.

     Руководитель Лукьянов В.А., доцент. Кафедры оборудования нефтегазоп ереработки.

     В работе представлен литературный обзор, технологический расчет аппарата, гидравлический расчет контактных устройств. Также был осуществлен механический расчет колонны согласно ГОСТ Р Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность:

- расчет толщины стенки обечайки и днищ;

- расчет на ветровые нагрузки;

- расчет на устойчивость по сечениям;

- расчет на укрепление отверстий;

- расчет на герметичность фланцевого соединения.

Содержание

Введение………………………………………………………….......1

1.Литературный обзор ректификационных колонн..……………...2

1.2.Области применения аппаратов………………………………...2

1.3.Сущность процесса……………………………………………...3

1.4. Материальное исполнение.…………………………………...14

1.5. Место аппарата в установке……………………………………7

2. Технологический и гидравлический расчет…………………...17

2.1. Технологический расчет………………………………………17

2.2. Гидравлический расчет………………………………………..24

3. Механический расчет……………………………………………28

3.1. Расчет толщины стенки аппарата. Обоснование

выбора материала корпуса аппарата……………………………...28

3.2. Расчет верхнего эллиптического днища……………………..30

3.3.Расчет  цилиндрической обечайки……………………………31

3.4. Расчет нижнего эллиптического днища……………………...32

3.5. Расчет на прочность от действия ветровых нагрузок……….34

3.6. Расчет на прочность и устойчивость по сечениям…...……...47

3.7. Расчет приведенных нагрузок и выбор опоры……..………..56

3.8. Расчет укрепления отверстий………………………………....57

3.9. Расчет на прочность и герметичность фланцевых

соединений……………………………………………………….....62

Заключение………………………………………………………....73

Список используемых источников……………………………......74

ВВЕДЕНИЕ

     В промышленности широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей,

состоящих из двух или большего числа компонентов, является ректификация. Ректификацией называется диффузионный процесс разделения жидких смесей взаимно растворимых компонентов, различающихся по температурам кипения, который осуществляют путем противоточного, многократного контактирования неравновесных паровой и жидкой фаз, и проводится обычно

в колонных аппаратах. В промышленности применяют тарельчатые и насадочные колонные аппараты. Преимущественное использование тарельчатых колонн в процессах ректификации объясняется их значительно большей производительностью по сравнению с насадочными. При ректификации исходная смесь делится на две части: дистиллят - смесь,

обогащенную низкокипящим компонентом, и кубовый остаток - смесь, обогащенную высококипящим компонентом.


































1

1. Литературный обзор



      1.1. Назначение ректификационных колонн Ректификационная колонна — аппарат, предназначенный для

разделения жидких смесей, составляющие которых имеют различную температуру кипения. Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр с контактными устройствами внутри.

1.2.	Области применение аппаратов

В целом:
-спиртовая промышленность;
-нефтеперерабатывающая промышленность;
-нефтехимия;
-газовая промышленность;
-другие области химической промышленности.
В нефтеперерабатывающей промышленности: -установки атмосферно-вакуумной перегонки; -установки каталитического крекинга; -газофракционирующие установки; -установки гидроочистки.

     На рисунке 1 представлена принципиальная схема блока атмосферной перегонки нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6.

































2





























Рисунок 1- Принципиальная схема блока атмосферной перегонки

нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6
     1 - отбензнивающая колонна, 2 - атмосферная колонна, 3 - отпарные колонны, 4 - атмосферная печь, I - нефть с ЭЛОУ, II - легкий бензин, III - тяжелый бензин, IV - фракция 180 -220?С, V- фракция 220 - 280°С, VI -фракция 280 - 350°С, VII - мазут, VIII - газ, IX -водяной пар.

Описание
      Обезвоженная и обессоленная на ЭЛОУ нефть дополнительно подог-ревается в теплообменниках и поступает на разделение в колонну частич-ного отбензинивания 1. Уходящие с верха этой колонны углеводородный газ

и легкий бензин конденсируются, охлаждаются и поступают в емкость орошения. Отбензиненная нефть с низа колонны 1 подается в трубчатую печь 4, где нагревается до требуемой температуры и поступает в атмо-сферную колонну 2. Часть отбензиненной нефти из печи 4 возвращается в низ колонны 1 в качестве горячей струи. С верха колонны 2 отбирается тяжелый бензин, а сбоку через отпарные колонны 3 выводятся топливные фракции 180-220 (230), 220 (230) - 280 и 280 - 350°С. В нижние части атмосферной и отпарных колонн подается перегретый водяной пар для отпарки легкокипящих фракций. С низа атмосферной колонны выводится мазут, который направляется на блок вакуумной перегонки.

1.3.	Сущность процесса

В основе работы аппарата лежит процесс ректификации.





3

      Ректификацией называется диффузионный процесс разделения жидких смесей взаимно растворимых компонентов, различающихся по температурам кипения, который осуществляют путем противоточного,
многократного контактирования неравновесных паровой и жидкой фаз. При проведении процессов однократного испарения или

однократной конденсации получают пар более богатый НКК, чем в исходной системе, а жидкость более богатую ВКК. Однако в однократных процессах не удается достичь достаточно высокую степень разделения исходного сырья. При осуществлении многократного и постепенного испарения или конденсации можно обеспечить получение паровой или жидкой фаз с любой заданной концентрацией компонентов. Однако выход паровой или жидкой фазы с такой концентрацией по сравнению с массой исходной смеси будет незначительным, т.е. проблема будет решена лишь качественно. При этом не будет обеспечиваться достаточно четкое разделение компонентов.

       Для получения продуктов с заданной концентрацией компонентов и высокими выходами используют процесс ректификации, который широко применяется в нефтегазопереработке, химической, нефтехимической, кислородной, пищевой и других отраслях промышленности.

       При ректификации вступающие в контакт пары и жидкость не находятся в равновесии, но в результате контакта фазы стремятся достигнуть равновесия или приблизиться к этому состоянию. В фазах происходит выравнивание температур и давлений и перераспределение компонентов. Контакт пара и жидкости, при котором система достигает состояния равновесия, называется идеальным или теоретическим, а
устройство, обеспечивающее такой контакт – теоретической тарелкой. Рассмотрим сущность процесса ректификации на примере

разделения двухкомпонентной смеси при наличии теоретических тарелок (рисунок 2).















      Рисунок 2 - Схема контактирования пара и жидкости на теоретической тарелке.




4

       На каждую, например n-ю тарелку, с вышележащей тарелки стекает жидкость в количестве gn+1 при температуре tn+1 , а с нижерасположенной тарелки поднимаются пары в количестве Gn?1 при температуре tn?1 . При теоретическом контакте на n-й тарелке система достигает состояния равновесия, пары Gn и жидкость gn будут иметь одинаковую температуру tn .

      Для осуществления процесса ректификации необходимо, чтобы температура в колонне убывала в направлении движения потока паров
(возрастала в направлении движения потока жидкости), т.е. t n?1 >t n > t n+1 . При контакте фаз в результате массообменных процессов – в паровой

фазе снизится температура, часть паров конденсируется и в них возрастет концентрация НКК, а в жидкой фазе увеличится температура, часть её испарится и концентрация НКК в ней уменьшится. Изменение состава паров и жидкости удобно проследить по изобарным температурным кривым (рисунок 3). На n-й теоретической тарелке в результате контакта фаз концентрация НКК в парах увеличилась на величину ( yn? yn?1 ), а в
жидкой	фазе	уменьшилась	на	величину	( хn?хn?1  ),	тем	самым
концентрация ВКК в жидкости увеличилась.























      Рисунок 3 - Схема измерения состава пара и жидкости на теоретической тарелке.

      При ректификации массообмен протекает в обоих направлениях. Если теплоты испарения и теплоемкости разделяемых компонентов различаются незначительно, то массы парового и жидкостного потоков по высоте аппарата изменяются мало.

       Очевидно, что при многократном повторении таких противоточных контактов можно наверху аппарата получить пары, обогащенные в любой степени низкокипящим компонентом (y?1), а с низа аппарата отбирать



5

жидкость, обогащенную в любой степени высококипящим компонентом (1-х?1). Подобное контактирование осуществляется до тех пор, пока пар на верху колонны не приобретает заданного состава по НКК yD, а жидкость внизу колонны не достигнет состава xW.

      Подобное контактирование фаз по схеме противотока в целом по аппарату осуществляется в ректификационных колоннах, заполненных различными контактными устройствами: тарелками, насадками и т.п. [2]

Принципиальное устройство ректификационной колонны

      Схема ректификационной колонны приведена на рисунке 4. В среднюю часть колонны поступает подлежащее ректификации сырье, нагретое до температуры tF. Сырье может подаваться в колонну в виде жидкости, паров или смеси паров и жидкости. При входе сырья в колонну происходит процесс однократного испарения, в результате которого образуются пары GF состава у и жидкость gF состава х , находящиеся в равновесии.













































6

          Для обеспечения ректификации необходимо в верхней части колонны организовать навстречу парам поток жидкости (флегмы, орошения). Для этого на верху колонны тем или иным способом отнимается тепло Qd (тепло парциального конденсатора). За счет этого часть паров, поднимающихся с верхней тарелки, конденсируется, образуя необходимый нисходящий поток жидкости.

       В нижней части колонны нужно обеспечить восходящий поток паров. Для этого
в низ колонны тем или иным способом подводится тепло QB (тепло кипятильника). При этом часть жидкости, стекающей с нижней
тарелки, испаряется, образуя поток паров.
      При таком режиме самая низкая температура tD будет в верху колонны, а самая высокая tW – в низу колонны.

      Отбираемый с верху колонны продукт D, обогащенный НКК, называется ректификатом (или дистиллятом), а с низу колонны W, обогащенный ВКК, - остатком (или нижним продуктом).

Часть  колонны,  куда  вводится  сырье,


называется
секцией
питания,
или


эвапорационным
пространством,
часть







ректификационной колонны, находящаяся выше
Рисунок 4 - Принципиальная схема

ввода сырья - верхней, концентрационной или
ректификационной колонны.

укрепляющей, а ниже ввода сырья - нижней,





отгонной или исчерпывающей.
В обеих частях колонны протекает один


и тот же процесс ректификации.
В зависимости от назначения колонны могут быть полными, т.е.

иметь концентрационную и отгонную части, или неполными, имеющими одну из названных частей (рисунок 5). Укрепляющая колонна имеет только верхнюю часть, сырье подается в низ колонны (см. рисунок 5, б). Отгонная колонна имеет только нижнюю часть, сырье вводится на верхнюю тарелку (см. рисунок 5, в).








7






























      Рисунок 5 - Схемы простых (I) и сложных (II) колонн: а – полная; б – укрепляющая; в – отгонная; г – с отбором дополнительных продуктов (D1 и W1) из основной колонны; д – с отбором дополнительного продукта W1 из отпарной колонны.

      Неполные колонны применяются в тех случаях, когда не предъявляются высокие требования к чистоте нижнего продукта укрепляющей колонны или верхнего продукта отгонной колонны. Наличие конденсатора и кипятильника в таких колоннах позволяет обеспечить необходимые жидкостные и паровые нагрузки.

      Наряду с простыми колоннами, которые делят смесь на два продукта, различают также сложные колонны, в которых число отбираемых продуктов больше двух (см. рисунок 5 г, д). Эти продукты могут выводиться из основной или из отпарных колонн в виде дополнительных боковых погонов. [2]


Ректификация многокомпонентных смесей

      При разделении бинарной смеси путем ректификации обычно достаточно одной простой колонны, чтобы получить заданные составы ректификата и остатка. Лишь в специальных случаях (получение чистых веществ и др.) приходится применять более сложные варианты колонн.

       При разделении многокомпонентной смеси необходимо выделять несколько целевых продуктов (фракций), к составу которых предъявляются



8

определенные требования. Это обусловливает необходимость применения нескольких простых колонн, соединенных определенным образом, что и определяет последовательность выделения компонентов или соответствующих фракций из смеси. Поскольку каждая простая колонна делит смесь на два продукта, то для разделения смеси, состоящей из n компонентов (фракций), необходимо иметь n - 1 простых колонн. С увеличением числа компонентов системы возможное число вариантов взаимного соединения простых колонн возрастает.

      На рисунке 6 приведены схемы вариантов соединения простых колонн: последовательный по потокам остатков, последовательный по потокам ректификатов, последовательно-параллельный и с рециркуляцией потоков при разделении многокомпонентной смеси на несколько продуктов (фракций).

      Последовательное соединение колонн может осуществляться как по потокам остатков, когда остаток данной колонны поступает на ректификацию в следующую, а остаток в виде готового продукта получают только в последней колонне (рисунок 6, а), так и по потокам ректификатов, когда ректификат данной колонны направляется в следующую, а в качестве готового продукта выводится ректификат только из последней колонны (рисунок 6, б).

      Последовательно-параллельное соединение колонн (рисунок 6, в) состоит в том, что колонны соединены последовательно: одна часть по потокам ректификатов, другая – по потокам остатков.

      С рециркуляцией одного или нескольких продуктов при разделении многокомпонентной смеси применяют (рисунок 6, г, д), если рециркулируемые потоки не являются товарными продуктами для данной технологической схемы.


























9
























       Рисунок 6 - Схемы основных способов соединения простых колонн при ректификации многокомпонентной смеси: а – последовательное по потокам остатка; б – последовательное по потокам ректификата; в – последовательно-параллельное; г – с рециклом остатка; д – с рециклом ректификата; I-III – условные номера колонн.

       Комбинируя приведенные выше варианты соединения простых колонн, изменяя последовательность выделения тех или иных компонентов, а также их отбор в виде ректификата или в виде остатка, можно получать различные схемы для ректификации многокомпонентной смеси.

      Так (см. рисунок 6), например, переход от последовательного по потокам ректификатов к последовательно-параллельному соединению простых колонн позволяет получить в виде ректификата как первый (колонна II), так и третий (колонна III) компоненты. Последовательное же соединение колонн по потокам остатков позволяет выделить три компонента в виде ректификатов. Это имеет важное практическое значение, когда к получаемым продуктам предъявляются специальные требования, например, по механическим примесям и др.

       Выбор конкретного варианта соединения колонн обуславливается как технологическими требованиями к перерабатываемым продуктам, так и

экономическими показателями, определяющими затраты на ректификацию. Если смесь разделяют на меньшее число продуктов, чем содержится

компонентов в смеси (некоторые компоненты могут быть выделены в виде фракций), то число колонн будет меньше, чем в случае выделения каждого компонента в отдельности. Это характерно для установок АВТ, вторичной перегонки бензинов, ректификации продуктов каталитического крекинга и




10

др., где целевыми являются фракции, кипящие в сравнительно широком интервале температур.

      На нефтеперерабатывающих заводах нашли применение сложные колонны, представляющие собой систему простых колонн, соединенных в один агрегат (рисунок 7).





























      Рисунок 7 - Схема сложной колонны для ректификации четырехкомпонентной смеси: I-III – контуры, выделяющие части сложной колонны.

       Такая сложная колонна отвечает схеме последовательного соединения простых колонн по потокам ректификатов (см. рисунок 6, б). Она представляет собой колонну I, на которой как бы установлены концентрационные части колонн II и III. Таким образом, получилась одна основная колонна, включающая концентрационные части всех трех колонн
и отгонную часть колонны I. Отгонные части колонн II и III выполнены в виде отдельных аппаратов, называемых отпарными колоннами или стриппинг-секциями. Отпарные колонны связаны с основной колонной
потоками жидкости и пара.
       Такая сложная колонна требует меньше места для своей установки и нуждается только в одном насосе для подачи орошения. Однако при такой конструкции увеличивается высота колонны и обслуживающих ее металлоконструкций. Кроме того, потоки всех секций колонны жестко взаимосвязаны, что осложняет четкое разделение продуктов WII и WIII и одновременное обеспечение их качества. Применение сложных колонн оправдано в основном в тех случаях, когда требуется относительно



11


G'III

g'III
невысокая четкость разделения, например, при выделении широких по температурам кипения фракций.

       В такой сложной колонне процесс протекает следующим образом. Флегма, образованная при конденсации паров на верху колонны, последовательно перетекает с тарелки на тарелку в контуре, соответствующем концентрационной части колонны III. Достигнув нижней

тарелки этой колонны, флегма делится на два потока.	Один поток

отводится в отпарную секцию колонны III, где получается продукт WIII. Второй поток флегмы gIII перетекает на верхнюю тарелку колонны II, являясь орошением для этой колонны.

Пары	из отгонной секции колонны III возвращаются под

нижнюю тарелку концентрационной части этой колонны. Аналогично протекает процесс и в других колоннах II и I.

       При отводе всего тепла только на верху сложной колонны поток орошения должен быть достаточным, чтобы обеспечить необходимое флегмовое число во всех ниже расположенных секциях колонны. Однако всложной колонне вследствие отбора боковых погонов масса паров увеличивается сверху вниз, а масса орошения – снизу вверх. Увеличение потока флегмы от колонны I к колонне III объясняется тем, что колонны, расположенные выше, должны иметь такое количество флегмы, которое было бы достаточно не только для данной колонны, но и для колонн, расположенных ниже. Такое взаимно противоположное изменение количества ректификата и орошения обусловливает в сложной колонне резкое изменение флегмового числа, которое при переходе от выше расположенной простой колонны к ниже расположенным может
уменьшаться в несколько раз. Таким образом, в сложной ректификационной колонне наибольшее флегмовое число соответствует верхней секции (III колонна) и оно уменьшается в направлении сверху вниз, что ухудшает процесс ректификации.

       Для обеспечения более равномерного распределения потоков паров и флегмы по высоте сложной колонны и разгрузки вышележащих сечений съем части тепла производят промежуточным циркуляционным орошением

в одном-двух сечениях наверху соответствующих простых колонн (рис. 8). Поток промежуточного циркуляционного орошения (ПЦО) gц при температуре tц1 прокачивается через регенеративный теплообменник, где отдает количество тепла Qпцо, например нефти, и при более низкой температуре tц2 поступает на верхнюю тарелку концентрационной части соответствующей простой колонны. Поднимающиеся снизу пары контактируют с более холодной циркулирующей флегмой и частично




12

конденсируются, образуя дополнительный поток флегмы, который присоединяется к потоку флегмы gIII и создает поток орошения gII.























Рисунок 8 - Схема отвода тепла промежуточным орошением (ПЦО).

Обычно для организации ПЦО используются 2-4 тарелки.
       Каждую секцию сложной колонны рассчитывают как соответствующую часть простой колонны, имея в виду, что пары ректификата секции, расположенной ниже, поступают на ректификацию в секцию, расположенную выше. Подобная схема работы колонны позволяет:

       увеличить регенерацию тепла (в промежуточном сечении, где осуществляется циркуляционное орошение, температура потока tц1 выше температуры верха колонны, хотя количество тепла, которое можно
регенерировать в этом сечении, меньше, чем в верхнем сечении); уменьшить количество паров, поднимающихся в расположенную

выше простую колонну, и, следовательно, уменьшить ее диаметр; уменьшить тепловую нагрузку конденсатора-холодильника вверху

колонны  вследствие  сокращения  количества  орошения  в  этой  части

колонны.
      Однако при промежуточном циркуляционном орошении проявляются два отрицательных момента:

      уменьшается флегмовое число в выше расположенной колонне (см. рис. 7, колонна III), что должно быть скомпенсировано некоторым увеличением числа тарелок в колонне;

       увеличивается концентрация НКК в парах Gm, III, поступающих в колонну III, а, следовательно, и в жидкости g'm , перетекающей в отпарную

секцию колонны III, что осложняет работу этой секции.
      Количество промежуточного циркуляционного орошения может изменяться в сравнительно широких пределах. В соответствии с этим изменяется и масса флегмы gIII, перетекающей в качестве орошения в



13

колонну II из колонны III. Масса флегмы gIII будет максимальной при отсутствии ПЦО, с увеличением количества циркуляционного орошения она уменьшается. Очевидно, максимальный отвод тепла ПЦО соответствует такому режиму работы, когда масса флегмы gIII=0, т.е. когда все тепло, необходимое для образования орошения колонны II, отводится с помощью ПЦО. В этом случае из колонны II поступают пары, масса которых равна

массе ректификата этой колонны без сопровождающих паров орошения. Таким образом, ПЦО исполняет роль парциального конденсатора,

установленного в промежуточном сечении колонны.

1.4.	Материальное исполнение

     При выборе материалов для изготовления колонных аппаратов следует учитывать расчетное давление, температуру стенки, химический состав и характер среды, технологические свойства и коррозионную стойкость материалов.

    Требования к основным материалам, пределы их применения, назначение, условия применения, виды испытаний должны удовлетворять ГОСТ Р 52630.

    В колонных аппаратах, изготовленных из коррозионно-стойких сталей, допускается использовать цилиндрические или конические опоры из углеродистых сталей при условии, что к корпусу колонны приваривается переходная обечайка из коррозионно-стойкой стали

высотой, определяемой расчетом.
Требования к материалам, применяемые для изготовления аппаратов:

Хорошая свариваемость;
Прочностные	и	пластические	характеристики,	обеспечивающие

надежную	и	долговечную	работу	аппаратов	в	заданных	условиях

эксплуатации;
Высокая коррозионная стойкость.
    В большинстве своем корпуса аппаратов выполняют из углеродистой стали 09Г2С, 20К, 16ГС, внутренние устройства из углеродистой и легированной сталей марок 20К, 08X13, Х18Н10Т.





1.5. Место аппарата в установке

Характеристика установки

     Установка гидроочистки вакуумного газойля служит для переработки смешанного сырья, состоящего из прямогонного вакуумного газойля (ВГО), получаемого из сырой нефти Западной Сибири, легкого каталитического


14

газойля с установки каталитического крекинга и бензина установки висбрекинга ( или бензина-отгона с установки ЛЧ-24/7) в присутствии водорода. На установке производится гидроочищенный вакуумный газойль с содержанием серы до 0,05?0,2 % масс.

     Установка гидроочистки вакуумного газойля предназначена для гидрообессеривания сырья установки каталитического крекинга, снижения в нем сернистых и азотистых соединений, тяжелых металлов, ароматических углеводородов, кокса по Конрадсону.

     Установка построена по детальному проекту АВВ Lummus Global и ОАО «ВНИПИнефть». Генеральный проектировщик ОАО «ВНИПИнефть».

     Установка гидроочистки вакуумного газойля введена в эксплуатацию в декабре 2005 года.

     В процессе гидроочистки вакуумного газойля происходит гидрогенолиз гетероорганических соединений, в результате чего они гидрируются в легко удаляемые сероводород, аммиак, воду и металлы, откладывающиеся преимущественно вместе с коксом в устья тонких пор катализатора. Для снижения отложений металлов на катализаторе производится очистка вакуумного газойля в реакторе от металлов на катализаторе деметализации (первый слой НМС 945, НМС 841, НМС 868). Помимо этого протекает частичный крекинг углеводородов, гидрирование ароматических и насыщение водородом образовавшихся непредельных углеводородов до парафиновых углеводородов.

     Технологически установка гидроочистки вакуумного газойля состоит из следующих блоков:

- блок подготовки сырья;

- реакторный блок;

- блок очистки водорода;

- блок фракционирования;

- блок утилизации;

- блок производства пара.





15

Характеристика аппарата


    Данный аппарат колонна ректификации КА–1020 предназначена для разделения кубовой жидкости отпарной колонны с получением бензиновой фракции, выкипающей в пределах 90–176 оС, дизельной фракции с пределами кипения 176–350 оС, выводимой в виде бокового погона в стриппинг дизельной фракции КА–1030 и гидроочищенного вакуумного газойля – фракция выше 350 С – отбираемого из куба колонны. Колонна КА-1020 работает при давлении куба 1,8 кгс/см2 изб. и температуре до ~390 оС с подачей острого пара среднего давления для снижения парциального давления углеводородов.

В колонне ректификации – 30 тарелок: 24 тарелок в укрепляющей части

и 6 тарелок в исчерпывающей части колонны.

    Дизельная фракция выводится с тарелки №17 в КА–1030. В стриппинге дизельной фракции 8 клапанных тарелок. Расход отводимой дизельной фракции регулируется по уровню в стриппинге. В КА-1030 подается перегретый пар среднего давления ~12 атм. в постоянном количестве. Отпаренные пары легких углеводородов из КА-1030 возвращаются в колонну ректификации КА–1020 на 21 тарелку.
    Пары, отходящие с верха колонны КА–1020, практически полностью конденсируются в воздушных конденсаторах АВО–1020. Конденсат, нестабильный бензин, поступает в рефлюксную емкость ректификационной колонны Е–1030. На выходе конденсата из АВО-1020 установлен регулятор температуры конденсации (Т~45?70 С) по изменению скорости вращения приводов вентиляторов АВО–1020.

    Часть нестабильного бензина возвращается насосом Н–1021/1,2 в колонну в виде острого орошения. Остальная часть нестабильного бензина направляется в стабилизатор КА–1040.

    Избыточное тепло в КА–1020 снимается циркуляционным орошением, перекачиваемым насосом Н–1023/1,2. Циркуляционное орошение выводится в постоянном количестве с тарелки специальной конструкции вместе с дизельной фракцией, выводимой в стриппинг КА– 1030.

    Гидроочищенный вакуумный газойль – кубовая жидкость ректификационной колонны КА–1020 отводится в парк вакуумного газойля, откуда гидроочищенный вакуумный газойль направляется на установку каталитического крекинга в качестве сырья.





16

2. Технологический и гидравлический расчет

2.1 Технологический расчет

     Технологический расчет колонны произведен в программе Aspen HYSYS v 10 для повышения точности и скорости расчета.



























Рисунок 9 – Схема колонны для расчета в программе Aspen HYSYS v 10































Рисунок 10- Подсхема колонны






17

     Для того, чтобы произвести технологический расчет аппарат необходимо задать состав, температуру, давление и расход входящих потоков (рисунок 11-25).





















Рисунок 11- Характеристики входного потока сырья






































Рисунок 12 – Компонентный состав сырья







18

















Рисунок 13 – Характеристики потока товарного бензина



































Рисунок 14 – Компонентный состав товарного бензина




















19















Рисунок 15 – Характеристики потока товарного дизельного топлива





































Рисунок 16 – Компонентный состав дизельного топлива




















20


















Рисунок 17 – Характеристики потока остатка












































Рисунок 18 – Компонентный состав остатка











21



















Рисун.......................